苯與溴乙烷合成乙苯的研究

【摘要】：苯與乙烯烷基化反應(yīng)制備乙苯在石油工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用,乙苯是生產(chǎn)苯乙烯的主要原料,苯乙烯主要用來生產(chǎn)聚苯乙烯及其共聚物,如發(fā)泡聚苯乙烯(EPS),聚苯乙烯(PS),工程塑料(ABS),丁苯橡膠(SBR),不飽和樹脂(UPR)。 本課題對苯與溴乙烷合成乙苯進行研究,主要探討了含ZnO催化劑在溴乙烷與苯催化烷基化合成乙苯反應(yīng)中的催化作用以及反應(yīng)機理的初步討論。 本課題研究的重點是含ZnO催化劑在溴乙烷與苯催化烷基化合成乙苯反應(yīng)中的催化作用以及反應(yīng)機理的初步討論。 論文首先考察了載體為SiO2時ZnO負載量、反應(yīng)溫度、苯與溴乙烷的摩爾進料比、溴乙烷的質(zhì)量空速、催化劑的焙燒溫度等反應(yīng)條件對溴乙烷轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)物分布的影響,確定450℃下焙燒的ZnO負載量為12%時制備的催化劑較好。在反應(yīng)溫度為240℃,苯與溴乙烷的摩爾進料配比為4：1,溴乙烷的質(zhì)量空速為0.48h-1的條件下,得到最高的溴乙烷轉(zhuǎn)化率和乙苯選擇性。 論文中研究了SiO2和HZSM-5(Si:Al=140:1)兩種載體上負載不同ZnO后的催化劑催化苯烷基化的活性,研究了不同的ZnO負載量對溴乙烷與苯反應(yīng)合成乙苯的影響。結(jié)果表明在兩種不同載體的催化劑上,溴乙烷的轉(zhuǎn)化率和乙苯的選擇性都隨著ZnO負載量的增加而增加,說明ZnO對于溴乙烷與苯的烷基化反應(yīng)有很強的催化促進作用,我們認為在反應(yīng)過程中ZnO與生成的溴化氫(溴乙烷與苯反應(yīng)得到)反應(yīng)生成ZnBr2。ZnBr2為一種Lewis酸,可能是溴乙烷活化為乙基碳正離子的活性中心。 由于催化劑12%ZnO-SiO2和24%ZnO/HZSM-5表現(xiàn)出較好的催化性能,它們被選為詳細研究的對象。在兩種催化劑上研究反應(yīng)溫度和催化劑的酸性對溴乙烷轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)物分布的影響,結(jié)果表明在多乙苯與苯的烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)中,可能B酸是反應(yīng)的活性中心。在兩種催化劑上,隨著反應(yīng)溫度的升高溴乙烷的轉(zhuǎn)化率都升高,但是乙苯的選擇性變化趨勢不同。在24%ZnO/HZSM-5上,乙苯的選擇性隨溫度的升高而增加；而在催化劑12%ZnO-SiO2上,乙苯的選擇性隨溫度的升高而減小。這可能是由于24%ZnO/HZSM-5的B酸要比12%ZnO-SiO2的強,其對二乙苯與苯的烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)催化活性高,所以在催化劑24%ZnO/HZSM-5上乙苯的選擇性隨溫度的升高而增加。 最后,結(jié)合上面一系列的實驗數(shù)據(jù)對溴乙烷與苯反應(yīng)的機理進行了探討,認為在反應(yīng)過程中乙苯的生成主要有兩個反應(yīng)(ⅰ)溴乙烷吸附在酸中心形成正碳離子,正碳離子與吸附的苯反應(yīng)生成乙苯(ⅱ)溴乙烷在L酸中心上脫HBr生成乙烯,乙烯吸附在酸中心上形成正碳離子,正碳離子與吸附的苯反應(yīng)生成乙苯。當然還存在其它反應(yīng),如正碳離子進攻乙苯或多取代苯,形成多取代苯,也可能在多取代苯與苯之間發(fā)生乙基轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成乙苯。 【關(guān)鍵詞】：乙苯 溴乙烷 苯 烷基化反應(yīng) ZnO催化劑
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TQ241.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-26
• 1.1 引言11
• 1.2 乙烯與苯合成乙苯工藝及研究進展11-19
• 1.2.1 乙烯與苯的烷基化反應(yīng)機理11-12
• 1.2.2 液相法烷基化工藝和催化劑12-16
• 1.2.3 氣相法烷基化工藝和催化劑16-18
• 1.2.4 氣-液相法與催化精餾制乙苯工藝18-19
• 1.3 催化干氣制乙苯19
• 1.4 乙醇與苯合成乙苯工藝及研究進展19-22
• 1.4.1 乙醇與苯在分子篩上的反應(yīng)機理20
• 1.4.2 乙醇與苯在分子篩上合成乙苯的研究進展20-22
• 1.5 乙烷法制乙苯工藝及研究進展22-24
• 1.5.1 乙烷與苯烷基化制乙苯反應(yīng)機理22
• 1.5.2 乙烷與苯烷基反應(yīng)合成乙苯的工藝及研究進展22-24
• 1.6 本課題的研究意義和內(nèi)容24-26
• 1.6.1 課題的意義24
• 1.6.2 課題的內(nèi)容24-26
• 第2章 實驗部分26-34
• 2.1 引言26
• 2.2 實驗試劑和儀器26-27
• 2.2.1 實驗試劑26-27
• 2.2.2 實驗儀器27
• 2.3 催化劑的制備27-29
• 2.3.1 SiO_2載體的制備27
• 2.3.2 12wt%ZnO-SiO_2催化劑的制備27-28
• 2.3.3 24wt%ZnO/HZSM-5(Si:Al=140:1)催化劑的制備28-29
• 2.4 催化劑的表征29
• 2.4.1 X-射線粉末衍射分析(XRD)29
• 2.4.2 催化劑比表面測定(BET)29
• 2.4.3 催化劑的熱重分析(TGA)29
• 2.4.4 原位漫反射紅外光譜分析(Py-IR)29
• 2.5 實驗裝置和實驗方法29-30
• 2.6 產(chǎn)物分析系統(tǒng)30-34
• 2.6.1 產(chǎn)物檢測分析儀器30
• 2.6.2 相對摩爾校正因子30-31
• 2.6.3 反應(yīng)物及產(chǎn)物數(shù)據(jù)處理31-34
• 第3章 結(jié)果與討論34-49
• 3.1 引言34
• 3.2 SiO_2載體上ZnO負載量對反應(yīng)性能的影響34-37
• 3.3 反應(yīng)溫度對反應(yīng)的影響37-38
• 3.4 苯與溴乙烷摩爾比對反應(yīng)的影響38-39
• 3.5 催化劑的焙燒溫度對催化性能的影響39-40
• 3.6 溴乙烷的質(zhì)量空速對反應(yīng)的影響40-41
• 3.7 催化劑失活討論41-43
• 3.8 HZSM-5載體上ZnO負載量對反應(yīng)的影響43
• 3.9 催化劑24%ZnO/HZSM-5上反應(yīng)溫度對反應(yīng)的影響43-44
• 3.10 溴乙烷與苯反應(yīng)的機理討論44-48
• 3.11 小結(jié)48-49
• 結(jié)論49-51
• 參考文獻51-56
• 附錄A 攻讀碩士期間所發(fā)表的學術(shù)論文56-57
• 致謝57

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