SAPO-18分子篩在丁烯催化裂解反應(yīng)中催化性能探討

周彤

摘 要：本文主要使用水熱合成方法來進(jìn)行了SAPO-18分子篩的合成，在合成過程中主要使用了磷酸、擬薄水鋁石、氣相二氧化硅、去離子水以及有機(jī)模板劑等一些合成材料，并充分應(yīng)用了XRD、SEM和NH3-TPD表征等相關(guān)的手段對合成分子篩的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入分析。與此同時(shí)，還針對SAPO-18分子篩在丁烯催化裂解反映過程中反應(yīng)環(huán)境溫度對催化性能的影響進(jìn)行了探討。通過試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，丁烯催化裂解反映過程中國，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到500℃，反映時(shí)間處于3.5h-1之前的時(shí)候，催化劑的實(shí)際催化性能達(dá)到最佳，而且丙烯的選擇性以及收率也較高。

關(guān)鍵詞：SAPO-18分子篩;丁烯催化裂解

在石油化工的生產(chǎn)作業(yè)過程中乙烯以及丙烯是兩種非常重要的生產(chǎn)原料，隨著近年來社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)σ蚁┮约氨┑男枨罅恳苍诓粩嘣黾?。鑒于此，咋世界范圍內(nèi)，很多企業(yè)都在利用現(xiàn)有的工藝技術(shù)來不斷擴(kuò)大乙烯以及丙烯的生產(chǎn)規(guī)模，與此同時(shí)也在不斷探索新的工藝生產(chǎn)方法，而就目前的發(fā)展來看充分利用C4烯烴來實(shí)現(xiàn)丙烯和乙烯的生產(chǎn)是具有較好的前景的一種生產(chǎn)工藝。在實(shí)際進(jìn)行C4烯烴裂解反應(yīng)的過程中，主要的原理是聚合--裂解。此外，在整個(gè)反應(yīng)過程中還會(huì)涉及異構(gòu)化反應(yīng)、歧化反應(yīng)、環(huán)化反應(yīng)等多種反應(yīng)過程。而在縮合反應(yīng)中還會(huì)產(chǎn)生焦炭，該反應(yīng)主要是單烯烴在經(jīng)過正碳離子中間產(chǎn)物發(fā)生脫氫環(huán)化反應(yīng)后就能夠形成芳烴，而芳烴再經(jīng)過質(zhì)子化后就能生成芳基正碳離子，其余其他的芳烴經(jīng)過縮合反應(yīng)后就能生產(chǎn)雙環(huán)芳烴，進(jìn)一步縮合后就能形成多環(huán)芳烴，這樣就形成產(chǎn)生焦炭的物質(zhì)，該物質(zhì)在經(jīng)過氫轉(zhuǎn)移護(hù)理就能生產(chǎn)焦炭，并附著在催化劑的表面，從而會(huì)導(dǎo)致催化劑失效的現(xiàn)象。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原料與試劑

本次研究中主要應(yīng)用到了磷酸、擬薄水鋁石、氣相二氧化硅，N，N-二異丙基乙胺（阿拉丁試劑）等一些原料;而且所有的原料都是分析純。

1.2 分子篩的制備

在實(shí)際合成SAPO-18分子篩的過程中主要使用的是水熱合成法。稱取一定量的磷酸、去離子水以及擬薄水鋁石，然后將幾種原料經(jīng)過攪拌保證均勻;然后稱取適量的氣相二氧化硅添加到混合物中，在經(jīng)過均勻的攪拌后就能形成厚凝膠;然后將N，N-二異丙基乙胺加入到其中，然后將混合物置于乳化劑中進(jìn)行攪拌，直到不再出現(xiàn)分層為止。這樣就能夠形成一種摩爾比為：n（SiO2）：n（Al2O3）：n（P2O5）：n （H2O）：n（R）=0.40：1：0.90：50：1.60的凝膠，其中R表示模板劑N，N-二異丙基乙胺。最后將形成的凝膠置于高壓的反應(yīng)釜中，讓其在靜態(tài)的環(huán)境下發(fā)生水熱自壓晶化8d。

2 反應(yīng)條件對SAPO-18分子篩催化丁烯裂解性能的影響

在催化劑1g，在線時(shí)間為3min，反應(yīng)壓力0.1MPa，空速3.5h-1，純丁烯流量23mL/min的反應(yīng)環(huán)境下，查看SAPO-18分子篩催化丁烯裂解性能隨著溫度變化而產(chǎn)生的變化，進(jìn)過反映可以發(fā)現(xiàn)，溫度的不斷提升會(huì)導(dǎo)致丁烯的轉(zhuǎn)化率不斷上升，而且以此的收率也能不斷增加，但是溫度進(jìn)一步增加后，兩者都會(huì)出現(xiàn)明顯的下降;在反應(yīng)溫度達(dá)到550℃的時(shí)候都出現(xiàn)了最大值，分別為45.29，而在500℃的時(shí)候這一數(shù)值為44.33%;隨著反應(yīng)溫度的不斷升高，丙烯的選擇性以及丙烯乙烯的收率會(huì)逐漸下降，C5實(shí)際收率則呈現(xiàn)出先增后減的趨勢，在溫度為500℃的時(shí)候達(dá)到極值。

丁烯的轉(zhuǎn)化率也會(huì)隨著溫度的不斷提升而逐步提升，這主要是因?yàn)槎∠┑牧呀馐且粋€(gè)吸熱反映，因此高溫會(huì)對其裂解反映形成促進(jìn)作用;而從動(dòng)力學(xué)來分析來看，環(huán)境溫度越高其反應(yīng)速度也會(huì)相應(yīng)增加，也就會(huì)進(jìn)一步提升丁烯的轉(zhuǎn)化率。而隨著反映溫度的不斷提升，乙烯的收率也會(huì)逐漸增加。這主要水因?yàn)檎茧x子的熱裂解反應(yīng)產(chǎn)生了乙烯，因此，在反應(yīng)溫度相對較低的情況下主要發(fā)生的反應(yīng)是粗話裂化反應(yīng)，而這個(gè)過程中乙烯的產(chǎn)量很少，溫度的不斷提升是的裂解反應(yīng)速率增加乙烯的產(chǎn)量也會(huì)提升，由此就導(dǎo)致其收率增加。由此也會(huì)導(dǎo)致丙烯的選擇性出現(xiàn)了現(xiàn)將;另外，在溫度不斷提升的情況下，原料的轉(zhuǎn)化率也在不斷提升，雖然能夠提升乙烯的收率，但也同時(shí)提升了丙烯的收率。隨著溫度的不斷增加，乙烯的收率會(huì)不斷提升，同時(shí)丙烯的收率會(huì)逐漸下降，鑒于此，要想進(jìn)一步提升丙烯的選擇性以及收率，可以適當(dāng)提升反應(yīng)溫度，但是應(yīng)該對溫度進(jìn)行合理的控制。

隨著反應(yīng)溫度的不斷提升P/E比會(huì)逐漸的減小，這主要是因?yàn)榈蜏丨h(huán)境下乙烯的收率很小，在這種情況下P/E比相對較高;為溫度進(jìn)一步增加的時(shí)候，丁烯的裂解反應(yīng)深度逐漸增加，乙烯的產(chǎn)量也會(huì)逐步升高，從而P/E比值逐漸降低。鑒于此，如果需要的產(chǎn)物為丙烯時(shí)可以適當(dāng)?shù)奶嵘齈/E比，但是整個(gè)反應(yīng)溫度不能太高。

3 結(jié)論

本文主要通過應(yīng)用XRD、SEM和BET等幾種表征手段針對SAPO-18分子篩的性能進(jìn)行全檢分析。當(dāng)反應(yīng)溫度、反應(yīng)空速一定的條件下，將丁烯的裂解與SAPO-34開展了分析，可以知道SAPO-18分子篩在裂解的初期階段效果非常明顯，而且也比較溫度，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)催化反應(yīng)過程中氫轉(zhuǎn)移等副反應(yīng)的有效控制，進(jìn)一步提升了丙烯的收率，在目前市場中應(yīng)用前景非常廣闊。

參考文獻(xiàn)：

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