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本文在PtSn/ZSM-5丙烷脱氢催化剂的基础上,添加碱性金属K,制得不同钾含量的PtSnK/ZSM-5系列丙烷脱氢催化剂,同时研究了不同的制备方法对该系列催化剂催化性能的影响。通过配比N2调控O2浓度,在不同烧炭时间、升温速率、温度的条件下,研究了积炭失活PtSnNa/ZSM-5丙烷脱氢催化剂的再生。用XRD、NH3-TPD、BET、TPR、TPO等方法对催化剂进行了表征,并对催化剂的反应性能进行了评价。结果表明:
PtSnK/ZSM-5丙烷脱氢催化剂的丙烷转化率和丙烯收率随K含量的增加而提高,在PtSn/ZSM-5中加入适量K可以降低PtSn/ZSM-5表面酸量,削弱酸强度,抑制积炭前驱体的形成,减少催化剂表面积炭,提升抗积炭性能,从而使催化剂的活性、选择性和稳定性均有所上升。但是过量的钾的加入影响了催化剂的PtSn金属性和酸性的最佳配比,从而抑制了丙烷脱氧反应的进行。PtSnK/ZSM-5丙烷脱氢催化剂K的最佳添加量为0.8%。
活性组分PtSn的浸渍顺序对PtSnK/ZSM-5催化剂丙烷脱氢性能影响明显。采用分浸方法得到的催化剂,金属Pt和Sn更容易还原,在PtSn共浸、SnPt分浸和PtSn分浸制备的PtSnK/ZSM-5催化剂中,PtSn共浸催化剂的丙烷脱氢反应活性最佳,浸渍顺序对催化剂的结构影响不大,但对铂、锡与载体间的相互作用有一定的影响。PtSn分浸的催化剂的强酸位比另外两种催化剂要多。
不同的再生条件可以影响催化剂表面和载体上的积炭的去除效果,在含有0.5%氧气浓度的混合气中,以2℃/min升温速率升到480℃,反应15h再生得到的再生PtSnNa/ZSM-5催化剂催化活性最高。再生之后的催化剂的酸性位增多,比表面和孔容增大。空气吹扫对再生催化剂的活性也有影响,在烧炭后,用空气吹扫1h对失活催化剂的Pt分散有所促进,催化剂的活性有了明显提高。
利用绝热方程对丙烷脱氧绝热反应的热力学部分进行分析,考察丙烷脱氢反应绝热和等温操作曲线,研究了丙烷绝热转化率和等温转化率与气体入口温度、反应压力、氢烃比之间的关系;气体入口温度越高,反应压力越小,丙烷转化率越高;氢气具有双重作用,作为丙烷脱氢反应产物在动力学上抑制反应,但是作为热源在热力学上利于反应;