乙苯脱氢实验

乙苯脱氢实验

摘要

苯乙烯(SM)是生产塑料和合成橡胶的重要基本有机原料，主要用于生产聚苯乙烯，也可用于制备丁苯橡胶、苯乙烯一顺丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、不饱和聚酯等。乙苯催化脱氢法是目前国内外生产苯乙烯的主要方法，采用的催化剂主要是Fe-K系催化剂，其中Fe2O3。是活性组分、K2O是活性促进剂，K2O的引入使铁系催化剂的活性有了显著提高，可以在较低的水比下应用，但K2O含量过高存在着钾的流失问题。.为了解决催化剂在使用过程中存在的问题，作者采用固定床反应器，以自制的高铁低钾氧化铁为催化剂，考察反应温度、进料比和催化剂活性对乙苯转化率、苯乙烯选择性和苯乙烯收率的影响，确定了最佳的工艺条件。

乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的主要组分是铁和钾。在新鲜催化剂中,铁和钾形成铁钾化合物,最稳定的结构为KFe11O17(或K2Fe22O34).添加铈、钼、镁等，改善催化活性，提高反应产率。

关键词：乙苯脱氢，催化剂，铁化合物

Abstract

Styrene(SM)is the production of plastics and synthetic rubber in im portant basic organic raw materials,mainly for the production of polysty rene,can also be used for the preparation of a styrene-

butadiene rubber,maleate-

styrene block copolymers,unsaturated polyester,etc.Ethylbenzene cata lytic dehydrogenation method is by far the major domestic and foreign p roduction of styrene,used catalyst methodology mainly Fe-

K catalysts,Fe2O3.Is the active component,K2O is active promoters,K 2O introduction to iron-

based catalyst's activity has been significantly improved,can lower wate r ratios apply,K2O content too high potassium loss exists..in order to s olve the catalyst in the use process problems,the author takes a fixed b

ed reactor to self-made iron and low potassium oxide as a catalyst, visit reaction temperat ure, feed ratio and catalyst activity on Ethylbenzene conversion rate, the selectivity of polystyrene and styrene yield, determine the best process conditions.

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Keywords: Ethylbenzene; catalyst;iron compound;

一、实验目的

1、了解以乙苯为原料，氧化铁系为催化剂，利用固定床反应器装置制备苯乙烯的过程。

2、熟悉催化剂的制备、成型及表征方法；认识催化基本原理的应用。

3、掌握反应管催化剂装填及安装，装置各部件连接，以及常用化工仪表的使用。

4、学习“三传一反”在实际反应体系中的应用。

5、熟悉气相色谱法检测各反应组分的方法，确定乙苯转化率、苯乙烯收率与选择性；关联脱氢反应的转化率、选择性、收率及化学平衡组成与反应温度、压力的关系。

二、实验的综合知识点

完成本实验的测试和数据处理与分析需要综合应用以下知识：

（1）《化工热力学》关于反应工艺参数对平衡常数的影响，工艺参数与平衡组成间的关系。

（2）《化学反应工程》关于反应转化率、收率、选择性等概念及其计算、绝热式固定床催化反应器的特点。

（3）《化工工艺学》关于加氢、脱氢反应的一般规律，乙苯脱氢制苯乙烯的基本原理、反应条件选择、工艺流程和反应器等。

（4）《催化剂工程导论》关于工业催化剂的失活原因及再生方法。 （5）《仪器分析》关于气相色谱分析的测试方法。 三、实验原理

1、本实验的主副反应 主反应：

副反应：

在水蒸气存在的条件下，还可能发生下列反应：

此外，可能存在的副反应有芳烃脱氢缩合、苯乙烯聚合生成焦油等。这些连串副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积碳，进而导

125 kJ/mol

副反应

致催化剂活性下降。

本实验装置是固定床反应器，它是一个典型的管式积分反应装置，一般简称管式反应器。该反应器包括反应管和预热管。反应管上部都是预热器，用于气化水生成蒸汽。为了防止乙苯和水蒸气混合不均匀，乙苯和水同时进入汽化器上部进行汽化，预热器内填有瓷环，可以提高传热面积和加热面积。汽化后的水和乙苯在预热器内混合，进入到反应器的瓷环部分，在经过充分的混合，通过催化剂床层进行反应。

料液乙苯和水按照1:1.5，分别由两台泵分别计量流量后进入预热器，在充分混合后，预热汽化直接进入反应器的反应阶段。反应完后的产物经冰水冷凝后进入到分离器，分成油、水两相。并取油相用气相液谱进行产物分析。

1) 乙苯储料罐 1个 2) 计量泵 1支 3) 反应器及电热偶 1套 4) 碎瓷环 5) 催化剂 6) 碎瓷环 7) 石棉

8) 冷凝器 1个 9) 冰水混合物 10) 废液瓶 1支

主要试剂和仪器：

试剂：乙苯，水，铁系催化剂（自制）

仪器：固定床反应器，蠕动泵，冷凝器，气象色谱仪 2、乙苯脱氢反应条件选择

（1）温度

由平衡常数与温度的关系式2

0ln RT H T K p

p ∆=⎪⎪⎭⎫ ⎝

⎛∂∂可得，当∆H o ＞0，即对于吸热反

应而言，提高温度可增大平衡常数。由于乙苯脱氢反应为可逆吸热反应，因而提高温度有利于提高反应的平衡转化率。但是温度过高副反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，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℃。

（2）压力

由平衡常数与压力的关系式P

n T P

x K ∆-

=∂∂)ln (可得，当∆n ＞0时，降低反应

体系总压P 总，可使K x 增大，也就是反应体系中产物组分增大，即平衡向产物方向移动。由于乙苯脱氢为气体反应分子数增加的反应，因而降低压力有利于平衡向右-脱氢方向移动，从而增加了反应的平衡转化率。本实验采用水蒸气作为稀释剂，目的就是降低乙苯的分压，以提高乙苯的平衡转化率。较适宜的水蒸气用量为：水﹕乙苯＝1.5﹕1(体积比)或8﹕1(摩尔比)。

（3）空速

乙苯脱氢反应系统中有平行副反应和连串副反应，随着接触时间的增加，副