SAPO-18分子篩在丁烯催化裂解反應中催化性能探討

周彤

摘 要：本文主要使用水熱合成方法來進行了SAPO-18分子篩的合成，在合成過程中主要使用了磷酸、擬薄水鋁石、氣相二氧化硅、去離子水以及有機模板劑等一些合成材料，并充分應用了XRD、SEM和NH3-TPD表征等相關的手段對合成分子篩的結構進行了深入分析。與此同時，還針對SAPO-18分子篩在丁烯催化裂解反映過程中反應環境溫度對催化性能的影響進行了探討。通過試驗可以發現，丁烯催化裂解反映過程中國，當反應溫度達到500℃，反映時間處于3.5h-1之前的時候，催化劑的實際催化性能達到最佳，而且丙烯的選擇性以及收率也較高。

關鍵詞：SAPO-18分子篩;丁烯催化裂解

在石油化工的生產作業過程中乙烯以及丙烯是兩種非常重要的生產原料，隨著近年來社會經濟的快速發展，工業生產領域對乙烯以及丙烯的需求量也在不斷增加。鑒于此，咋世界范圍內，很多企業都在利用現有的工藝技術來不斷擴大乙烯以及丙烯的生產規模，與此同時也在不斷探索新的工藝生產方法，而就目前的發展來看充分利用C4烯烴來實現丙烯和乙烯的生產是具有較好的前景的一種生產工藝。在實際進行C4烯烴裂解反應的過程中，主要的原理是聚合--裂解。此外，在整個反應過程中還會涉及異構化反應、歧化反應、環化反應等多種反應過程。而在縮合反應中還會產生焦炭，該反應主要是單烯烴在經過正碳離子中間產物發生脫氫環化反應后就能夠形成芳烴，而芳烴再經過質子化后就能生成芳基正碳離子，其余其他的芳烴經過縮合反應后就能生產雙環芳烴，進一步縮合后就能形成多環芳烴，這樣就形成產生焦炭的物質，該物質在經過氫轉移護理就能生產焦炭，并附著在催化劑的表面，從而會導致催化劑失效的現象。

1 試驗部分

1.1 主要原料與試劑

本次研究中主要應用到了磷酸、擬薄水鋁石、氣相二氧化硅，N，N-二異丙基乙胺（阿拉丁試劑）等一些原料;而且所有的原料都是分析純。

1.2 分子篩的制備

在實際合成SAPO-18分子篩的過程中主要使用的是水熱合成法。稱取一定量的磷酸、去離子水以及擬薄水鋁石，然后將幾種原料經過攪拌保證均勻;然后稱取適量的氣相二氧化硅添加到混合物中，在經過均勻的攪拌后就能形成厚凝膠;然后將N，N-二異丙基乙胺加入到其中，然后將混合物置于乳化劑中進行攪拌，直到不再出現分層為止。這樣就能夠形成一種摩爾比為：n（SiO2）：n（Al2O3）：n（P2O5）：n （H2O）：n（R）=0.40：1：0.90：50：1.60的凝膠，其中R表示模板劑N，N-二異丙基乙胺。最后將形成的凝膠置于高壓的反應釜中，讓其在靜態的環境下發生水熱自壓晶化8d。

2 反應條件對SAPO-18分子篩催化丁烯裂解性能的影響

在催化劑1g，在線時間為3min，反應壓力0.1MPa，空速3.5h-1，純丁烯流量23mL/min的反應環境下，查看SAPO-18分子篩催化丁烯裂解性能隨著溫度變化而產生的變化，進過反映可以發現，溫度的不斷提升會導致丁烯的轉化率不斷上升，而且以此的收率也能不斷增加，但是溫度進一步增加后，兩者都會出現明顯的下降;在反應溫度達到550℃的時候都出現了最大值，分別為45.29，而在500℃的時候這一數值為44.33%;隨著反應溫度的不斷升高，丙烯的選擇性以及丙烯乙烯的收率會逐漸下降，C5實際收率則呈現出先增后減的趨勢，在溫度為500℃的時候達到極值。

丁烯的轉化率也會隨著溫度的不斷提升而逐步提升，這主要是因為丁烯的裂解是一個吸熱反映，因此高溫會對其裂解反映形成促進作用;而從動力學來分析來看，環境溫度越高其反應速度也會相應增加，也就會進一步提升丁烯的轉化率。而隨著反映溫度的不斷提升，乙烯的收率也會逐漸增加。這主要水因為正碳離子的熱裂解反應產生了乙烯，因此，在反應溫度相對較低的情況下主要發生的反應是粗話裂化反應，而這個過程中乙烯的產量很少，溫度的不斷提升是的裂解反應速率增加乙烯的產量也會提升，由此就導致其收率增加。由此也會導致丙烯的選擇性出現了現將;另外，在溫度不斷提升的情況下，原料的轉化率也在不斷提升，雖然能夠提升乙烯的收率，但也同時提升了丙烯的收率。隨著溫度的不斷增加，乙烯的收率會不斷提升，同時丙烯的收率會逐漸下降，鑒于此，要想進一步提升丙烯的選擇性以及收率，可以適當提升反應溫度，但是應該對溫度進行合理的控制。

隨著反應溫度的不斷提升P/E比會逐漸的減小，這主要是因為低溫環境下乙烯的收率很小，在這種情況下P/E比相對較高;為溫度進一步增加的時候，丁烯的裂解反應深度逐漸增加，乙烯的產量也會逐步升高，從而P/E比值逐漸降低。鑒于此，如果需要的產物為丙烯時可以適當的提升P/E比，但是整個反應溫度不能太高。

3 結論

本文主要通過應用XRD、SEM和BET等幾種表征手段針對SAPO-18分子篩的性能進行全檢分析。當反應溫度、反應空速一定的條件下，將丁烯的裂解與SAPO-34開展了分析，可以知道SAPO-18分子篩在裂解的初期階段效果非常明顯，而且也比較溫度，實現了整個催化反應過程中氫轉移等副反應的有效控制，進一步提升了丙烯的收率，在目前市場中應用前景非常廣闊。

參考文獻：

[1]谷旭鵬，胡云峰，張海燕，鄧軍，張洪升.丁烯裂解制丙烯的研究進展[J].化工科技，2019，27（02）：57-61.