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环己基苯(CHB)是一种非常重要的化工中间体,可以通过氢过氧化反应制备苯酚和环己酮,相比于异丙苯过氧化生产苯酚,本路线提供了一条不存在丙酮副产物的苯酚生产工艺。CHB还可以作为锂电池的防过充保护剂,少量添加即可显著提高锂电池的安全性能。随着CHB催化氧化制备苯酚技术的规模应用以及电动革命的兴起,近年来国内市场对CHB的需求日益增长。目前,合成CHB主要有苯与环己烯烷基化、联苯加氢、苯加氢烷基化等方法。前两条路线受原料成本、效率及工艺条件的限制,不适合大规模生产。苯加氢烷基化被认为是制备环己基苯的理想途径之一,因此设计开发高活性、高选择性的双功能催化剂和匹配该催化剂的生产工艺对实现CHB规模化合成具有重要的理论价值和现实意义。本文围绕液相苯加氢烷基化反应开展研究,主要结论如下:(1)研究了负载型双功能催化剂(Metal/Zeolite)中不同金属和负载量对苯转化率、CHB选择性的影响,确定Pd为有效活性金属,最佳金属负载量为0.2%。在此基础上,通过改变负载的酸性载体类型,研究了不同载体对苯加氢烷基化反应的影响,选出HBeta分子筛为本反应最佳的酸性载体,在Pd/HBeta(0.2)催化剂上,苯转化率85.0%、CHB选择性25.1%,CHB收率达21.3%。(2)以Pd/HBeta催化剂作为晶种,在其表面构筑具有HBeta晶相的Si-Al骨架,得到包覆型双功能催化剂Pd@HBeta。较负载型Pd/HBeta催化剂具有更高的苯转化速率及CHB选择性:苯转化率速提高至80.1mmol?g-1?h-1;CHB选择性提高至44.0%,是负载型Pd/HBeta催化剂的1.75倍;CHB收率提高至37.7%,是负载型Pd/HBeta催化剂的1.77倍。反应活性的提高是因为额外的Si-Al骨架增强了酸性位与金属位的匹配关系,提高了CHB选择性。同时,由于分子筛孔道内的限域效应,Pd金属在Pd@HBeta催化剂中具有更高的分散度及更小的粒径,提高了苯的转化速率。DFT计算表明,环己烯在Pd@HBeta中较Pd/HBeta更容易从Pd NPs上脱附进入酸性孔道中,有效阻滞了中间产物C6H10的进一步加氢,显著提高了苯加氢烷基化反应的性能。(3)依据Pd@HBeta催化剂的反应条件及结果,本文设计了匹配该双功能催化剂生产CHB的工艺流程。基于Aspen Plus进行了全流程模拟,利用夹点分析进行了热集成优化。针对苯-环己烷-N,N二甲基乙酰胺混合物难以分离的特点,设计了萃取精馏分隔壁塔,单塔实现多塔功能,一次萃取即将苯、环己烯、环己烷高纯分离,实现了能量的进一步回收利用。