苯乙烯是一种重要的基本有机原料,传统的乙苯催化脱氢制苯乙烯工艺存在着能耗较高的缺点,开发高活性、选择性和稳定性的节能型催化剂,在低水比条件下操作,实现苯乙烯生产的节能降耗具有重要意义。论文对节能型乙苯脱氢催化剂的组成和制备条件进行了详细研究,实验室研究结果表明Fe2O3/K2O质量比为7.5、以Ce(C2O4)2和Ce(NO3)2混合物作为铈源引入前驱体,在800℃下焙烧、有助于形成铁钾尖晶石KFe11O17。在催化剂组成中引入适量的TiO2 (TiO2:Fe2O3的质量比为0.1：75时),也有助于促进KFe11O17的形成,并有利于降低CeO2的颗粒度,提高其在催化剂中的分散度,从而增加催化剂表面氧化还原活性位。通过调变催化剂焙烧温度、引入制孔剂、在催化剂中构建多级孔道,优化反应物和产物分子的扩散环境。采用CaO、MgO作为结构助剂,CuO作为抗还原剂,解决催化剂表面积碳和活性相Fe价态稳定的难题,获得综合性能好的节能型催化剂。采用XRD、穆斯堡尔谱、H2-TPR等方法对催化剂结构进行了表征,探讨了催化剂结构和性能的关系。以较大尺寸的Fe2O3和较小尺寸的CeO2为原料预生成铁钾化合物,采用二次焙烧及回转炉与隧道窑组合焙烧的方案,消除催化剂大规模工业生产过程中产生的放大效应,制备的催化剂性能优于实验室产品。在6万吨/年苯乙烯装置上,进行了节能型催化剂的工业试验,在水比较前期降低10%的条件下,乙苯转化率大于62%,选择性达到97.5%,苯乙烯单程收率60.5%,12个月低水比运行时间创国内装置单批催化剂水比最低和低水比运行最长记录,稳定性超过同类其它催化剂,其综合性能达到了国际先进水平。
