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乙苯脫氫制苯乙烯催化劑的開發現狀及展望

2023-06-14 4185

苯乙烯(SM)

     苯乙烯(SM)是除乙烯和丙烯外一種十分重要的聚合用單體,在下游化工產品和塑料中有著廣泛的應用。

苯乙烯sm.jpg



美國Dow化學公司以及德國BASF最早實現工業化生產苯乙烯,為工業化生產苯乙烯奠定了基礎。目前工業上苯乙烯主要有兩條生產路線:一種為乙苯脫氫法,它包括乙苯氧化脫氫和催化脫氫兩種工藝;另一種為環氧丙烷-苯乙烯(PO/SM)聯產法。其中乙苯脫氫生產苯乙烯的方法被普遍使用,SM產品收率大于90%。

     生產苯乙烯的關鍵點在于催化劑的好壞,通過科研人員的不斷探索改進,苯乙烯催化劑的研發有了顯著進展。乙苯脫氫催化劑由早期的鋅系、鎂系催化劑逐漸被性能更好的鐵系催化劑所取代。鐵系催化劑是以氧化鐵為活性組分、氧化鉀為主要助劑的一種催化劑。

     目前,乙苯脫氫催化劑的一個研發重點是低鉀元素催化劑助劑的開發。若鉀在催化的過程中流失過多或過快,將影響催化效率。因此,減少催化劑中鉀的含量,在保證催化效率的同時,會有效地提高催化劑的壽命,使生產過程更加穩定和高效。另一個研究重點是高壽命新型催化劑開發。催化劑單位時間內的催化效果和催化劑壽命是決定催化劑好壞的兩個重要因素。目前催化劑平均使用周期僅為24個月,因此開發性能好,使用周期長的乙苯脫氫催化劑具有重要的意義。如今,世界上著名的高壽命乙苯脫氫催化劑開發公司有德國南方化學公司和標準催化劑公司。標準催化劑公司成立于20世紀80年代末,是全球排名第一的加氫催化劑供應商。該公司開發的Shell系列催化劑和C系列催化劑取得了不錯的市場反響。德國南方化學公司成立于19世紀中期,該公司最初生產C系列和G系列的脫氫催化劑,又陸續開發了S(Styromax)系列催化劑,在我國的相應生產裝置上得到廣泛應用。此外,國內乙苯脫氫催化劑從20世紀60年代開始開發,目前廈門大學的XH系列、中石化上海石化研究院的GS系列、中石油石化研究院的LH系列、大連物化所的DC系列以及風光新材料的YFCT型號均已用于工業生產。



     在乙苯脫氫制苯乙烯催化劑的開發過程中,科研人員經過大量研究后發現,催化劑在反應過程中會受到溫度、助劑和空速等因素的影響,下面分別對上述幾個方面進行簡要說明: 


01

溫度:乙苯脫氫在反應過程中是典型的吸熱反應,若想讓反應持續高效進行,需要不斷提高反應溫度。溫度越高,反應越徹底;但反應溫度過高,乙苯會產生熱裂解反應而產生積碳,造成苯乙烯的選擇性降低,催化劑不穩定,催化效率變差。因此,應該將反應溫度控制在一個合理的范圍內,研究表明550-610℃為最佳反應溫度。

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02

助劑:為提高催化劑的活性,一般是向催化劑中添加一定量氧化鈣、氧化鉀、氧化鈰等的堿金屬氧化物作為助劑,催化劑的選擇性得到了提高,催化劑的壽命得到提高。研究表明,氧化鈰會對鐵-鉀型催化劑的催化效果產生顯著影響,也能增強鉬類元素催化劑助劑的效果,從而進一步提高 SM 產物最終的選擇性。對于不同組分的催化劑,應添加不同種類的助劑才能起到良好的催化效果。  

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03
(3)反應空速:隨著催化劑和反應物接觸時間的增加,轉化率升高,選擇性降低,但空速的增加不會造成苯乙烯收率的增加,最后反應空速對副產物苯和甲苯的生成量影響不大。 


     隨著化工行業的蓬勃發展,乙苯脫氫制苯乙烯催化劑得到廣泛應用,研發新型非金屬催化劑和助劑成為研發人員的研究重點。同時,考慮到氧化脫氫的反應條件和碳基催化劑抗氧化性差的特點,之后可以開發高效、高抗氧化性的非金屬乙苯氧化脫氫催化劑。綜上所述,不久將來肯定會開發出更多不同類型的乙苯脫氫催化劑,用以滿足實際的生產需要,這還需要科研人員不斷進行探索與研究。


文字摘自:《天津化工》,原作者:王琪,編輯:孟憲唯,校正:李闖

圖片來自網絡


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