周巖磊　肖翔

摘 要：乙醇制備乙烯，烷基苯等等基本化學(xué)品是補(bǔ)充或替代化石能源的一條有效途徑。本工作研究了ZSM-5作為催化劑，在固定床管式反應(yīng)器中將乙醇轉(zhuǎn)化為氣相輕烴和液相混合烴過程，考察了反應(yīng)溫度、質(zhì)量空速和反應(yīng)壓力對液相烴收率的影響，以及反應(yīng)溫度對催化劑使用壽命的影響。實(shí)驗(yàn)表明：在反應(yīng)溫度、質(zhì)量空速和反應(yīng)壓力的相應(yīng)條件下，乙醇轉(zhuǎn)化為氣相輕烴、液相烴和水的收率分別是38.10%、22.60%、39%；氣相輕烴的主要成分是乙烯，含量92.30%，液相混合烴由20.74%的烷烴，72.09%的烷基芳烴和4.99%的烷基萘組成。在八小時(shí)的連續(xù)反應(yīng)中催化劑的性能沒有明顯的下降。

關(guān)鍵詞：乙醇；液相烴；氣相輕烴

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，我國的工藝水平得到了有效的發(fā)展，現(xiàn)階段，ZSM-5催化下轉(zhuǎn)化為烴類化合物的研究受到了人們的廣泛關(guān)注。乙醇轉(zhuǎn)化為液相烴和氣相烴之后，通過分離能夠得到很多種不同的化工產(chǎn)品，這是一種補(bǔ)充或者替代化石能源的有效途徑。乙醇中沒有含硫元素，轉(zhuǎn)化工藝中也不需要脫硫就能夠得到無硫油品和化工產(chǎn)品，符合綠色環(huán)保的理念。本文在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過沒有改性硅鋁比為25的ZSM-5催化劑，在固定場微分反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置中，在氮?dú)廨d帶和加壓的條件下，對乙醇制液相混合烴的過程進(jìn)行詳細(xì)研究，考察反應(yīng)溫度、催化劑用量和反應(yīng)壓力對液相烴收率和催化劑使用壽命的影響，從而獲得最優(yōu)質(zhì)的反應(yīng)條件，確定主要的影響因素，便于在研究的過程當(dāng)中實(shí)現(xiàn)液相烴收率的途徑。開展乙醇轉(zhuǎn)化為液相混合烴的工藝研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

反應(yīng)在固定床微分反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行。反應(yīng)器直徑為20mm，長度600mm，中間段有催化劑支撐架，條形ZSM-5催化劑放置在支撐架上，催化劑裝填量4-14g，反應(yīng)器采用不同的電加熱，加熱溫度是可控的，催化劑床層裝熱電偶溫度計(jì)，用于測量反應(yīng)溫度。氣體他倆、進(jìn)氣速率、液相進(jìn)料速率、加熱溫度都可以通過控制儀表進(jìn)行設(shè)定和調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)自動采集。

原料乙醇通過計(jì)量泵調(diào)節(jié)流量之后通過預(yù)熱器氣化之后，進(jìn)入反應(yīng)器上段升溫，達(dá)到設(shè)定溫度之后放置催化劑的中段發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物通過冷凝之后進(jìn)入氣液分離灌，分離氣相和液相產(chǎn)物。通過氣相色譜法分析產(chǎn)物的成分。反應(yīng)器的壓力通過調(diào)節(jié)載氣壓力和控制反應(yīng)產(chǎn)物的出口壓力來實(shí)現(xiàn)。乙醇進(jìn)料之后，觀察進(jìn)料速率、反應(yīng)器催化段溫度和壓力，等乙醇進(jìn)入催化劑反應(yīng)段之后，每隔一個(gè)小時(shí)在汽液分離下部液相出口處取一次樣品，取樣的時(shí)候是一小時(shí)末，將液相產(chǎn)物全部去除，在分液漏斗中將水和油進(jìn)行分離，分別稱量水和油相質(zhì)量，計(jì)算水和油箱的收率。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)物分布

在催化劑裝填量10g，液相進(jìn)料速率為90ml/h，質(zhì)量空速為7.10h，氮?dú)庾鳛檩d氣，進(jìn)氣速率3L/h，反應(yīng)壓力為2.50MPa，反應(yīng)溫度為390攝氏度的時(shí)候，連續(xù)反應(yīng)時(shí)間為八小時(shí)，乙醇轉(zhuǎn)換率為100%，反應(yīng)產(chǎn)物中液相烴，氣相烴和水的質(zhì)量分率分別為22.60%、38.40%和39.00%。

2.2 溫度對液相烴收率的影響

不同反應(yīng)溫度下的液相烴收率變化，溫度對出滑稽催化乙醇產(chǎn)液相烴活性的影響。在350攝氏度的時(shí)候，一個(gè)小時(shí)的液相烴收率能夠達(dá)到22.6%，但是在兩個(gè)小時(shí)之后，出現(xiàn)活性下降的趨勢，三小時(shí)催化劑就會失去活性。360攝氏度的時(shí)候液相烴收率是最高的，為23.85%，但是在五個(gè)小時(shí)之后催化劑就會失去活性，370攝氏度的時(shí)候液相烴收率坐高為21.65%，催化劑在六個(gè)小時(shí)之后失活。所以，當(dāng)溫度適當(dāng)?shù)纳哂欣谔挤肿訌目椎纼?nèi)溢出，縮短在孔道內(nèi)的停留時(shí)間。

2.3 質(zhì)量空速對液相烴收率的影響

在實(shí)驗(yàn)的條件下，隨著質(zhì)量空速的降低，液相烴的收率急劇增加。當(dāng)質(zhì)量空速降低到8.88h以下之后，收率增幅就會變得非常的緩慢，并且這個(gè)時(shí)間段也是曲線的拐點(diǎn)，5.07h質(zhì)量空速的時(shí)候收率達(dá)到了26.68%，鑒于催化劑成本較高，質(zhì)量空速以7.01h為適當(dāng)，液相烴收率為25.4%。

2.4 反應(yīng)壓力對液相烴產(chǎn)率的影響

在實(shí)驗(yàn)的條件下，反應(yīng)壓力對液相烴收率的影響并不顯著，收率隨著壓力的變化而變化。壓力不是影響液相烴收率的主要因素。常壓下反應(yīng)的時(shí)候，在乙醇進(jìn)料質(zhì)量空速為23.67h的條件下，不同氮?dú)廨d帶的時(shí)候，液相烴最高收率為17.7%，所以反應(yīng)壓力不應(yīng)該過高，不然設(shè)備和操作成本就會增加。實(shí)驗(yàn)中氮?dú)庾鳛檩d氣給反應(yīng)器加壓，主要的目的就是想要提高乙醇進(jìn)入催化劑孔道的擴(kuò)散速率，同時(shí)能夠盡快帶走反應(yīng)產(chǎn)物。同時(shí)起到稀釋反應(yīng)濃度的作用，減緩催化劑積碳，延長催化劑使用壽命。

3 結(jié)束語

乙醇在催化下轉(zhuǎn)化為氣相烴、液相烴和水，在溫度350-400攝氏度之間，乙醇轉(zhuǎn)化率達(dá)到了百分之百，乙醇在390攝氏度的時(shí)候，液相烴、氣相烴和水收率分別為22.60%，38.40%和39%，液相烴的主要成分是20.74%的側(cè)鏈烷烴，72.09%的烷基芳烴和4.99%的烷基萘。在實(shí)驗(yàn)的條件下，反應(yīng)溫度對液相烴收率影響并不顯著，但是對催化劑的活性和使用壽命的影響非常的大。反應(yīng)壓力對液相烴收率影響并不明顯，但是氮?dú)廨d帶能夠減緩催化劑積炭，延長催化劑使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]張俊旺，汪灃，楊利敏，常彥龍.固定床反應(yīng)器中乙醇制混合烴工藝過程考察[J].化學(xué)反應(yīng)工程與工藝，2016， 32（01）：15-21.