液化气芳构化催化剂改性、评价及工业化模拟设计

【摘要】：液化气芳构化反应为液化气的利用提供了新的途径,不仅可以制取高辛烷值汽油组分,并且未反应部分还满足车用液化气标准。 本文首先以常规液体浸渍法用Zn、Ag、K离子对HZSM-5进行改性,考察Zn.Ag.K离子改性以及金属负载量对芳构化性能的影响,采用吡啶吸附红外(Py-IR).X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、比表面测定(BET)对改性前后的HZSM-5分子筛的物化性质进行分析。 根据催化剂评价系统要求与液化气芳构化工艺特点,搭建了芳构化催化剂评价装置,实现了温度、流量自动化控制,从催化动力学研究角度确定了反应管直径(10mm)、催化剂颗粒直径(1mm)、床层高度(50mm),进行芳构化分析。 根据微反获得的实验数据,进行了年产10万吨液化气芳构化工业装置的Aspen模拟及设计。在相同处理量的情况下,对两种催化剂进行了投资以及产品收益进行估算,最终设计了一套液化气年处理量10万吨的工业配套装置。 结果表明：(1)金属组分的负载未对催化剂的形貌、晶体结构以及孔结构造成影响,但是随着负载量的增加催化剂B酸、L酸以及总酸量均下降。(2)通过考察Zn.Ag.K离子负载量对HZSM-5催化剂在液化气芳构化反应中的影响,得出以下结论,在380℃、0.2MPa、进料质量空速为2h-1反应条件下,当Zn负载量为2.3%时,表现出了较好的芳构化性能,芳烃收率62.5%,液化气转化率70%,母体芳烃收率和液化气转化率分别为40.7%和49.1%,当Ag负载量为1.8%时,有较好芳构化性能,芳烃收率和液化气转化率分别为52.4%和59.8%,而K离子的负载量为0.5%时,芳烃收率仅为35.7%,与标准的HZSM-5分子筛芳构化反应芳烃收率为40.7%相比,芳构化性能降低。(3)Aspen模拟结果表明,在相同处理量的情况下,以Ag(1.8%)/HZSM-5为催化剂的工艺总投资费用高于以Zn(2-3%)/HZSM-5为催化剂,而且产品总值以及总收益都低于后者,这说明催化剂的催化性能对此工艺的应用影响较大。 【关键词】：HZSM-5 改性 液化气 芳构化
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ426.94
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-7
• 引言7-8
• 第一章 文献综述8-21
• 1.1 液化石油气资源及利用现状8-11
• 1.1.1 C4烃的来源及组成8
• 1.1.2 C4液化气的工业利用8-11
• 1.2 国内外轻烃芳构化工艺11-12
• 1.3 轻烃芳构化机理12-16
• 1.4 ZSM-5分子筛的结构、性能特点及其在催化反应中的应用16-19
• 1.4.1 ZSM-5分子筛的结构特点和性能特点16-17
• 1.4.2 ZSM-5分子筛在催化反应中的应用17-19
• 1.5 金属负载催化剂方法19-20
• 1.6 选题依据及主要研究内容20-21
• 第二章 实验部分21-23
• 2.1 主要原料及试剂21
• 2.2 催化剂的制备21
• 2.3 催化剂物化性质表征21-23
• 2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)21-22
• 2.3.2 比表面测定(BET)22
• 2.3.3 吡啶吸附红外光谱(Py-IR)22
• 2.3.4 X射线粉末衍射(XRD)22-23
• 第三章 芳构化固定床反应装置的设计与搭建23-29
• 3.1 影响液化气芳构化的工艺条件23
• 3.1.1 反应温度23
• 3.1.2 反应空速23
• 3.1.3 反应压力23
• 3.2 液化气芳构化装置基本要求23-24
• 3.3 初步设计方案24
• 3.4 芳构化装置问题细化24-28
• 3.5 产物分析28-29
• 第四章 Zn、Ag、K离子改性对HZSM-5催化剂芳构化性能的影响29-41
• 4.1 引言29-30
• 4.2 Zn/HZSM-5催化剂表征及芳构化性能评价30-34
• 4.2.1 Zn离子改性对HZSM-5催化剂物化性质的影响30-32
• 4.2.2 Zn离子改性HZSM-5催化剂的芳构化性能评价32-34
• 4.3 Ag/HZSM-5催化剂表征及芳构化性能评价34-37
• 4.3.1 Ag离子改性对HZSM-5催化剂物化性质的影响34-35
• 4.3.2 Ag离子改性HZSM-5催化剂的芳构化性能评价35-37
• 4.4 K/HZSM-5催化剂表征及芳构化性能评价37-39
• 4.4.1 K离子改性对HZSM-5催化剂物化性质的影响37-38
• 4.4.2 K离子改性HZSM-5催化剂的芳构化性能评价38-39
• 4.5 小结39-41
• 第五章 液化气芳构化反应工业化应用设想41-48
• 5.1 引言41-42
• 5.2 单元模块的选择42
• 5.3 物性计算方法42
• 5.4 模拟计算结果42-44
• 5.5 工艺方案及生产规模44-46
• 5.5.1 产品及生产规模45
• 5.5.2 工艺流程45-46
• 5.5.2.1 反应系统45-46
• 5.5.2.2 气液分离系统46
• 5.5.2.3 三塔精馏系统46
• 5.6 主要装置的自动化控制46-47
• 5.7 环境保护47
• 5.8 小结47-48
• 结论48-49
• 参考文献49-52
• 致谢52

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