碱处理ts-1催化丙烯环氧化制备环氧丙烷及其产物分离模拟-preparation of propylene oxide by epoxidation of propylene catalyzed by alkali treatment ts - 1 and separation simulation of its products.docxVIP

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2018-05-28 发布于上海
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碱处理ts-1催化丙烯环氧化制备环氧丙烷及其产物分离模拟-preparation of propylene oxide by epoxidation of propylene catalyzed by alkali treatment ts - 1 and separation simulation of its products

环氧丙烷是一种非常重要的化工产品，是仅次于聚丙烯和丙烯腈的第三大丙烯类衍生物。目前生产环氧丙烷的方法主要是氯醇法和共氧化法，但它们都有很明显的缺陷。钛硅分子筛（TS-1）催化剂催化丙烯与过氧化氢反应直接生产环氧丙烷工艺，由于具有反应条件温和、反应速度快、选择性高、过程无污染等优点，受到研究者的重视，是一种生产环氧丙烷的绿色工艺。本论文采用水热法合成 TS-1 分子筛，将其成型后用于催化丙烯和过氧化氢直接反应制备环氧丙烷。首先采用四丙基氢氧化铵（TPAOH）处理成型后的催化剂，在固定床反应器上考察了 TPAOH 处理浓度、温度和时间对催化剂催化性能的影响，采用多种技术对催化剂进行了表征。其次对丙烯环氧化反应产物进行分离流程的模拟。由于在常压下甲醇与环氧丙烷形成共沸物，普通精馏难以对其进行分离，因此采用萃取精馏的方法进行分离。采用化工流程模拟软件 Aspen Plus 对工艺流程进行严格稳态模拟，建立了优化迭代流程，以年度总费用（TAC）为优化目标函数，对产品的分离过程进行了优化。实验结果表明，使用 TPAOH 溶液处理 TS-1/SiO2 可以提高催化剂的稳定性，最佳处理条件是：TPAOH 浓度为 0.008 mol/L，温度为 170 oC，时间为 96h。表征结果表明，采用 TPAOH 处理挤条成型的 TS-1/SiO2，无定型的 SiO2 在 TPAOH 的作用下转变成分子筛骨架结构，同时催化剂粒子的内部出现了许多不规则的孔结构。TPAOH 处理后催化剂内部产生的孔结构使反应物和产物在孔道内扩散更加容易，这可能是 TPAOH 处理后催化剂的稳定性提高的原因。本文建立了预分离塔（C1）、萃取精馏塔（C2）和甲醇精馏塔（C3）的三塔流程，对年产 20 万吨环氧丙烷装置进行了产物分离模拟。采用萃取精馏的方法实现了甲醇/环氧丙烷共沸物的分离，达到了环氧丙烷纯化的目的。采用 C3 塔对反应中的溶剂甲醇进行回收利用。研究了理论塔板数、原料进料位置等分别对 C1 和 C3 塔年度总费用（TAC）的影响以及 C2 理论塔板数、原料进料位置、萃取剂进料位置、萃取剂进料量等对 C2 塔 TAC 的影响，得到了最优模拟参数。关键词：TS-1，丙烯，环氧化，环氧丙烷，模拟Propylene oxide is an important chemical raw material, which is the third largest acrylic derivatives, second only to polypropylene and acrylonitrile. Currently, propylene oxide is mainly produced through chlorohydrin process and hydroperoxide oxidation process, which have obvious disadvantages. The process of epoxidzing propylenen with hydrogen peroxide catalyzed by titanium silicalite-1 (TS-1) has been investigated to some extent and proved to be an environmentally-friendly method with mild reaction conditions, fast reaction rate, high selectivity, etc.In this work ， TS-1 zeolite was hydrothermally synthesized, and then shaped toSiO2-supported TS-1 catalyst and studied in the epoxidation of liquid phase propylene in a fixed-bed reactor. Firstly, the extrudsted strips (TS-1/SiO2) were treated by dilute tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH) aqueous solution and the effects of TPAOH concentration, treatment temperature, and treatment time on the catalytic properties, expecially the catalytic stability in the epoxidation react