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本文制备了系列Cr2O3/Al2O3催化剂,采用BET、XPS、XRD、UV-Vis、H2-TPR、NH3-TPD和TG等技术对催化剂进行了表征,并在固定床反应器中进行了二异丁烯(DIB)芳构化反应的实验。研究了铬负载量和碱(土)金属改性对催化剂物化性质的影响进而对二异丁烯芳构化反应性能的影响。并考察了反应条件和还原条件对芳构化反应的影响。结果如下:
Cr2O3/Al2O3催化剂具有较好的脱氢环化制对二甲苯的性能, Cr2O3的分散性对催化剂活性影响较大,负载量低于6.8%(w)时分散性较好;当催化剂中Cr2O3负载量为4.2%~6.8%(w)时,催化剂表现出较优的催化性能;采用6.8%(w)Cr2O3/γ-Al2O3催化剂时,在反应条件为:n(DIB)∶n(N2)=1∶1,LHSV=2h-1,500℃,0.1 MPa,此时转化率可以达到83.0%,对二甲苯收率可以达到22.8%。
在6.8%(w)Cr2O3/γ-Al2O3催化剂中引入碱金属Li、Na、K和Cs后,发现Na和K对催化性能有明显的促进作用,但只有钾使得二异丁烯转化率、液体产物收率、对二甲苯选择性和收率均有所提高。引入碱土金属Ca、Mg和Ba之后,Mg在提高选择性和收率方面优于Ca和Ba,而在提高转化率方面与Ca和Ba相当。因此,较为详细地考察了K和Mg的作用。K不仅可以降低氧化铝载体的酸性,而且促进了活性组分Cr在载体表面的分散。K2O含量为1.5%时,催化剂的脱氢环化性能达到最佳,与不含钾的纯铬催化剂相比,初始转化率提高7.0%,PX收率提高4.9%。且有效地抑制了原料的裂解和催化剂积碳。Mg使得催化剂表面的中强酸强度有所下降,但没有影响Cr的分散性,尽管适量Mg(1.5%(w)MgO)的加入也能提高Cr2O3/Al2O3催化剂性能,但其促进作用不如K。