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我国C10芳烃年产量在30万t以上,其中烷基萘组分占总含量的40%左右。基于烷基萘中各组分的应用前景,本论文提出了 1-甲基萘可控转化的研究目标,使转化产物可以进一步合成用途广泛的聚萘二甲酸乙二醇酯、K系维生素和液晶材料等。在国内外研究1-甲基萘转化反应的固体酸催化剂中,三维十二元环结构的HBEA分子筛是较理想的催化剂。为了进一步提高其催化1-甲基萘反应的性能,本论文设计了 HBEA分子筛可控修饰的4种方案,采用现代表征分析手段研究改性HBEA催化剂的结构和表面酸性,采用固定床反应器考察催化剂对1-甲基萘转化反应性能的影响,研究1-甲基萘发生异构化、歧化及副反应的反应机理和催化剂失活机理。SO42-/TiO2-HBEA催化剂的合成。基于SO42-/TiO2的酸中心具有可控的酸强度,采用一步合成法,制备SO42-/TiO2-HBEA复合固体酸催化剂。利用SO42-/TiO2调变复合催化剂的性质,考察焙烧温度、模板剂和负载量对复合催化剂结构、酸性和催化性能的影响,探讨模板剂作用下HBEA表面负载SO42-/TiO2的形成机制。关联催化剂结构、酸性质和反应性能之间关系,发现强酸中心会导致裂解、脱烷基等副反应的发生,复合材料的比表面积和酸量关系到定向转化的催化活性,而微孔结构和不同强度酸中心的分布影响着反应的选择性。15% SO42-/TiO2负载量的HBEA具有较高的比表面积和中强酸中心比例,在380 ℃反应时,可以将异构化和歧化的总催化选择性从92.58%提高至97.36%。Si02-HBEA催化剂的合成。为了继续探讨酸性质对1-甲基萘发生定向异构化反应的影响机制,先采用液相沉积法合成SiO2-HBEA固体酸催化剂,研究外表酸中心对1-甲基萘异构化反应选择性和稳定性的影响。正硅酸四乙酯可以在HBEA分子筛的外表面形成无定型Si02,钝化分子筛外表面无择型性的酸中心,300℃反应时,将1-甲基萘异构化生成2-甲基萘的选择性从81.73%提高至84.98%。但沉积在孔口的SiO2会缩小孔口尺寸,减弱反应过程中大分子产物或结焦物在孔道内部的扩散性能,容易造成孔道入口的堵塞,从而导致催化剂活性的降低。并且SiO2优先钝化外表面酸中心中的Bronsted强酸中心,随着孔口的堵塞,反应分子与活性酸中心接触的概率逐渐降低,导致Si02-HBEA催化剂的催化稳定性低于HBEA。脱铝HBEA催化剂的合成。采用酸处理法调控分子筛的表面整体酸性,制备了不同酸修饰HBEA固体酸催化剂。其中,盐酸和草酸混合酸可显著提高异构化反应的选择性。混合酸修饰HBEA提高了催化剂的比表面积和孔体积,并保留Bronsted强酸中心的含量,有助于2-甲基萘收率的提高。混合酸优先脱除分子筛的非骨架铝成分,降低Lewis酸中心的含量,抑制氢负离子转移反应和后续的副反应,将2-甲基萘的选择性从81.73%提高至96.30%。副产物的减少降低了孔道内部二次反应生成的多核芳香烃结焦物,由于Bronsted强酸中心的稳定含量,混合酸修饰提高了活性中心与结焦物的比例,从而有利于反应的催化稳定性。综上所述,提出了 1-甲基萘定向转化(异构化和歧化)的可能反应机理和催化剂失活机理,为继续改善催化剂异构化稳定性的研究,提供理论基础。微孔-介孔HBEA催化剂的合成。鉴于HBEA分子筛的微孔道有利于异构化反应的活性和选择性,但会限制大分子副产物的扩散性能,采用碱处理法制备微孔-介孔HBEA催化剂,对比了不同碱液修饰对催化剂结构、酸性质和催化性能的影响。脱硅修饰可以提高样品中铝元素的相对含量,从而增加催化剂的酸中心含量。与氢氧化钠相比,混合碱溶液中的四丙基氢氧化铵可以吸附在HBEA表面,起到孔道模板剂的作用,保护HBEA骨架结构的完整性,使微孔-介孔HBEA样品具有更加规整分布的介孔,促进Bronsted和Lewis酸中心含量成比例的提高,使得生成2-甲基萘的选择性和结焦量基本保持不变。混合碱修饰不仅可以提升副产物的扩散性能,同时增加的Bronsted强酸中心含量提高了单位结焦物所对应的活性中心量,从而使混合碱修饰HBEA催化剂具有的更好的催化稳定性,其失活速率比HBEA低41.7%。2-甲基萘精制研究。基于1-甲基萘的异构化研究,以C10芳烃中的烷基萘组分为原料,设计了连续异构化-侧线精馏-萃取精馏制备2-甲基萘的工艺流程。异构化过程采用混合酸修饰HBEA催化剂,可高选择性地将混合原料液中2-甲基萘含量从28.44%提高至60.84%。采用ASPEN PLUS考察不同精馏参数对侧线精馏和萃取精馏的影响。根据模拟优化结果,开展实验研究。侧线精馏过程可将2-甲基萘和甲基萘的纯度分别提高至71.63%和97.22%,2-甲基萘的收率为94.18%。采用萃取精馏进行二次提纯,塔顶2-甲基萘的纯度达98.09%,收率为89.02%,塔底剩余的甲基萘组分与烷基萘原料混合,作为连续异构化反应的原料,萃取溶剂可以循环使用。通过工艺物料衡算,2-甲基萘的产量是原料含量的2.3倍。本文研究为进一步试验提供依据,从而实现C10重芳烃的综合利用。