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本文对正丁烷异构化催化剂的制备、评价和使用进行了系统研究。
研究了催化剂载体——丝光沸石分子筛的水热合成制备,获得了水热合成丝光沸石分子筛的方法、原料配比和适宜条件。分别选用自制分子筛和市场购买丝光沸石分子筛为载体,采用等体积浸渍法分别制备了Pt-HMOR催化剂(ZM催化剂、GM催化剂),并采用各种现代仪器对载体和催化剂的物化性质进行了系列表征。安装、调试了正丁烷异构化装置一台,解决了运行过程中的各种问题,并利用该装置对催化剂的正丁烷异构化反应性能进行了评价。
对丝光沸石制备方法的研究表明,在丝光沸石的合成中,硅铝比、晶化温度、晶化时间对丝光沸石合成的影响很大,在不加模板剂条件下,通过增加投料硅铝比无法获得高硅铝比丝光沸石,合成丝光沸石的适宜条件为:反应物料硅铝(SiO2/Al2O3)物质的量比为30,晶化温度为180℃,晶化时间为30h。
对载体和催化剂的表征结果显示,自制丝光沸石分子筛不仅结晶度比市场购买的丝光沸石好,且酸性更强、孔径分布更窄。在GM、ZM催化剂上均存在L酸和B酸,但是B酸酸强度要大于L酸。
研究了催化剂的载Pt量、温度、压力、空速、氢烃比等条件对GM催化剂异构化性能的影响。Pt对催化剂异构化性能起决定性作用;反应温度、压力的升高均可以增加正丁烷的转化率,但同时异丁烷的选择性会有所下降。临氢反应既能抑制催化剂积碳,又可提高催化剂异构化性能。适宜的氢烃比和反应空速可以使催化剂具有较高的异丁烷产率且不易结焦。
在压力1.0MPa,温度464℃,质量空速2.0 h-1和氢烃比为2的反应条件下,Pt负载量为0.3%的GM催化剂的正丁烷转化率为39.2%、异丁烷选择性为47.63%。自制丝光沸石为载体的ZM催化剂在342℃时正丁烷转化率42.8%、异丁烷选择性47.95%时,反应温度比GM催化剂低120℃以上,说明ZM催化剂比GM催化剂具有更好的异构化活性、更适宜用于正丁烷的异构化。