甲醇转化制芳烃（MTA）反应的研究

发布时间：2017-05-18 12:12

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【摘要】：甲醇制芳烃(MTA)过程是非石油路线合成优质芳烃的重要途径。由于甲醇来源于煤、天然气和生物质等,因此MTA过程具有可持续发展的特征。煤经甲醇合成芳烃(CTM-MTA)技术上承煤化工,下启石油化工,不仅为煤炭资源提供更广阔的利用前景,而且缓解了我国芳烃资源紧张的现状,具有国家能源安全战略意义。 本文首先对MTA反应过程进行了热力学平衡计算,然后在HZSM-5催化剂上考察了工艺条件对MTA反应的影响,最后考察了催化剂的分子筛和载体部分对MTA反应的影响。得到以下结果： 1.热力学计算结果表明,MTA过程是强放热不可逆过程,涉及到的反应均可自发进行。高温低压可以提高芳烃产物的选择性。 2.当MTH反应达到热力学平衡时,烯烃几乎完全转化成芳烃和烷烃。因此对于甲醇转化过程有不同目的产物要求时,应慎重选择工艺条件和催化剂类型。 3.在HZSM-5催化剂上研究表明,当甲醇单独进料时,MTA的最优工艺条件为：温度400～450℃,压力0.1～0.5MPa,质量空速1～2h-1。在此工艺条件下催化剂的活性、芳烃产物选择性和寿命均令人满意。 4.在不同类型的分子筛中,纳米小晶粒、低硅铝比的HZSM-5最适宜MTA反应,该类型分子筛具有优良的反应活性和较强的抗积碳失活能力。 5.载体的比例和表面性质影响催化剂的孔道结构,适度地分散分子筛活性中心,能提高催化剂的水热稳定性。实验结果表明：载体的比表面积要适中,在催化剂中所占的最佳质量比例为20%-40%。
【关键词】：甲醇制芳烃 热力学平衡 工艺条件 分子筛 载体
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ426
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 文献综述11-27
• 1.1 甲醇的发展现状11-13
• 1.1.1 甲醇的性质11
• 1.1.2 甲醇的来源11-12
• 1.1.3 甲醇的应用12-13
• 1.2 芳烃的发展现状13-15
• 1.2.1 芳烃的性质13
• 1.2.2 芳烃的需求现状13-14
• 1.2.3 芳烃的生产工艺14-15
• 1.3 MTA反应的发展现状15-25
• 1.3.1 MTA催化剂的研究进展15-18
• 1.3.2 MTA反应工艺的研究进展18-22
• 1.3.3 MTA反应机理的研究进展22-25
• 1.4 催化剂失活25-26
• 1.5 本文的研究思路及结构26-27
• 2 实验部分27-31
• 2.1 实验材料及试剂27
• 2.2 催化剂的制备27
• 2.3 催化剂物化性质表征27-28
• 2.3.1 催化剂晶体结构的测定27
• 2.3.2 催化剂酸性的测定27-28
• 2.3.3 催化剂比表面积和孔结构的测定28
• 2.3.4 催化剂吸附量的测定28
• 2.3.5 催化剂形貌的表征28
• 2.4 催化剂芳构化性能的评价28-29
• 2.5 MTA产物分析方法29
• 2.5.1 油相组成分析29
• 2.5.2 水相组成分析29
• 2.5.3 气相组成分析29
• 2.6 MTA产物计算方法和评价指标29-31
• 3 甲醇制烃(MTH)反应过程的热力学分析31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 热力学平衡计算原理31-34
• 3.2.1 热力学平衡的计算方法31-32
• 3.2.2 MTH热力学计算体系的确定32-33
• 3.2.3 MTH体系物性数据33-34
• 3.3 MTH热力学计算结果讨论34-41
• 3.3.1 MTH反应焓变△H_r(T)的变化规律34-35
• 3.3.2 MTH反应吉布斯自由能变△AG_r(T)的变化规律35-36
• 3.3.3 MTH反应平衡常数K_p(T)的变化规律36-37
• 3.3.4 MTH反应平衡组成的变化规律37-41
• 3.4 小结41-42
• 4 工艺条件对MTA性能的影响42-57
• 4.1 引言42-43
• 4.2 温度对MTA的影响43-48
• 4.2.1 温度对甲醇转化率(X_(MO))的影响43-44
• 4.2.2 温度对油品收率(YC5~+)的影响44
• 4.2.3 温度对芳烃产物的影响44-45
• 4.2.4 温度对催化剂寿命的影响45-46
• 4.2.5 温度对产物分布的影响及热力学分析46-48
• 4.3 压力对MTA的影响48-52
• 4.3.1 压力对甲醇转化率(X_(MO))的影响48
• 4.3.2 压力对油品收率(Yc5~+)的影响48-49
• 4.3.3 压力对芳烃产物的影响49
• 4.3.4 压力对催化剂寿命的影响49-50
• 4.3.5 压力对产物分布的影响及热力学分析50-52
• 4.4 空速对MTA的影响52-54
• 4.4.1 甲醇质量空速对甲醇转化率和油品收率的影响52
• 4.4.2 甲醇质量空速对芳烃产物的影响52-53
• 4.4.3 空速对催化剂寿命的影响53-54
• 4.5 水含量对MTA的影响54-56
• 4.5.1 水含量对甲醇转化率和油品收率的影响54-55
• 4.5.2 水含量对芳烃产物的影响55-56
• 4.5.3 水含量对催化剂寿命的影响56
• 4.6 小结56-57
• 5 催化剂的分子筛部分对MTA反应性能的影响57-72
• 5.1 引言57
• 5.2 分子筛类型对MTA反应性能的影响57-62
• 5.2.1 不同分子筛的物化性质表征57-60
• 5.2.2 不同分子筛的MTA反应性能60-61
• 5.2.3 不同分子筛的MTA反应产物分布61-62
• 5.3 不同晶粒度ZSM-5分子筛的MTA反应性能62-67
• 5.3.1 不同晶粒度HZSM-5分子筛的物化性质62-65
• 5.3.2 不同晶粒度HZSM-5分子筛的MTA反应性能65-66
• 5.3.3 不同晶粒度ZSM-5分子筛的MTA反应产物分布66-67
• 5.4 不同硅铝比ZSM-5分子筛的MTA反应性能67-71
• 5.4.1 不同硅铝比ZSM-5分子筛的物化性质67-69
• 5.4.2 不同硅铝比ZSM-5分子筛的MTA反应性能69-70
• 5.4.3 不同硅铝比ZSM-5分子筛的MTA反应产物分布70-71
• 5.5 小结71-72
• 6 催化剂的载体部分对MTA反应性能的影响72-82
• 6.1 引言72
• 6.2 载体类型对MTA反应性能的影响72-77
• 6.2.1 不同Al_2O_3晶相转化72-73
• 6.2.2 不同载体的催化剂物化性质表征73-76
• 6.2.3 不同载体的催化剂MTA反应性能76-77
• 6.2.4 不同载体的催化剂MTA反应产物分布77
• 6.3 载体比例对MTA性能的影响77-81
• 6.3.1 不同载体比例的催化剂物化性质表征77-79
• 6.3.2 不同载体比例的催化剂MTA反应性能79-80
• 6.3.3 不同载体比例的催化剂MTA反应产物分布80-81
• 6.4 小结81-82
• 结论与展望82-84
• 1 结论82
• 2 展望82-84
• 参考文献84-89
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况89-90
• 致谢90-91

【参考文献】

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本文编号：376022