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改性HMCM-22分子筛催化苯与甲醇烷基化制甲苯的研究

郭泳圻  
【摘要】:甲苯为代表的芳烃产业作为制造业的上游,其化工原料的用量巨大、影响范围广阔。近年来,我国苯的新增产能逐年上涨,而甲醇需求量则呈下降趋势,寻求一种资源有效配置的途径迫在眉睫。采用苯与甲醇烷基化反应生产甲苯,为甲苯增产提供了一种新途径,具有重要的研究意义和工业应用价值。本文首先通过酸/碱处理、金属氧化物负载以及酸/碱处理+金属氧化物负载等方法对HMCM-22分子筛进行有效改性,利用XRD、SEM、N_2物理吸/脱附、NH_3-TPD、Py-IR等表征手段对HMCM-22分子筛改性前后的酸性及孔道结构变化规律进行深入分析,并将系列改性的HMCM-22分子筛应用于苯与甲醇烷基化反应研究其催化性能,并揭示改性HMCM-22分子筛催化剂的物化性质与反应特性之间的内在关系,明确每种改性方式对催化剂催化性能的影响机制。论文的主要研究内容为以下四个方面:(1)采用不同浓度的酸/碱(HCl/NaOH)处理改性HMCM-22分子筛,探究不同浓度对分子筛物化性质及催化性能的影响,获得最佳酸/碱处理改性浓度均为0.1mol/L。(2)采用等体积浸渍法,用不同负载量的镁、镍和镧等金属的氧化物分别改性HMCM-22分子筛,研究助剂负载量对分子筛物化性质及催化性能的影响,获得各金属氧化物的最佳负载量分别为5%MgO、3%NiO和7%La_2O_3。(3)在前期工作基础上,采用5%La_2O_3与3%NiO对HMCM-22分子筛进行复合改性,以及先进行0.1mol/L酸/碱(HCl/NaOH)处理HMCM-22分子筛(记为AMCM-22/BMCM-22)后,再继续负载5%La_2O_3与3%NiO,获得了5%La_2O_3-3%NiO/HMCM-22、5%La_2O_3-3%NiO/AMCM-22和5%La_2O_3-3%NiO/BMCM-22三种催化剂;研究了这三种不同的复合改性方法对分子筛物化性质的影响,并分别研究了三种催化剂催化苯与甲醇烷基化反应的性能,最终明确了最佳的复合改性催化剂为5%La_2O_3-3%NiO/BMCM-22。(4)以5%La_2O_3-3%NiO/BMCM-22为催化剂,优化了苯与甲醇烷基化反应的工艺条件,获得了最佳反应温度为500℃,最佳原料质量空速为30h~(-1)。本论文的研究为拓宽苯和甲醇的利用途径与解决甲苯巨大需求难题提供了一种新思路,有利于石油化工企业资源的合理配置和产业整体结构升级,对该领域的技术进步具有非常重要的研究意义。


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