乙苯脱氢制苯乙烯

北京化工大学能源化学工程专业实验报告

实验名称：乙苯脱氢制苯乙烯

班级：能源XXX班

姓名：XXXX

学号：XXXXXXX

同组人：XXXXXXXXXXXX

实验日期：2015.12.28

一、实验目的

1.了解以乙苯为原料，氧化铁系为催化剂，在固定床单管反应器中制备苯乙烯的过程。

2.学会稳定工艺操作条件的方法。

二、实验原理

1. 本实验的主副反应

主反应：乙苯↔苯乙烯+氢气 117.8 kJ/mol

副反应：乙苯↔苯+乙烯105.0 kJ/mol

乙苯+氢气↔苯+乙烷-31.5 kJ/mol

乙苯+氢气↔甲苯+乙烯 -54.4 kJ/mol

在水蒸汽存在的条件下，还可能发生下列反应：

乙苯+ 2水↔甲苯+二氧化碳+ 3氢气

此外，还有芳烃脱氢缩合及苯乙烯聚合生成焦油和焦等。这些连串反应的发生不仅使反应的选择性下降，而且极易使催化剂表面结焦进而活性下降。

2. 影响本反应的因素

（1）温度的影响

乙苯脱氢为吸热反应，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平衡转化率。但是温度过高副反应增加，使苯乙烯的选择性下降，能耗增加，设备材质要求增加，故应控制适宜的反应温度。本实验的反应温度为540~600 ºC。

（2）压力的影响

乙苯脱氢为体积增大的反应，降低总压可使平衡常数增大，从而增加反应的平衡转化率，故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。本实验加水蒸汽的目的是降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。较适宜的水蒸汽用量为：水/乙苯＝1.5/1（体积比）。

（3）空速的影响

乙苯脱氢反应系统中有平衡副反应和连串副反应，随着接触时间的增加，副反应也增加，苯乙烯的选择性可能下降，适宜的空速与催化剂的活性及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以0.6 h-1 为宜。

3. 本实验采用氧化铁系催化剂，其组成为：Fe2O3-CuO-K2O3-CeO2。

三、实验装置及流程

实验装置及流程如图1所示。

图1乙苯脱氢制苯乙烯工艺实验流程图

1－乙苯流量计；2、4－加料泵；3－水计量管；5－混合器；6－汽化器；7－反应器；8－电热夹套；9、11－冷凝器；10－分离器；12－热电偶四、反应条件控制

汽化温度300 ºC，脱氢反应温度540～600 ºC，水：乙苯＝1.5：1（体积比），相当于乙苯加料0.5 ml/min，蒸馏水0.75 ml/min（50 ml 催化剂）。

五、实验步骤

1. 注入原料乙苯和水，接通电源，使汽化器、反应器分别逐步升温至预定温度，同时打开循环冷却水。

2. 当汽化温度（对应控制面板的预热控制）达到 300 °C ，反应温度达到 400 °C 时，加入已设定好流量的蒸馏水，当反应温度达到 500 °C 时，加入已设定好流量 的乙苯，继续升温至 540 °C 。稳定 15 min ，取出粗产品（不用分析）。在此期 间，用秒表标定蒸馏水和乙醇的确切流量，记录数据。

3. 继续稳定 15 min ，取出粗产品，放入小烧杯内，然后用分液漏斗分离水层和烃 层（上层为烃层），分别称重，记录数据。

4. 取少量烃类样品，用气相色谱分析其组成，记录数据。

5. 结束反应，停止加乙苯，反应温度在 500 °C 以上时，继续通水蒸气进行催化剂 的清焦再生，约 20 min 后停止通蒸馏水，且降温。同时停止通冷却水。整理清理 实验仪器，结束实验。

六、实验记录及计算

表1-温度记录表

记录5分钟前后的乙苯和水的体积求取二者的流量， 表2-流量记录表

V 0（ml ） V 5（ml ） Q v （ml/min ）

乙苯 8.0 13.0 1 水

15.7

19.1

0.66

查得乙苯的密度为0.8671g/ml,所以15min 加入的乙苯的质量为： g qt 0065.138671.0115m =⨯⨯==ρ

表3-产物表

汽化器温度 反应器温度 反应温度 300℃

580℃

544℃

水 13.4298g 烃

9.8271g

色谱条件：DNP 色谱柱 （浙大智达）、D3*2m ；载气为氢气；载气流量 40 ml/min (柱头压 0.06 MPa)；进样量 1 μL ；柱温 90 °C ；检测器（使用检测器 I II ）温 度 140 °C 桥流 120 mA ；气化室（使用气化室 I ）温度 140 °C

色谱出峰顺序及停留时间：苯（0.87 min ），甲苯（1.9 min ），乙苯（3.8 min ），苯乙烯（5.7 min ）。

色谱质量相对校正因子 f i ：苯（1.000），甲苯（1.032），乙苯（0.890），苯乙烯（1.031）。

组分 i 的质量浓度 w i =A i *f i / ∑(A i *f i )，其中 A i 为组分 i 的色谱峰面积，f i 为组分i 的色谱质量相对校正因子。

表4-色谱分析结果

峰号 保留时间 峰面积 含量 1 0.148 175.250 0.0295 2 0.832 1174.400 0.1978 3 1.698 2138.550 0.3603 4 3.457 487824.000 82.1823 5

4.915

102275.602

17.2301

%

96.79%100031

.1602.10227589.0487824032.155.213814.117489

.0487824=⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯=

ω乙苯%

42.19%100031.1602.10227589.0487824032.155.213814.1174031

.1602.102275=⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯=ω苯乙烯%59.39%1000065.13%

96.798271.9-0065.13%100=⨯⨯=⨯=

原料加入量消耗的乙苯量乙苯转化率

%

37.36%100106

%96.798271.9-0065.13104

%42.198271.9%100=⨯÷⨯÷⨯=⨯=

）（消耗的乙苯量苯乙烯的产量苯乙烯选择性%

40.14%100%37.36%59.39%100=⨯⨯=⨯⨯=苯乙烯的选择性乙苯的转化率苯乙烯的收率七、思考题

1.乙苯脱氢生成苯乙烯反应是吸热还是放热反应？如何判断？如果是吸热反

应，则反应温度为多少？实验室如何来实现？工业上又是如何来实现？

答：乙苯脱氢生成苯乙烯反应是吸热反应。反应温度升高，平衡向生成乙苯的方向移动。反应温度为540℃-560℃。实验室通过汽化器来加热物料；工业中通过过热水蒸气预热以及加热炉加热来实现。