低碳烴凈化與催化原理（周廣林）

低碳烴是化工行業(yè)最重要的基本原料。《低碳烴凈化與催化原理》從低碳烴的凈化到利用，全面地講述了這一化工基礎(chǔ)原料的利用過程，旨在加強(qiáng)學(xué)生對(duì)化工基本生產(chǎn)過程的認(rèn)識(shí)，以及對(duì)吸附劑/催化劑的制備方法、反應(yīng)原理及使用工藝條件等的了解。本書共分為九章。第一章作為第一部分，主要介紹低碳烴的基礎(chǔ)知識(shí)。第二至五章作為第二部分，介紹了低碳烴中微量雜質(zhì)的脫除過程及原理，以固定床吸附法為主，包括吸附基礎(chǔ)知識(shí)(第二章)、脫硫(第三章)、脫氧(第四章)和脫氯(第五章)，第二部分還包括工業(yè)上所使用的吸附劑及相關(guān)的工藝流程。第六至九章作為第三部分，介紹了凈化后的低碳烴主要的利用過程，包括烷烴脫氫制烯烴(第六章)，低碳烯烴歧化(第七章)、裂解(第八章)和氫甲?；?第九章)。第三部分內(nèi)容還包括工藝過程中各反應(yīng)的原理、反應(yīng)的工藝條件和催化劑相關(guān)知識(shí)。
《低碳烴凈化與催化原理》可作為高等院?；?新能源類專業(yè)研究生的教學(xué)參考用書，也可以供有關(guān)生產(chǎn)技術(shù)人員參考。

低碳烴通常指碳原子數(shù)小于或等于4的烷烴和烯烴，是最重要的基本有機(jī)化工原料。由于低碳烴主要來自某些石油加工過程的副產(chǎn)品(如催化裂化等)，因此一般是多種烴類的混合物，而且常常含有許多非烴類雜質(zhì)，必須將其脫除。作者團(tuán)隊(duì)自2005年開始研發(fā)針對(duì)煉廠催化裂化裝置副產(chǎn)C4的深度凈化技術(shù)，針對(duì)低碳烴的深度凈化進(jìn)行了長期的研究，在低碳烴凈化技術(shù)領(lǐng)域中掌握了獨(dú)具特色的技術(shù)，解決了工藝中的多個(gè)關(guān)鍵問題，所開發(fā)的吸附劑/催化劑已成功應(yīng)用于多家化工企業(yè)。
本書是在作者團(tuán)隊(duì)十幾年來的科研積累及工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在“十四五”發(fā)展規(guī)劃和“雙碳”目標(biāo)的指引下，為了適應(yīng)新工科背景下化工/新能源類專業(yè)高等人才培養(yǎng)需求而編著的。本書首先介紹了甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、正丁烯、異丁烯和丁二烯等低碳烴的基本知識(shí)和利用途徑。后面分章節(jié)講述了低碳烴脫硫、脫含氧化合物、脫氯化物等雜質(zhì)的原理和過程。凈化后的低碳烴進(jìn)一步綜合利用，包括烷烴脫氫制烯烴，烯烴歧化、裂解、氫甲?；取榱思訌?qiáng)學(xué)生對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程的了解，書中從多相到均相，廣泛介紹了低碳烴工業(yè)中的催化反應(yīng)過程和基礎(chǔ)知識(shí);從制備到工藝，詳細(xì)闡述了工業(yè)吸附劑/催化劑的制備及生產(chǎn)應(yīng)用過程;從理論到應(yīng)用，深入介紹了化工生產(chǎn)過程的研發(fā)及工業(yè)應(yīng)用詳情。
本書由周廣林、姜偉麗、王曉勝、周紅軍編著，周廣林編寫第三～五章，姜偉麗編寫第七章和第九章，王曉勝編寫第一、六、八章，周紅軍編寫第二章。感謝中國石油大學(xué)(北京)研究生教育質(zhì)量與創(chuàng)新工程給予的資助，特別感謝團(tuán)隊(duì)內(nèi)的研究生劉世成、張悅、王巖、孫曼穎、何利梅、支曉彤、呂風(fēng)宇、李汝晗、李繼聰?shù)韧瑢W(xué)對(duì)于書中很多研究內(nèi)容的勤勉總結(jié)。
希望本書對(duì)于從事低碳烴研究和生產(chǎn)的一線工作者及科研人員有一定的參考價(jià)值，對(duì)于培養(yǎng)基礎(chǔ)學(xué)科拔尖人才和卓越工程人才具有積極的作用。由于低碳烴中雜質(zhì)多樣，利用途徑廣泛，不同工藝催化劑對(duì)于雜質(zhì)的要求不盡相同，且本書所述內(nèi)容主要基于作者團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)，難免會(huì)有所限，不足之處請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

編著者
2023年12月

第一章　低碳烴的來源與利用
第一節(jié)　低碳烴的來源 1
一、石化領(lǐng)域低碳烴的來源 1
二、煤化工領(lǐng)域低碳烴的來源 4
第二節(jié)　低碳烴的理化性質(zhì) 5
第三節(jié)　低碳烴的利用途徑 6
一、甲烷的利用途徑 6
二、乙烷的利用途徑 9
三、乙烯的利用途徑 10
四、丙烷的利用途徑 13
五、丙烯的利用途徑 15
六、丁二烯的利用途徑 19
七、正丁烯的利用途徑 19
八、異丁烯的利用途徑 22
九、丁烷的利用途徑 25
思考題 28

第二章　吸附基礎(chǔ)知識(shí)
第一節(jié)　吸附的基本概念 29
一、氣-固界面的吸附作用 29
二、吸附等溫線 30
三、物理吸附與化學(xué)吸附 32
第二節(jié)　吸附劑 34
一、活性炭 34
二、沸石分子篩 37
三、硅膠 45
四、活性氧化鋁 47
五、吸附樹脂 49
六、金屬有機(jī)骨架材料 50
思考題 54

第三章　低碳烴脫硫
第一節(jié)　低碳烴中的硫化物 55
一、低碳烴中硫化物的類型及含量 55
二、硫化物的危害 58
三、不同工藝的質(zhì)量要求 58
第二節(jié)　液化石油氣脫硫技術(shù) 60
一、醇胺溶液脫除硫化氫技術(shù) 60
二、纖維膜脫硫醇技術(shù) 60
三、固定床脫硫技術(shù) 61
第三節(jié)　低碳烴深度脫硫技術(shù) 62
一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 62
二、丙烯深度脫硫技術(shù) 64
三、混合丁烷精脫硫技術(shù) 67
第四節(jié)　硫化物的檢測(cè)分析及計(jì)算 69
一、硫化物的檢測(cè)方法 69
二、硫容量的計(jì)算方法 69
思考題 70

第四章　低碳烴含氧化合物的凈化技術(shù)
第一節(jié)　低碳烴含氧化合物 71
一、有機(jī)含氧化合物的來源 71
二、有機(jī)含氧化合物的分布 73
三、有機(jī)含氧化合物的危害 75
四、不同工藝的質(zhì)量要求 75
第二節(jié)　固定床吸附技術(shù) 77
一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 77
二、固定床吸附法二甲醚脫除技術(shù) 80
第三節(jié)　含氧化合物的分析與計(jì)算 85
一、含氧化合物的分析方法 85
二、穿透容量的計(jì)算方法 85
思考題 85

第五章　低碳烴深度脫氯的吸附材料及應(yīng)用
第一節(jié)　低碳烴有機(jī)氯化物的產(chǎn)生及危害 87
一、氯化物的產(chǎn)生及含量 87
二、氯化物的危害 88
三、不同工藝的質(zhì)量要求 89
第二節(jié)　目前的脫氯技術(shù) 90
一、催化加氫脫氯 90
二、催化氫轉(zhuǎn)移脫氯 91
三、電化學(xué)脫氯 91
四、生物脫氯 92
五、親核取代脫氯 92
六、吸附脫氯 93
第三節(jié)　C4 離子液體烷基化油有機(jī)氯脫除工藝流程 94
第四節(jié)　氯化物的分析與計(jì)算 95
一、氯化物的分析方法 95
二、穿透容量的計(jì)算方法 96
思考題 97

第六章　低碳烷烴脫氫制烯烴
第一節(jié)　概述 98
一、低碳烷烴脫氫的原料和產(chǎn)品 98
二、低碳烷烴脫氫技術(shù)發(fā)展概況 99
三、低碳烷烴脫氫反應(yīng)工藝流程概述 100
第二節(jié)　丙烷/異丁烷的催化脫氫反應(yīng) 102
一、丙烷脫氫反應(yīng) 102
二、異丁烷脫氫反應(yīng) 103
三、脫氫反應(yīng)機(jī)理 103
四、影響脫氫反應(yīng)的主要操作因素 107
第三節(jié)　脫氫催化劑 108
一、鉑系催化劑 108
二、鉻系催化劑 110
第四節(jié)　催化劑的失活與再生 111
一、鉑系催化劑的失活 112
二、鉻系催化劑的失活 114
三、催化劑的再生 116
第五節(jié)　脫氫反應(yīng)器 117
一、固定床 117
二、移動(dòng)床 118
三、流化床 118
思考題 119

第七章　低碳烯烴歧化
第一節(jié)　國內(nèi)外歧化工藝發(fā)展 121
一、 Lyondell 公司的烯烴歧化工藝 121
二、 IFP 公司的 Meta-4工藝 122
三、 BASF 公司的 C4歧化工藝 122
四、 S-OMT 工藝 123
第二節(jié)　歧化反應(yīng)機(jī)理與熱力學(xué)計(jì)算 125
一、歧化反應(yīng)機(jī)理 125
二、主副反應(yīng)熱力學(xué)參數(shù)及計(jì)算 125
三、主副反應(yīng)的熱力學(xué)平衡分析 127
第三節(jié)　歧化反應(yīng)催化劑 128
一、催化劑的類型 128
二、鎢基催化劑 130
第四節(jié)　影響烯烴歧化反應(yīng)的工藝因素 136
一、原料純度的影響 136
二、不同反應(yīng)原料的歧化反應(yīng) 137
第五節(jié)　Lummus 公司的 OCT 工藝詳述 141
思考題 145

第八章　低碳烯烴裂解
第一節(jié)　概述 146
一、 C4烯烴催化裂解的原料與產(chǎn)品 146
二、 C4烯烴催化裂解技術(shù)的概況 147
三、 C4烯烴催化裂解的化學(xué)反應(yīng) 148
第二節(jié)　C4 烯烴催化裂解工藝 149
一、固定床 150
二、流化床 152
第三節(jié)　烯烴催化裂解催化劑 154
一、金屬氧化物催化劑 154
二、分子篩催化劑 155
第四節(jié)　催化劑失活與再生 156
一、結(jié)焦失活與再生 156
二、金屬中毒與再生 157
第五節(jié)　國內(nèi)主流工業(yè)化應(yīng)用情況 158
一、生產(chǎn)技術(shù)及其特點(diǎn) 158
二、工藝流程 159
三、原料來源及對(duì)原料的要求 161
四、實(shí)際運(yùn)行工業(yè)結(jié)果 161
思考題 162

第九章　低碳烯烴氫甲?；?
第一節(jié)　均相催化反應(yīng)基礎(chǔ)及氫甲?；磻?yīng)簡介 163
一、均相催化與配合物 163
二、均相催化反應(yīng)的特點(diǎn) 166
三、催化反應(yīng)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 166
四、氫甲?；磻?yīng)簡介 168
第二節(jié)　氫甲?；磻?yīng)的機(jī)理與工藝 170
一、氫甲酰化反應(yīng)歷史 170
二、氫甲?；磻?yīng)機(jī)理 171
三、氫甲?；磻?yīng)工藝 175
第三節(jié)　氫甲?；磻?yīng)催化劑 177
一、催化劑中的金屬原子 177
二、配體的作用 178
三、氫甲酰化反應(yīng)中的配體 180
第四節(jié)　不同烯烴的氫甲?；磻?yīng) 184
一、乙烯氫甲酰化 184
二、丙烯氫甲?；?188
三、丁烯氫甲酰化 190
第五節(jié)　工業(yè)化應(yīng)用情況 194
一、魯爾法工藝 194
二、 BASF 雙釜串聯(lián)工藝 195
三、氣體循環(huán)工藝及液體循環(huán)工藝 196
四、固定床工藝 199
第六節(jié)　氫甲?；磻?yīng)的發(fā)展趨勢(shì) 200
一、水/有機(jī)兩相催化 200
二、非水液/液兩相催化 201
三、均相催化劑固載化 202
思考題 205

參考文獻(xiàn)