乙苯脱氢制苯乙烯实验报告

                    

         

一 实验目的

（1）了解以乙苯为原料在铁系催化剂上进行固定床制备苯乙烯的过程，学会设计实验流程和操作；

（2）掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响，学会获取稳定的工艺条件之方法。

（3）掌握催化剂的填装、活化、反应使用方法。

（4）掌握色谱分析方法。

   二 实验原理

2.1主副反应

乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个可逆的强烈吸热反应，只有在催化剂存在的高温条件下才能提高产品收率，其反应如下：

主反应

C₆H₅C₂H₅        C₆H₅C₂H₃ + H₂               

副反应

C₆H₅C₂H₅        C₆H₆ + C₂H₄                 

C₂H₄ + H₂        C₂H₆

C₆H₅C₂H₅ + H₂       C₆H₆+ C₂H₆ 

C₆H₅C₂H₅         C₆H₅－CH₃+ CH₄

此外，还有部分芳烃脱氢缩合、聚合物以及焦油和碳生成。

2.2    影响因素

2.2.1温度的影响

乙苯脱氢反应为吸热反应，△H⁰>0，从平衡常数与温度的关系式可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱 氢 反应的平衡转化率。但是温度过高副 反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适应的反应温度。

2.2.2 压力的影响

 乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式可知，当△γ>0时，降低总压P_总可使K_n增大,从而增加了反应的平衡转化率,故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。实验中加入惰性气体或减压条件下进行，通常均使用水蒸气作稀释剂，它可降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。水蒸气的加入还可向脱氢反应提供部分热量,使反应温度比较稳定,能使反应产物迅速脱离催化剂表面,有利于反应向苯乙烯方向进行;同时还可以有利于烧掉催化剂表面的积碳。但水蒸汽增大到一定程度后，转化率提高并不显著，因此适宜的用量为：水：乙苯＝1.2～2.6：1（质量比）。

2.2.3 空速的影响

乙苯脱氢反应中的副反应和连串副反应，随着接触时间的增大而增大，产物苯乙烯的选择性会下降，催化剂的最佳活性与适宜的空速及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以0.6～1h^-1为宜。

2.2.4 催化剂

乙苯脱氢技术的关键是选择催化剂。此反应的催化剂种类颇多，其中铁系

催化剂是应用最广的一种。以氧化铁为主，添加铬、钾助催化剂，可使乙苯的转化率达到40％，选择性90％。在应用中，催化剂的形状对反应收率有很大影响。小粒径、低表面积、星形、十字形截面等异形催化剂有利于提高选择性。

为提高转化率和收率，对工业规模的反应器的结构要进行精心设计。实用效果较好的有等温和绝热反应器。实验室常用等温反应器，它以外部供热方式控制反应温度，催化剂床层高度不宜过长。

三 实验装置及仪器

实验流程见图1。

反应器有石英玻璃管和不锈钢管式反应器两种，内部中心轴向有测温热电偶插入管，结构如图2、图3。

                       图1 实验装置流程图

反应器有石英玻璃管和不锈钢管式反应器两种，内部中心轴向有测温热电偶插入管，结构如图2、图3。

所用仪器如下：

（1）柱塞式液体加料泵   2台；

    （2）氮气钢瓶           1个；

    （3）注射器（10μl）     1支；

    （4）色谱仪             1台；

    （5）取样瓶             5只；

    （6）分液漏斗           1个；

    （7）反应器及温度控制仪 1套；

    （8）冷却器             1个；

    （9）气液分离器         1个；

    （10）储液瓶             2支；

    （11）催化剂             20ml。

四 实验步骤

（1）组装流程（将催化剂按图2、3所示装入反应器内），检查各接口，试漏（空气或氮气）。

（2）检查电路是否连接妥当。

（3）上述准备工作完成后，开始升温，预热器温度控制在200～300℃。待反应器温度达到200℃后，开始启动注水加料泵，同时调整流量（控制在0.3ml/min以内）持续升温，温度升至500℃时，恒温活化催化剂3个小时，此后逐渐升温至550℃，启动乙苯加料泵。调节流量在水：乙苯＝2：1（体积比）范围内，并严格控制进料速度使之稳定。反应温度控制在550℃、575℃、600℃、625℃。考查不同温度下反应物的转化率与产品的收率。

（4）在每个反应条件下稳定30分钟后，取20分钟样品二次，取样时用分液漏斗分离水相，用注射器进样至色谱仪中测定其产物组成。分别称量油相及水相重量，以便进行物料恒算。

（5）反应完毕后停止加乙苯原料，继续通水维持30～60分钟，以清除催化剂上的焦状物，使之再生后待用。

（6）实验结束后关闭水、电。

五  数据记录与处理

根据实验内容自行设计记录表格，记录实验数据：

原始记录                室温：16  ℃          大气压：1.01325MPa

以642.3℃数据计算为例

乙苯转化率=1-34.74％=65.26％

苯乙烯选择性=×100％=98.36％

苯乙烯收率=0.6526×0.9836=0.6419

数据处理如下表:

六 结果分析

乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个可逆的强烈吸热反应，其反应如下：

主反应

C₆H₅C₂H₅        C₆H₅C₂H₃ + H₂               

副反应

C₆H₅C₂H₅        C₆H₆ + C₂H₄                 

C₂H₄ + H₂        C₂H₆

C₆H₅C₂H₅ + H₂       C₆H₆+ C₂H₆ 

C₆H₅C₂H₅         C₆H₅－CH₃+ CH₄

温度升高有利于主反应的进行，转化率明显升高；由于副反应的存在，温度升高有利于副反应的进行，选择性降低。

附录

（1）色谱仪使用方法

实验采用双气路恒温型热导检测器气相色谱仪进行乙苯及其反应后的产物分析。色谱条件如下：

色谱柱：SE30/6201       填充柱：￠3mm，长2m

载气：柱前压：0.05Mpa   桥流：120mA

气化器：150℃           柱温：120℃

检测器：120℃

（2）质量校正因子：

苯：1.000   甲苯：0.8539   乙苯：1.006  

苯乙烯：1.032     

乙苯密度：0.867g/ml

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