《低碳烯烴催化技術(shù)基礎(chǔ)》概述了低碳烯烴制備技術(shù)的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀和趨勢,針對低碳烯烴生產(chǎn)的高效化與綠色化,重點介紹了輕石腦油催化裂解、烯烴歧化轉(zhuǎn)化、低碳烷烴脫氫、甲醇制烯烴四項技術(shù)在催化化學(xué)及反應(yīng)工程方面的研究結(jié)果,包括催化劑結(jié)構(gòu)設(shè)計、反應(yīng)機理研究、反應(yīng)熱力學(xué)和動力學(xué)研究、反應(yīng)器模擬計算、工藝過程研究等。
《低碳烯烴催化技術(shù)基礎(chǔ)》匯集作者在相關(guān)領(lǐng)域多年的研究進展,是一本具有一定理論水平的專著。可供石油化工及催化領(lǐng)域的科研人員、高校教師、研究生和高年級大學(xué)生參考。
石油化學(xué)工業(yè)是我國支柱產(chǎn)業(yè),乙烯產(chǎn)業(yè)是石化工業(yè)的龍頭,乙烯、丙烯、丁二烯等低碳烯烴產(chǎn)量,尤其乙烯產(chǎn)量是衡量一個國家的經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標(biāo)志。
“綠色、低碳、高效”生產(chǎn)是科學(xué)發(fā)展賦予我國石化工業(yè)新的歷史使命。國民經(jīng)濟高速增長的強大需求與石油和天然氣資源對外的高依存度,使我國石油化工行業(yè)面臨著前所未有的壓力與挑戰(zhàn)。作為石油化工的源頭——低碳烯烴的生產(chǎn),是資本、技術(shù)以及能耗高度密集的化工過程,必然同樣面臨著巨大的機遇與挑戰(zhàn)。以傳統(tǒng)的蒸汽裂解過程為例,高溫裂解過程約占整個乙烯流程能耗的40%以上。為實現(xiàn)石化工業(yè)高效的可持續(xù)發(fā)展,必須開拓低碳烯烴原料來源,同時開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進節(jié)能技術(shù)。
據(jù)統(tǒng)計,85%的石化過程都是催化反應(yīng)過程。無論是過去還是未來,催化技術(shù)以及化學(xué)工程技術(shù)的進步始終是推動石化工業(yè)的強大動力。為帶動傳統(tǒng)低碳烯烴生產(chǎn)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)升級與結(jié)構(gòu)調(diào)整,需要借助于“催化科學(xué)與技術(shù)”這把金鑰匙。藉此,在國家自然科學(xué)基金石油化工聯(lián)合基金的資助下,從2008年到2010年,中國石化上海石油化工研究院聯(lián)合浙江大學(xué)與華東理工大學(xué)有關(guān)研究人員,圍繞三種制備乙烯與丙烯的途徑——輕石腦油催化裂解、乙烯與丙烯歧化轉(zhuǎn)化以及丙烷脫氫,開展了“制備低碳烯烴催化化學(xué)及反應(yīng)工程關(guān)鍵問題的基礎(chǔ)研究”課題的研究。項目歷時三年,上海石油化工研究院、浙江大學(xué)以及華東理工大學(xué)三方通力合作,取得了重要研究進展。在輕烴歧化轉(zhuǎn)化催化劑載體的織構(gòu)與表面酸堿性的調(diào)變、丙烷脫氫催化劑的粒徑效應(yīng)、催化劑顆粒結(jié)焦與流化狀態(tài)的在線監(jiān)測方面,取得了創(chuàng)新性研究結(jié)果,為輕石腦油催化裂解、烯烴歧化轉(zhuǎn)化以及丙烷脫氫工業(yè)催化劑和反應(yīng)器的設(shè)計與優(yōu)化提供了重要基礎(chǔ)。
本書是這一項目主要研究成果的總結(jié),同時為了體現(xiàn)低碳烯烴制備技術(shù)的完整性,加入甲醇制烯烴催化劑及工藝一章。全書分七章,各章節(jié)由承擔(dān)研究任務(wù)的主要研究人員負(fù)責(zé)編寫。第一章介紹了低碳烯烴制備技術(shù)的進展(中國石化股份有限公司謝在庫和上海石油化工研究院王仰東、李曉紅、汪哲明編寫)。第二章內(nèi)容包括高水熱穩(wěn)定性、高雙烯收率輕石腦油裂解催化劑結(jié)構(gòu)設(shè)計,裂解催化反應(yīng)一再生動力學(xué),催化劑的原位表征(上海石油化工研究院汪哲明、陳希強、許烽、肖靜嫻和浙江大學(xué)陳豐秋、程黨國、朱寧編寫)。第三章內(nèi)容涉及輕石腦油裂解宏觀反應(yīng)動力學(xué)、反應(yīng)器模擬以及流化床運行體系催化劑積炭的非損傷性監(jiān)測(上海石油化工研究院鐘思青、李曉紅和浙江大學(xué)王靖岱、陽永榮編寫)。第四章為烯烴歧化轉(zhuǎn)化催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計與烯烴原料的吸附一分離反應(yīng)工藝(上海石油化工研究院王仰東、劉蘇、宣東、董靜、肖永厚編寫)。第五章介紹了高穩(wěn)定性、選擇性的丙烷脫氫與氫氣氧化選擇性催化劑的研究以及相關(guān)工藝(上海石油化工研究院吳文海、吳省、繆長喜、曾鐵強編寫)。第六章內(nèi)容涵蓋丙烷脫氫與氫氧化過程的分子模擬,反應(yīng)一再生動力學(xué)研究、反應(yīng)機理研究,以及反應(yīng)器模擬(華東理工大學(xué)周興貴、隋志軍編寫)。第七章內(nèi)容包括甲醇制烯烴過程催化劑、反應(yīng)熱力學(xué)、反應(yīng)動力學(xué)、流化床反應(yīng)器、催化反應(yīng)機理方面的研究成果以及S-MTO工藝的工業(yè)應(yīng)用情況(中國石化股份有限公司謝在庫和上海石油化工研究院鐘思青、劉紅星、齊國禎、王傳明編寫)。
感謝中國石化與國家自然科學(xué)基金委對本課題的支持,感謝高滋與洪定一教授對本書的審閱,并提供了許多寶貴意見。我們希望本書的出版,能夠?qū)Υ龠M低碳烯烴制備的催化科學(xué)研究與反應(yīng)工程技術(shù)的開發(fā)、交流催化科學(xué)的最新研究成果以及推動低碳烯烴制備技術(shù)的產(chǎn)業(yè)升級發(fā)揮積極的作用。書中可能還有一些不足與疏漏之處,望讀者不吝賜教與批評指正。
第1章 緒論
1.1 低碳烯烴制備技術(shù)的現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)
1.1.1 低碳烯烴制備技術(shù)的現(xiàn)狀
1.1.2 低碳烯烴制備技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)
1.2 低碳烯烴制備技術(shù)的演變及發(fā)展
1.2.1 低碳烯烴制備技術(shù)第一階段
1.2.2 低碳烯烴制備技術(shù)第二階段
1.2.3 低碳烯烴制備技術(shù)第三階段
1.3 綠色、節(jié)能低碳烯烴制備技術(shù)
1.3.1 輕石腦油催化裂解
1.3.2 乙烯/丁烯歧化轉(zhuǎn)化
1.3.3 低碳烷烴脫氫
1.3.4 甲醇制烯烴
1.4 展望
參考文獻
第2章 輕石腦油裂解反應(yīng)及催化劑
2.1 前言
2.2 高性能的催化裂解催化劑
2.2.1 分子篩孔結(jié)構(gòu)與酸度的影響
2.2.2 小晶粒與原位晶化ZSM -5的催化裂解性能
2.2.3 催化裂解催化劑的水熱穩(wěn)定性
2.2.4 高水熱穩(wěn)定催化劑的結(jié)構(gòu)表征
2.2.5 流化床催化裂解催化劑成型
2.3 輕石腦油裂解催化劑的反應(yīng)機理研究
2.3.1 水熱處理前后催化劑的反應(yīng)機理
2.3.2 催化劑失活機制和再生特性
2.3.3 輕石腦油中各典型化合物的催化裂解反應(yīng)機理
2.4 小結(jié)
參考文獻
第3章 輕石腦油催化裂解反應(yīng)工程基礎(chǔ)
3.1 輕石腦油催化裂解反應(yīng)工程技術(shù)
3.1.1 固定流化床主要工藝參數(shù)影響規(guī)律
3.1.2 循環(huán)流化床工藝
3.1.3 流化床反應(yīng)器及其數(shù)學(xué)模型
3.2 輕石腦油催化裂解集總反應(yīng)動力學(xué)
3.2.1 集總模型的建立
3.2.2 集總反應(yīng)動力學(xué)模型推導(dǎo)及參數(shù)計算
3.2.3 失活動力學(xué)
3.2.4 六集總反應(yīng)-失活動力學(xué)模型
3.3 催化劑積炭量的在線檢測與故障診斷
3.3.1 催化劑積炭量的頻率位移模型
3.3.2 催化劑積炭量的偏最小二乘回歸模型
3.3.3 催化劑積炭量聲發(fā)射檢測的工業(yè)應(yīng)用試驗
3.4 小結(jié)
參考文獻
第4章 烯烴歧化轉(zhuǎn)化催化技術(shù)
4.1 前言
4.2 1-丁烯自身歧化制己烯催化材料研究
4.2.1 W系催化劑的研制
4.2.2 Re系催化劑的研制
4.3 1-丁烯和2-丁烯交叉歧化制丙烯催化劑及反應(yīng)工藝研究
4.3.1 催化劑制備及評價
4.3.2 反應(yīng)工藝對催化性能的影響
4.3.3 1-丁烯和2-丁烯比例對催化性能的影響
4.3.4 長周期運行實驗
4.3.5 催化劑積炭和再生研究
4.3.6 反應(yīng)產(chǎn)物分布
4.4 丁烯和乙烯歧化制丙烯催化劑及反應(yīng)研究
4.4.1 烯烴雙鍵異構(gòu)化催化劑的研制
4.4.2 烯烴歧化催化劑的研制
4.4.3 丁烯和乙烯歧化制丙烯反應(yīng)性能考察
4.5 烯烴原料深度凈化的吸附材料及吸附模型
4.5.1 復(fù)合吸附劑制備及吸附性能評價
4.5.2 改性分子篩吸附用于深度脫除烯烴中二甲醚的研究
4.5.3 丙烯在離子交換NaX分子篩上的吸附熱力學(xué)研究
4.5.4 固定床吸附穿透過程模擬
4.6 小結(jié)
參考文獻
第5章 低碳烷烴脫氫催化材料及工藝
5.1 前言
5.1.1 鉑系脫氫催化材料研究進展
5.1.2 低碳烷烴脫氫反應(yīng)工藝
5.2 高效烷烴脫氫催化材料
……
第6章 丙烷/異丁烷脫氫一氫氧化催化反應(yīng)工程基礎(chǔ)
第7章 甲醇制烯烴催化新工藝