乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的开发现状及展望

2023-06-14 4220

苯乙烯(SM)

     苯乙烯(SM)是除乙烯和丙烯外一种十分重要的聚合用单体,在下游化工产品和塑料中有着广泛的应用。

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美国Dow化学公司以及德国BASF最早实现工业化生产苯乙烯,为工业化生产苯乙烯奠定了基础。目前工业上苯乙烯主要有两条生产路线:一种为乙苯脱氢法,它包括乙苯氧化脱氢和催化脱氢两种工艺;另一种为环氧丙烷-苯乙烯(PO/SM)联产法。其中乙苯脱氢生产苯乙烯的方法被普遍使用,SM产品收率大于90%。

     生产苯乙烯的关键点在于催化剂的好坏,通过科研人员的不断探索改进,苯乙烯催化剂的研发有了显著进展。乙苯脱氢催化剂由早期的锌系、镁系催化剂逐渐被性能更好的铁系催化剂所取代。铁系催化剂是以氧化铁为活性组分、氧化钾为主要助剂的一种催化剂。

     目前,乙苯脱氢催化剂的一个研发重点是低钾元素催化剂助剂的开发。若钾在催化的过程中流失过多或过快,将影响催化效率。因此,减少催化剂中钾的含量,在保证催化效率的同时,会有效地提高催化剂的寿命,使生产过程更加稳定和高效。另一个研究重点是高寿命新型催化剂开发。催化剂单位时间内的催化效果和催化剂寿命是决定催化剂好坏的两个重要因素。目前催化剂平均使用周期仅为24个月,因此开发性能好,使用周期长的乙苯脱氢催化剂具有重要的意义。如今,世界上著名的高寿命乙苯脱氢催化剂开发公司有德国南方化学公司和标准催化剂公司。标准催化剂公司成立于20世纪80年代末,是全球排名第一的加氢催化剂供应商。该公司开发的Shell系列催化剂和C系列催化剂取得了不错的市场反响。德国南方化学公司成立于19世纪中期,该公司最初生产C系列和G系列的脱氢催化剂,又陆续开发了S(Styromax)系列催化剂,在我国的相应生产装置上得到广泛应用。此外,国内乙苯脱氢催化剂从20世纪60年代开始开发,目前厦门大学的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、大连物化所的DC系列以及风光新材料的YFCT型号均已用于工业生产。



     在乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的开发过程中,科研人员经过大量研究后发现,催化剂在反应过程中会受到温度、助剂和空速等因素的影响,下面分别对上述几个方面进行简要说明: 


01

温度:乙苯脱氢在反应过程中是典型的吸热反应,若想让反应持续高效进行,需要不断提高反应温度。温度越高,反应越彻底;但反应温度过高,乙苯会产生热裂解反应而产生积碳,造成苯乙烯的选择性降低,催化剂不稳定,催化效率变差。因此,应该将反应温度控制在一个合理的范围内,研究表明550-610℃为最佳反应温度。

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02

助剂:为提高催化剂的活性,一般是向催化剂中添加一定量氧化钙、氧化钾、氧化铈等的碱金属氧化物作为助剂,催化剂的选择性得到了提高,催化剂的寿命得到提高。研究表明,氧化铈会对铁-钾型催化剂的催化效果产生显著影响,也能增强钼类元素催化剂助剂的效果,从而进一步提高 SM 产物最终的选择性。对于不同组分的催化剂,应添加不同种类的助剂才能起到良好的催化效果。  

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03
(3)反应空速:随着催化剂和反应物接触时间的增加,转化率升高,选择性降低,但空速的增加不会造成苯乙烯收率的增加,最后反应空速对副产物苯和甲苯的生成量影响不大。 


     随着化工行业的蓬勃发展,乙苯脱氢制苯乙烯催化剂得到广泛应用,研发新型非金属催化剂和助剂成为研发人员的研究重点。同时,考虑到氧化脱氢的反应条件和碳基催化剂抗氧化性差的特点,之后可以开发高效、高抗氧化性的非金属乙苯氧化脱氢催化剂。综上所述,不久将来肯定会开发出更多不同类型的乙苯脱氢催化剂,用以满足实际的生产需要,这还需要科研人员不断进行探索与研究。


文字摘自:《天津化工》,原作者:王琪,编辑:孟宪唯,校正:李闯

图片来自网络


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