ЭТИЛИРОВАНИЕ БЕНЗОЛА НА ЦЕОЛИТЕ ТИПА ZSM-5, МОДИФИЦИРОВАННОМ БОРОМ И СКАНДИЕМ
Мамедова А.З.(1), Искендерова А.А.(2), Ахмедова Н.Ф.(2), Гахраманов Т.О.(2)
(1) Азербайджанский университет нефти и газа
AZ1010, г. Баку, пр. Азадлыг, ул. Д.Алиевой, д. 10
(2) Бакинский государственный университет
AZ 1148, г. Баку, ул. З. Халилова, д. 23
Этилбензол является ценным сырьём для получения стирола, который широко применяют в производстве синтетического каучука и пластиков. В промышленности этилбензол, в основном, получают алкилированием бензола этиленом в присутствии гомогенных катализаторов Фриделя-Крафтса, которые имеют существенные недостатки, связанные с коррозией аппаратуры и агрессивными отходами. В настоящее время эти постепенно заменяются на экологически чистые цеолитные катализаторы. Однако большой интерес вызывает использование в качестве алкилирующего агеанта биоэтанола.
Целью данного исследования является изучение влияния двухкомпонентного модифицирования цеолита НZSM-5 бором и скандием на каталитическую активность, селективность образования этилбензола (ЭБ) и стабильность работы катализатора.
Для приготовления катализаторов исходный цеолит ZSM-5 (SiO2 / Al2O3 =40) прокаливали в течение 4 часов, а затем пропитывали растворами ортоборной кислоты и нитрата скандия с последующей сушкой (110 °С, 6 ч) и прокалкой 550 °С, 4 ч). Каталитические эксперименты проводили в проточной установке с неподвижным слоем (2.0 г) в интервале температур 300-500 °С, со скоростью подачи сырья 1,0 ч-1, в присутствии азота. Исходная смесь состояла из бензола и этанола в молярном соотношении 2:1.
В присутствии немодифицированного НZSM-5, кроме основной реакции протекают побочные реакции с образованием толуола, ксилолов, ДЭБ и ТЭБ. Максимальная конверсия бензола (74.1 %) достигается при 400 °С. На НZSM-5 селективность образования ЭБ очень низкая и составляет всего 46.7 %. Введение в состав НZSM-5 скандия в количестве 4.0 мас.% значительно снижает выход побочных продуктов и повышает селективность образования ЭБ до 70.4 %. Максимальный выход ЭБ на 4.0 %Sc4 %B /HZSM-5 достигается при температуре 500 °С и составляет 34.2 %. На катализаторе, модифицированном скандием, наблюдается существенное уменьшение содержания м- и о-ксилолов (1.8 % до 0.9 %). Установлено, что селективность на катализаторе 4.0 %Sc 4 %B/HZSM-5 выше, чем 4.0 % Sc/HZSM-5. Катализатор 4.0 %Sc 4 %B/HZSM-5 демонстрирует более высокую селективность (73.8 %) по ЭБ. Кроме того, в присутствии этого катализатора не наблюдается образование нежелательных побочных продуктов, таких как м- и о-ксилолы. В отличие от HZSM-5 и Sc/HZSM-5 катализатор Sc-B/HZSM-5 демонстрирует долговременную стабильность, сохраняя свою первоначальную активность и селективность по ЭБ, даже после 50-часовой работы.