異丁烯作為一種重要的基礎(chǔ)化工原料,有著廣泛的市場需求,當前異丁烯主要來源于石油煉制過程中蒸汽裂解以及石腦油裂化等,這些傳統(tǒng)來源不僅產(chǎn)量難以滿足日益增長的市場需求,而且產(chǎn)物純度不高,因此將廉價且來源豐富的異丁烷進行脫氫而制取異丁烯的工藝過程,得到廣泛的關(guān)注。目前,工業(yè)中異丁烷脫氫技術(shù)主要采用的Pt系和Cr系催化劑均有較好的催化脫氫活性,但貴金屬Pt成本較高,對操作條件較為苛刻,且催化劑易結(jié)焦失活,需頻繁再生;Cr系催化劑中的高毒六價鉻,使用后的后續(xù)處理過程非常麻煩,由此限制了相關(guān)催化劑的發(fā)展。因此,研制出高脫氫活性、高穩(wěn)定性且環(huán)境友好及價廉的新型催化劑體系,是異丁烷脫氫制異丁烯領(lǐng)域的研究熱點,也是本論文的目標。本論文以等體積浸漬法制備了Co基催化劑,借助固定床微型反應器對催化劑在異丁烷直接脫氫制異丁烯反應中的性能進行研究,主要內(nèi)容如下:(1)對Co基催化劑的負載量以及載體進行篩選,并對催化劑的焙燒溫度進行考察,實驗結(jié)果表明,以120~200目的堿性氧化鋁為載體,負載10 wt.%的Co3O4,并在600°C下焙燒,所制得的催化劑脫氫活性最佳。通過表征手段探究金屬氧化物負載量以及焙燒溫度對催化劑性能的影響,發(fā)現(xiàn)隨著金屬氧化物負載量的增加,催化劑與載體的相互作用越強,催化劑越難以被還原;催化劑的焙燒溫度過高,會使催化劑晶型破壞,同時生成Co2AlO4,不利于脫氫反應。(2)探究了工藝條件對催化劑脫氫活性的影響,確定最優(yōu)的反應條件,當反應溫度為600°C、進料空速為1200 h~(-1)、氮氣與異丁烷比為8:2時,催化劑具有較高的脫氫活性,對異丁烷的轉(zhuǎn)化率可達到31%,對異丁烯的選擇性可達到70%,最終對異丁烯的產(chǎn)率可超過20%。同時,催化劑擁有較好的穩(wěn)定性,在經(jīng)過100 h的連續(xù)反應后,仍然保持70%的選擇性。(3)探究催化劑的失活以及活性組分,發(fā)現(xiàn)導致催化劑活性降低的主要原因為積碳,可通過氧氣再生進行處理;催化劑表面生成的碳納米線/管結(jié)構(gòu)有助于提升脫氫活性,還原得到的金屬Co容易導致裂解反應的發(fā)生,降低催化劑的選擇性,而反應過程中生成的Co3C則可大大縮短催化劑的誘導期。
【學位單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TQ426;TQ221.213
【部分圖文】：

器來對Co基催化劑對異丁烷的催化脫氫性能進行反應評價。裝置具體如圖2-1所示。圖2-1異丁烷直接脫氫實驗裝置WFSM-3060過程耦合系統(tǒng)示意圖Figure 2-1 Procedure of the apparatus for isobutene direct dehydrogenate該裝置可實現(xiàn)七段加熱程序控溫，同時滿足四路氣體進料的要求，進料氣體的流量和進料比例可通過質(zhì)量流量計分別進行調(diào)控，各路氣體經(jīng)混合器混合后進入到反應器中。反應爐內(nèi)為9 mm×378 mm石玻璃管，管壁厚度為3 mm，床層采用小襯管和石英棉支撐，爐內(nèi)內(nèi)置熱電偶對爐溫進行檢測并精準控制。催化劑性能具體評價過程如下：（1） 稱量0.5 g催化劑樣品，充填入石英棉支撐的石英玻璃管中，以小襯管調(diào)節(jié)床層位置，使之位于反應爐中部；（2） 安裝接通反應器
【參考文獻】

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1 肖錦堂;烷烴催化脫氫生產(chǎn)C_3～C_4烯烴工藝（之一）[J];天然氣工業(yè);1994年02期

本文編號：2892354