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芳香烃类化合物是一类重要的基本有机化工原料。广泛用于塑料、粘合剂、农药、染料、洗涤剂等的合成工业中。芳香烃最早的来源是用煤炭干馏生产焦炭的过程中产生的煤焦油。当前石油化学工业中的催化重整和裂化已成为了现代芳香烃生产技术中一个重要的途径。近年来,由于全球经济的快速增长,芳香烃类化合物的需求量迅猛增加。随着石油、煤炭等不可再生资源的日益枯竭,芳香烃的生产必将也受到非常大的影响。芳烃生产技术在今后的主要发展趋势是开发便宜易得的原料来源,提高生产效率,降低能耗等。乙醇具有清洁、可再生等优点,是目前世界上生产规模最大的生物质资源。其来源比较广泛,可以由其他的生物质资源较为容易地转化获得,因此,随着石油、煤炭等不可再生资源的日益枯竭,利用生物质资源生产乙醇,进而利用价格低廉,来源广泛的清洁可再生的乙醇作为原料在合适催化剂作用下,经过裂解、脱氢、齐聚、氢转移、环化以及异构化等反应步骤,生成芳烃等化工产品具有潜在的经济和社会价值。乙醇在催化剂上反应得到苯及其它产物的过程较为复杂。催化产物往往包括几种到几十种之多,且其中存在着大量易挥发成分,极难收集和定量分析。目前通行的方法是将产物冷凝收集,然后在气相色谱上离线定量测定,但这个过程中沸点低的组分很难收集,大量挥发,而引起漏分析和分析结果偏离实际含量,给催化剂性能的评价带来较大的误差。
因此,本文在前人已经开展的‘低碳烃芳构化催化剂研究’工作的基础上,建立了一套较完整的催化反应主要产物的在线定量分析方法。该在线方法可以稳定、快速地定量测定催化过程中生成的易挥发组分,避免了传统的催化剂活性评价过程中,离线分析时沸点较低的组分大量挥发引起的较大偏差,使催化剂活性的评价能够更快速更准确地实现。本文还利用该在线分析方法对Cu/HZSM-5分子筛上乙醇无氧芳构化反应的主要产物和部分最初产物进行了在线定量分析研究,评价了催化剂组成、反应温度、气体空速对芳构化活性的影响。结果表明,Cu/HZSM-5分子筛具有良好的芳构化性能,当金属Cu含量为5%,催化温度为300℃,乙醇气体空速为167h-1时,催化剂具有最好的芳构化效果,乙醇的转化率为35.41%,苯的选择性达到了27.59%。通过对不同催化温度下反应产物中乙烯生成量的变化情况的研究,可以证实乙烯是催化反应过程的一种最初产物。最后对乙醇在Cu/HZSM-5改性的分子筛催化剂上的无氧芳构化的反应机理进行了初步的探讨。