液化氣芳構(gòu)化催化劑改性、評(píng)價(jià)及工業(yè)化模擬設(shè)計(jì)

【摘要】：液化氣芳構(gòu)化反應(yīng)為液化氣的利用提供了新的途徑,不僅可以制取高辛烷值汽油組分,并且未反應(yīng)部分還滿足車用液化氣標(biāo)準(zhǔn)。 本文首先以常規(guī)液體浸漬法用Zn、Ag、K離子對(duì)HZSM-5進(jìn)行改性,考察Zn.Ag.K離子改性以及金屬負(fù)載量對(duì)芳構(gòu)化性能的影響,采用吡啶吸附紅外(Py-IR).X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、比表面測(cè)定(BET)對(duì)改性前后的HZSM-5分子篩的物化性質(zhì)進(jìn)行分析。 根據(jù)催化劑評(píng)價(jià)系統(tǒng)要求與液化氣芳構(gòu)化工藝特點(diǎn),搭建了芳構(gòu)化催化劑評(píng)價(jià)裝置,實(shí)現(xiàn)了溫度、流量自動(dòng)化控制,從催化動(dòng)力學(xué)研究角度確定了反應(yīng)管直徑(10mm)、催化劑顆粒直徑(1mm)、床層高度(50mm),進(jìn)行芳構(gòu)化分析。 根據(jù)微反獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)行了年產(chǎn)10萬噸液化氣芳構(gòu)化工業(yè)裝置的Aspen模擬及設(shè)計(jì)。在相同處理量的情況下,對(duì)兩種催化劑進(jìn)行了投資以及產(chǎn)品收益進(jìn)行估算,最終設(shè)計(jì)了一套液化氣年處理量10萬噸的工業(yè)配套裝置。 結(jié)果表明：(1)金屬組分的負(fù)載未對(duì)催化劑的形貌、晶體結(jié)構(gòu)以及孔結(jié)構(gòu)造成影響,但是隨著負(fù)載量的增加催化劑B酸、L酸以及總酸量均下降。(2)通過考察Zn.Ag.K離子負(fù)載量對(duì)HZSM-5催化劑在液化氣芳構(gòu)化反應(yīng)中的影響,得出以下結(jié)論,在380℃、0.2MPa、進(jìn)料質(zhì)量空速為2h-1反應(yīng)條件下,當(dāng)Zn負(fù)載量為2.3%時(shí),表現(xiàn)出了較好的芳構(gòu)化性能,芳烴收率62.5%,液化氣轉(zhuǎn)化率70%,母體芳烴收率和液化氣轉(zhuǎn)化率分別為40.7%和49.1%,當(dāng)Ag負(fù)載量為1.8%時(shí),有較好芳構(gòu)化性能,芳烴收率和液化氣轉(zhuǎn)化率分別為52.4%和59.8%,而K離子的負(fù)載量為0.5%時(shí),芳烴收率僅為35.7%,與標(biāo)準(zhǔn)的HZSM-5分子篩芳構(gòu)化反應(yīng)芳烴收率為40.7%相比,芳構(gòu)化性能降低。(3)Aspen模擬結(jié)果表明,在相同處理量的情況下,以Ag(1.8%)/HZSM-5為催化劑的工藝總投資費(fèi)用高于以Zn(2-3%)/HZSM-5為催化劑,而且產(chǎn)品總值以及總收益都低于后者,這說明催化劑的催化性能對(duì)此工藝的應(yīng)用影響較大。 【關(guān)鍵詞】：HZSM-5 改性 液化氣 芳構(gòu)化
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TQ426.94
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目錄5-7
• 引言7-8
• 第一章 文獻(xiàn)綜述8-21
• 1.1 液化石油氣資源及利用現(xiàn)狀8-11
• 1.1.1 C4烴的來源及組成8
• 1.1.2 C4液化氣的工業(yè)利用8-11
• 1.2 國內(nèi)外輕烴芳構(gòu)化工藝11-12
• 1.3 輕烴芳構(gòu)化機(jī)理12-16
• 1.4 ZSM-5分子篩的結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)及其在催化反應(yīng)中的應(yīng)用16-19
• 1.4.1 ZSM-5分子篩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能特點(diǎn)16-17
• 1.4.2 ZSM-5分子篩在催化反應(yīng)中的應(yīng)用17-19
• 1.5 金屬負(fù)載催化劑方法19-20
• 1.6 選題依據(jù)及主要研究內(nèi)容20-21
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分21-23
• 2.1 主要原料及試劑21
• 2.2 催化劑的制備21
• 2.3 催化劑物化性質(zhì)表征21-23
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡(SEM)21-22
• 2.3.2 比表面測(cè)定(BET)22
• 2.3.3 吡啶吸附紅外光譜(Py-IR)22
• 2.3.4 X射線粉末衍射(XRD)22-23
• 第三章 芳構(gòu)化固定床反應(yīng)裝置的設(shè)計(jì)與搭建23-29
• 3.1 影響液化氣芳構(gòu)化的工藝條件23
• 3.1.1 反應(yīng)溫度23
• 3.1.2 反應(yīng)空速23
• 3.1.3 反應(yīng)壓力23
• 3.2 液化氣芳構(gòu)化裝置基本要求23-24
• 3.3 初步設(shè)計(jì)方案24
• 3.4 芳構(gòu)化裝置問題細(xì)化24-28
• 3.5 產(chǎn)物分析28-29
• 第四章 Zn、Ag、K離子改性對(duì)HZSM-5催化劑芳構(gòu)化性能的影響29-41
• 4.1 引言29-30
• 4.2 Zn/HZSM-5催化劑表征及芳構(gòu)化性能評(píng)價(jià)30-34
• 4.2.1 Zn離子改性對(duì)HZSM-5催化劑物化性質(zhì)的影響30-32
• 4.2.2 Zn離子改性HZSM-5催化劑的芳構(gòu)化性能評(píng)價(jià)32-34
• 4.3 Ag/HZSM-5催化劑表征及芳構(gòu)化性能評(píng)價(jià)34-37
• 4.3.1 Ag離子改性對(duì)HZSM-5催化劑物化性質(zhì)的影響34-35
• 4.3.2 Ag離子改性HZSM-5催化劑的芳構(gòu)化性能評(píng)價(jià)35-37
• 4.4 K/HZSM-5催化劑表征及芳構(gòu)化性能評(píng)價(jià)37-39
• 4.4.1 K離子改性對(duì)HZSM-5催化劑物化性質(zhì)的影響37-38
• 4.4.2 K離子改性HZSM-5催化劑的芳構(gòu)化性能評(píng)價(jià)38-39
• 4.5 小結(jié)39-41
• 第五章 液化氣芳構(gòu)化反應(yīng)工業(yè)化應(yīng)用設(shè)想41-48
• 5.1 引言41-42
• 5.2 單元模塊的選擇42
• 5.3 物性計(jì)算方法42
• 5.4 模擬計(jì)算結(jié)果42-44
• 5.5 工藝方案及生產(chǎn)規(guī)模44-46
• 5.5.1 產(chǎn)品及生產(chǎn)規(guī)模45
• 5.5.2 工藝流程45-46
• 5.5.2.1 反應(yīng)系統(tǒng)45-46
• 5.5.2.2 氣液分離系統(tǒng)46
• 5.5.2.3 三塔精餾系統(tǒng)46
• 5.6 主要裝置的自動(dòng)化控制46-47
• 5.7 環(huán)境保護(hù)47
• 5.8 小結(jié)47-48
• 結(jié)論48-49
• 參考文獻(xiàn)49-52
• 致謝52

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