固定床反应器中乙醇制混合烃工艺过程探析

周岩磊　肖翔

摘 要：乙醇制备乙烯，烷基苯等等基本化学品是补充或替代化石能源的一条有效途径。本工作研究了ZSM-5作为催化剂，在固定床管式反应器中将乙醇转化为气相轻烃和液相混合烃过程，考察了反应温度、质量空速和反应压力对液相烃收率的影响，以及反应温度对催化剂使用寿命的影响。实验表明：在反应温度、质量空速和反应压力的相应条件下，乙醇转化为气相轻烃、液相烃和水的收率分别是38.10%、22.60%、39%；气相轻烃的主要成分是乙烯，含量92.30%，液相混合烃由20.74%的烷烃，72.09%的烷基芳烃和4.99%的烷基萘组成。在八小时的连续反应中催化剂的性能没有明显的下降。

关键词：乙醇；液相烃；气相轻烃

随着时代的不断发展，我国的工艺水平得到了有效的发展，现阶段，ZSM-5催化下转化为烃类化合物的研究受到了人们的广泛关注。乙醇转化为液相烃和气相烃之后，通过分离能够得到很多种不同的化工产品，这是一种补充或者替代化石能源的有效途径。乙醇中没有含硫元素，转化工艺中也不需要脱硫就能够得到无硫油品和化工产品，符合绿色环保的理念。本文在实验的基础上，通过没有改性硅铝比为25的ZSM-5催化剂，在固定场微分反应实验装置中，在氮气载带和加压的条件下，对乙醇制液相混合烃的过程进行详细研究，考察反应温度、催化剂用量和反应压力对液相烃收率和催化剂使用寿命的影响，从而获得最优质的反应条件，确定主要的影响因素，便于在研究的过程当中实现液相烃收率的途径。开展乙醇转化为液相混合烃的工艺研究。

1 实验部分

反应在固定床微分反应实验装置中进行。反应器直径为20mm，长度600mm，中间段有催化剂支撑架，条形ZSM-5催化剂放置在支撑架上，催化剂装填量4-14g，反应器采用不同的电加热，加热温度是可控的，催化剂床层装热电偶温度计，用于测量反应温度。气体他俩、进气速率、液相进料速率、加热温度都可以通过控制仪表进行设定和调节，数据自动采集。

原料乙醇通过计量泵调节流量之后通过预热器气化之后，进入反应器上段升温，达到设定温度之后放置催化剂的中段发生反应，反应产物通过冷凝之后进入气液分离灌，分离气相和液相产物。通过气相色谱法分析产物的成分。反应器的压力通过调节载气压力和控制反应产物的出口压力来实现。乙醇进料之后，观察进料速率、反应器催化段温度和压力，等乙醇进入催化剂反应段之后，每隔一个小时在汽液分离下部液相出口处取一次样品，取样的时候是一小时末，将液相产物全部去除，在分液漏斗中将水和油进行分离，分别称量水和油相质量，计算水和油箱的收率。

2 结果与分析

2.1 产物分布

在催化剂装填量10g，液相进料速率为90ml/h，质量空速为7.10h，氮气作为载气，进气速率3L/h，反应压力为2.50MPa，反应温度为390摄氏度的时候，连续反应时间为八小时，乙醇转换率为100%，反应产物中液相烃，气相烃和水的质量分率分别为22.60%、38.40%和39.00%。

2.2 温度对液相烃收率的影响

不同反应温度下的液相烃收率变化，温度对出滑稽催化乙醇产液相烃活性的影响。在350摄氏度的时候，一个小时的液相烃收率能够达到22.6%，但是在两个小时之后，出现活性下降的趋势，三小时催化剂就会失去活性。360摄氏度的时候液相烃收率是最高的，为23.85%，但是在五个小时之后催化剂就会失去活性，370摄氏度的时候液相烃收率坐高为21.65%，催化剂在六个小时之后失活。所以，当温度适当的升高有利于碳分子从孔道内溢出，缩短在孔道内的停留时间。

2.3 质量空速对液相烃收率的影响

在实验的条件下，随着质量空速的降低，液相烃的收率急剧增加。当质量空速降低到8.88h以下之后，收率增幅就会变得非常的缓慢，并且这个时间段也是曲线的拐点，5.07h质量空速的时候收率达到了26.68%，鉴于催化剂成本较高，质量空速以7.01h为适当，液相烃收率为25.4%。

2.4 反应压力对液相烃产率的影响

在实验的条件下，反应压力对液相烃收率的影响并不显著，收率随着压力的变化而变化。压力不是影响液相烃收率的主要因素。常压下反应的时候，在乙醇进料质量空速为23.67h的条件下，不同氮气载带的时候，液相烃最高收率为17.7%，所以反应压力不应该过高，不然设备和操作成本就会增加。实验中氮气作为载气给反应器加压，主要的目的就是想要提高乙醇进入催化剂孔道的扩散速率，同时能够尽快带走反应产物。同时起到稀释反应浓度的作用，减缓催化剂积碳，延长催化剂使用寿命。

3 结束语

乙醇在催化下转化为气相烃、液相烃和水，在温度350-400摄氏度之间，乙醇转化率达到了百分之百，乙醇在390摄氏度的时候，液相烃、气相烃和水收率分别为22.60%，38.40%和39%，液相烃的主要成分是20.74%的侧链烷烃，72.09%的烷基芳烃和4.99%的烷基萘。在实验的条件下，反应温度对液相烃收率影响并不显著，但是對催化剂的活性和使用寿命的影响非常的大。反应压力对液相烃收率影响并不明显，但是氮气载带能够减缓催化剂积炭，延长催化剂使用寿命。

参考文献：

[1]张俊旺，汪沣，杨利敏，常彦龙.固定床反应器中乙醇制混合烃工艺过程考察[J].化学反应工程与工艺，2016， 32（01）：15-21.