催化裂化反应机理.docVIP

异丙醇脱氢制丙酮所采用的催化剂及其设计原理 张若杰 1201班 化学工程 01201208170114 一、反应机理 脱氢反应是脱氢催化剂（Dehydrogenation catalysts）下进行的气固相催化反应，且反应是吸热的。在异丙醇分子中由于羟基的影响，α-H比较活泼，容易发生脱氢。 常压200-300℃，异丙醇在催化剂表面，脱氢吸热生成丙酮，并产生大量氢气。本反应主要涉及两个过程。温度适中时，发生主反应： （1） 起始时，由于异丙醇的加入，汽化需要吸收大量的热，导致反应温度降低，发生副反应： （2） 温度过高时，发生异丙醇分子内脱水，生成异丙醚: （3） 因此温度控制的是否得当是生成目的产物的关键。 二、反应热力学分析 查有关手册得298K各相关物质的和值于下表：（kcal/mol） 组分 水 丙酮 异丙醇 氢 异丙醚 4-甲基-2-戊酮 -57.80 --52.00 -65.11 0 -76.20 -67.84 -54.64 -36.58 -41.44 0 -29.13 —— 求出各反应在298K的、和Kp值列于下表： 反应 Kp （1） 13.11 4.88 0.0002635 （2） -3.78 -0.89 4.495 （3） -8.53 —— —— 求出多个温度的Kp值列于下表： 反应 温度K 298 573 598 623 648 673 （1） lnKp -8.2415 2.3844 2.8658 3.3086 3.7171 4.0954 Kp 0.00026 10.8525 17.5632 27.345 41.146 60.061 （2）三、分子反应机理反应物分子先被催化剂上的金属离子Mn+作用而脱去H-（发生C-H键异裂），随后再脱去H+而成不饱和键。要求反应分子交易极化产生Cδ+—Hδ-,催化剂也需要有 极化能力的金属离子Mn+用来脱去H-，同时具有负电荷的O2-,以接受H-。因此这类机理类似于酸碱催化。 四、催化剂的选择 在反应过程中，反应温度随催化剂的不同而不同。异丙醇脱氢反应是一简单反应，工业上大多采用气相反应，原料在气相条件下流过列管式固定床反应器，发生脱氢反应，常用铜锌系催化剂。典型的工艺条件为反应压力0．2～0．3 MPa，反应温度200～300℃ ，异丙醇单程转化率(摩尔分数)大于6O%，产品丙酮对异丙醇总收率(摩尔分数)大于95.5%。 所用催化剂有铜、银、铂、钯等金属以及过渡金属的硫化物，负载于惰性载体上，反应在管式反应器中进行，温度400～600℃。在使用氧化锌-氧化锆、铜-铬氧化物或铜-二氧化硅催化剂时，脱氢温度降低为300～500℃。 从催化原理和催化剂设计角度分析重整催化剂的特性及其作用 一、催化重整化学反应的类型 在催化重整反应中发生的化学反应主要有以下五类： 六元环烷烃的脱氢反应： 五元环烷烃的异构脱氢反应： 烷烃的环化脱氢反应： 直链烷烃的异构化反应： 加氢裂化反应： 除了以上五类反应以外，还有烯烃饱和反应以及生焦反应等。生焦反应虽然不是主要反应，但是它对催化剂的活性和生产操作却有很大的影响。 以上前三类反应都是生成芳烃的反应，无论是生产目的是芳烃还是高辛烷值汽油，这些反应都是有利的，尤其是正构烷烃的环化脱氢反应会是辛烷值大幅度地提高。这三类反应的反应速率是不同的。六元环烷烃的脱氢反应进行的很快，在工业条件下能达到化学平衡，它是生产芳烃的最重要的反应。五元环烷烃的异构脱氢反应比六元环烷烃的脱氢反应要慢的多，但大部分也能转化为芳烃。烷烃环化脱氢反应的速率较慢，在一般铂重整过程中，烷烃转化为芳烃的转化率很小。铂铼等双金属和多金属催化剂重整的芳烃转化率有很大的提高，主要的原因是降低了反应压力和提高了反应速率。 二、催化重整催化剂的特性和作用 现在的重整催化剂由基本活性组分（如铂）、助催化剂（如铼、锡等）和酸性载体（如含卤素的γ-Al2O3）所组成。 重整反应主要包括脱氢和裂化反应、异构化反应。这就要求重整催化剂具有两种催化功能。一种功能构成脱氢活性中心，促进脱氢、加氢反应，而另一种功能提供酸性中心，促进裂化、异构化等正碳离子反应。 重整催化剂的这两种功能在反应中是有机地配合的。在重整反应中，烃分子交替地在催化剂的酸性中心和脱氢-加氢中心上进行反应，因此，总的反应速率取决于过程中各个阶段的反应速率，而其中反应速率慢的阶段则起决定作用。因此，只有这两种功能适当地配合才能得到满意的结果。如果只是脱氢活性很强，则只能加速六元环烷烃的脱氢而对五元环烷烃和烷烃的芳构化及烷烃的异构化则反应不足，不能达到提高汽