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轻质芳烃苯(Benzene),甲苯(Toluene),二甲苯(Xylene)是重要的芳烃化合物,简称为BTX,其生产规模及产量仅次于乙烯和丙烯。BTX是基本有机化工原料,用途非常广泛,可用来生产合成橡胶,合成纤维和合成树脂等多种化工产品,也可用来生产多种精细化学产品,还可作为高辛烷值汽油的调和成分,约占汽油组成的21%。最初,芳烃的的生产以煤焦化得到的焦油为原料,随后,石油化学工业及炼油工业开始发展,芳烃的生产开始转化为依靠催化重整油和裂解汽油为主要生产原料。但是,煤和石油都是不可再生资源,煤和石油储量已经开始走向枯竭,其价格在不断上扬,同时煤和石油在使用过程中会产生大量的SOx和NOx等气体会严重污染环境。在这样的情况下,寻求新的芳烃生产路线不仅能缓解人们对煤和石油的过分依赖,保护地球上的这些珍贵资源,同时新的生产路线可加大轻质芳烃的产量,使其价格降低,满足人们的需求。
乙醇是一种清洁的、可再生的生物质能源。采用合适的催化剂,以乙醇为原料,经过脱水,齐聚,氢转移、环化和异构化等复杂的反应过程使乙醇转化为轻质芳烃,不仅可以减少对煤和石油等资源的使用,而且可以保护环境,符合可持续发展的要求,将会产生深远的影响。
本文以P-HZSM-5分子筛为基础,通过浸渍法制备了Cr,Co,Cu,Zn等金属改性的M-P/HZSM-5分子筛。采用X射线衍射,氮气物理吸附和氨气程序升温等对其进行了表征,并考察了其催化乙醇芳构化活性。结果表明,改性后HZSM-5分子筛保持原有的骨架结构,但比表面积降低,酸性分布发生变化;Cu-P/HZSM-5分子筛有较高催化活性。P和Cu的负载量分别为3%和5%,先浸渍P再浸渍Cu,反应温度400℃,质量空速1.0h-1的条件下轻质芳烃收率可达到57.6%。
通过上述研究,发现催化剂的酸性是影响乙醇芳构化的重要因素,在此基础上,将Cu、Ce负载到HZSM-5分子筛中,同样采用X射线衍射,氮气物理吸附和氨气程序升温脱附等对其进行了表征,并考察了其催化乙醇芳构化性能。结果表明:Ce和Cu的负载降低了HZSM-5分子筛的比表面积,但分子筛保持原有的骨架结构,且强酸量减少,中强酸量和弱酸量增多;先浸渍Ce再浸渍Cu,Ce和Cu的负载量分别为1.2%和5%的HZSM-5分子筛有最佳的乙醇芳构化性能,在350℃,质量空速1.0h-1的条件下,芳烃收率可达到67.6%。
最后对改性HZSM-5分子筛催化乙醇芳构化的机理进行了初步的探讨。