乙炔氢氯化无汞催化剂及其再生性能

以ZSM-5分子筛为载体,Bi和Cu的金属复合盐为活性组分,酸处理浸渍液,采用等体积浸渍法经高温焙烧制备了乙炔氢氯化反应的无汞催化剂(Bi+Cu)/ZSM-5。该催化剂表现出与工业HgCl2/AC相当的初始活性和氯乙烯的选择性,且该催化剂可以高温烧炭再生。通过对催化剂进行BET、TEM、EDS和TG的分析,结果表明,积炭堵塞催化剂孔道,覆盖催化剂的活性点位,反应和再生过程中,活性组分的流失、骨架结构的坍塌是该催化剂失活的主要原因,HCl气体在催化剂活性位的强吸附是导致催化剂中毒而失活的另一原因。     

失活加氢裂化催化剂的研究

采用XRD、ESCA、FT-IR、TEM等技术对两种同类型工业运转失活的加氢裂化催化剂进行了表征。结果表明，碱性氮化物和积炭主要沉积在加氢裂化催化剂的L酸中心上，在B酸中心上积炭较少；引起催化剂失活的主要原因是积炭和有机硫、氮化合物覆盖催化剂的活性中心；导致再生催化剂比表面及酸性降低的主要原因是分子筛骨架坍塌。催化剂经长期使用后，活性金属发生聚集，晶粒长大，边角位活性中心数减少。     

金属改性ZSM-5分子筛催化剂应用于甲醇制烯烃

甲醇制烯烃是重要的生产低碳烯烃技术,ZSM-5是MTO/MTP中常用的分子筛催化剂之一,目前众多研究者通过金属改性ZSM-5分子筛催化剂以达到提高其催化性能的目的。本文综述了近年来甲醇制烯烃技术中ZSM-5分子筛催化剂的研究应用,对ZSM-5分子筛催化剂基础性研究进行分析,从ZSM-5分子筛催化剂酸性、晶粒粒径和硅铝比之间的相互影响及对催化剂活性的影响进行了分析,总结了甲醇制低碳烯烃反应机理和催化剂积炭与失活及再生的情况。在以上基础上重点探讨了ZSM-5分子筛的金属改性,包括碱土金属、过渡金属、稀土金属、贵金属以及多组分金属改性对催化剂活性、稳定性的影响。最后,对ZSM-5分子筛催化剂用于甲醇制烯烃的发展方向做出了展望,提出以催化剂及催化剂改性的作用机理为出发点,研制出高选择性、高活性及高稳定性的分子筛催化剂仍是甲醇制烯烃技术工业应用的突破点。     

Pt/ZSM-5分子筛催化甲苯甲醇烷基化反应的积炭失活与再生研究

负载型Pt/ZSM-5分子筛具有较高的选择性和稳定性，是潜在的甲苯甲醇烷基化高效催化剂。负载Pt可有效提高催化剂的稳定性，但由于积炭引起的失活不可避免且失活后的催化剂活性和稳定性难以恢复，且积炭再生过程中的放热会引起金属颗粒烧结。因此，提出了一种水蒸气混合低浓度氧气再生催化剂的方法，考察了再生前后催化剂的催化性能，并结合多种表征方法对再生前后催化剂的物化性质进行了研究。结果表明，该方法能有效消除Pt/ZSM-5分子筛孔道内的积炭，催化剂的选择性与活性得到恢复，稳定性达到新鲜催化剂的90%以上。     

负载型ZSM-5分子筛催化剂再生方法研究

吡啶合成中所用的催化剂为负载铅ZSM-5分子筛（Pb-ZSM-5），活性很好，但反应过程中催化剂很易发生积炭失活。通过对O₂烧炭再生、水蒸汽再生和甲醇再生处理的催化剂进行评价以及进行BET、XRD和TPD 表征，结果表明，甲醇再生方法效果明显，提高了催化剂的寿命。催化剂再生过程要抑制“飞温”现象发生。     

分子筛型催化剂的失活与再生

轻烃转化过程中酸性分子筛催化剂失活的主要原因是积炭。积炭由反应物生成，其生成速率受分子筛的孔结构、酸性及反应操作条件影响。通过积炭组分形成过程的分析，可以提出积炭形式的模型及限制分子筛催化剂积炭失活的一些方法和最佳化的再生条件。从失活催化剂上去除积炭，一般是在贫氧空气流下的氧化处理，由于积炭分子中大量的氢原子在低温下被氧化，防止分子筛分解的再生操作方法分为2个阶段：第一阶段低温，第二阶段高温，通过使催化剂在高温下避免与水蒸气接触而减少催化剂的分解。     

甲醇制丙烯反应中ZSM-5分子筛催化剂积炭失活介尺度机制研究

甲醇制丙烯（MTP）是当前煤化工领域亟需发展的关键催化技术,积炭被认为是导致催化剂失活的重要原因之一。以积炭分子筛为研究对象,通过IGA、FTIR及TG等多种表征手段,考察甲醇的吸附行为、分子筛表面酸性、积炭成分与MTP反应中甲醇反应活性之间的构效关系。研究结果表明,甲醇的吸附量随催化剂的失活而降低,其下降速率与甲醇转化率成正比。催化剂上滞留的碳物种的主要成分为轻烃、BTX芳烃、活性结焦和积炭,而其中积炭是引起分子筛失活的主要原因。完全失活的催化剂与新鲜催化剂相比仍保留一定的甲醇吸附能力,推测积炭主要存在于酸活性中心周围。积炭首先覆盖的是B酸中心的羟基和桥式羟基,随后是非骨架Al—OH;而催化剂的甲醇转化率与分子筛中可接触的B酸和L酸数量成正比。另外,基于催化剂的失活速率与转化率存在的正比关系,结合反应动力学,推导出了失活曲线的数学表达式,理论上解释了MTP反应过程中的积炭失活介尺度机制。     

甲苯和甲醇制二甲苯催化剂的失活与再生

针对甲苯甲醇甲基化反应催化剂失活快的问题,对ZSM-5分子筛催化的甲基化反应的反应行为进行了分析,并结合X射线衍射(XRD)、N2吸附–脱附、傅里叶红外光谱(FT-IR)和吡啶吸附红外光谱(Py-IR)等方法对失活催化剂以及积炭物种进行了表征。结果表明,固定床甲基化反应中催化剂经历平稳期和快速失活期,二甲苯的选择性随着反应的进行持续上升,甲苯歧化反应持续受到抑制。积炭物种主要由羰基以及羟基化合物、烷基芳烃和复杂的稠环芳环等物质组成。积炭物种会堵塞分子筛孔道以及覆盖表面酸性位,孔道阻塞是造成催化剂快速失活的原因。在此基础上提出了一种操作简单的梯度氧化烧焦再生方式,能使催化剂的结构性质以及催化性能得到有效地恢复。     

喷动-载流床中Co/ZSM-5分子筛催化剂对煤热解的催化作用

在喷动-载流床中考察了Co/ZSM-5分子筛催化剂对煤热解气、液、固产物产率及组成变化的影响,分析了催化剂失活的原因及催化剂的再生使用寿命. 结果表明,在550~600℃的热解温度范围内,Co/ZSM-5分子筛催化剂提高煤热解总转化率达70%以上. 而在650℃时,煤热解正己烷可溶物产率最大,其中酚类、脂肪烃类和芳香烃类的产率比无催化剂时分别增加203%, 51%和78%. 因积碳失活的Co/ZSM-5分子筛催化剂经过500℃焙烧后再生使用6次,活性下降不到5%. Co/ZSM-5分子筛催化剂的结构表征结果说明,Co进入了ZSM-5分子筛骨架. Co的催化加氢活性促进了H·与煤热解焦油片断的结合,减少了焦油聚合成大分子的几率,从而提高了煤热解油品的产率和品质.     

钴基费托合成催化剂失活机理及再生研究进展

综述了钴基费托合成催化剂的失活机理、催化剂再生工艺及如何延长催化剂寿命的研究进展,通过分析催化剂失活原因,认为中毒、Co颗粒烧结、积炭、氧化、固相反应、晶相重构、表面阻塞和催化剂磨损等因素造成催化剂不同程度失活,其中积炭和Co颗粒烧结是催化剂失活的最主要原因,延长催化剂寿命的关键是提高催化剂的抗烧结能力和抑制积炭生成。增强活性金属Co和载体间的相互作用,保持Co晶粒分布均一或采用包覆、限域等策略可提高催化剂的抗烧结能力,通过添加助剂、调整氢碳比和空速等工艺参数亦可抑制积炭的生成。采用氢处理、脱蜡-氧化-还原和脱蜡-氧化-溶液处理-还原等工艺可实现催化剂的再生,对催化剂进行再生时要结合催化剂失活的主要原因,选择合适的再生工艺来最大限度地恢复催化剂活性。今后,提高催化剂的稳定性以及开发催化剂再生工艺技术路线是提高钴基费托合成技术竞争力的关键。     

催化剂制备与研究 中低温煤焦油加氢裂化催化剂的表征与分析

通过对反应前后的煤焦油加氢裂化催化剂进行表征与分析,研究影响中低温煤焦油加氢催化剂失活的原因,以煤焦油组分特点为依据,分别考察加氢裂化催化剂的活性元素、积炭、金属沉淀、分散度和中心酸性等对催化剂寿命的影响。结果表明,煤焦油加氢催化剂的失活原因主要为积炭失活、金属沉积和水热失活;催化剂中较低的金属钙含量、良好的水热稳定性及较低的L酸含量有利于催化剂寿命的提高。     

ZSM-5分子筛在甲醇转化制烯烃领域应用的研究进

综述了ZSM-5分子筛在甲醇制烯烃反应特别是在甲醇制丙烯反应中的应用。介绍在接近工业反应条件下甲醇在ZSM-5分子筛上生成烯烃的反应机理,在较高反应温度下高碳数烯烃裂解是导致轻烯烃形成的主要反应路径;分析ZSM-5分子筛酸性及粒径对产品选择性及催化剂寿命的影响,由于ZSM-5分子筛酸性较强,直接用于甲醇制烯烃反应时低碳烯烃的选择性不高,而粒径小的ZSM-5分子筛扩散性能好,因而丙烯选择性得到提高。重点介绍小晶粒ZSM-5分子筛的研究进展,指出目前ZSM-5分子筛的研究方向一是对其进行酸性改性,二是制备酸度适中、粒径合适和具有介孔的多级结构ZSM-5分子筛。     

Effect of H2O on Cu-based catalyst in one-step slurry phase dimethyl ether synthesis

One-step dimethyl ether (DME) synthesis in slurry phase was catalyzed by a hybrid catalyst composed of a Cu-based methanol synthesis catalyst and a γ-Al₂O₃ methanol dehydration catalyst under reaction conditions of 260 °C and 5.0 MPa. It was found that instability of the Cu-based catalyst led to rapid deactivation of the hybrid catalyst. The stability of the Cu-based catalyst under DME synthesis conditions was compared with that under methanol synthesis conditions. The results indicated that harmfulness of water, which formed in DME synthesis, caused the Cu-based catalyst to deactivate at a high rate. Surface physical analysis, elemental analysis, XRD and XPS were used to characterize the surface physical properties, components, crystal structures and surface morphologies of the Cu-based catalysts. It was found that Cu⁰ was the active component for methanol synthesis and Cu₂O might have less activity for the reaction. Compared with methanol synthesis process, crystallite size of Cu became bigger in DME synthesis process, but carbon deposition was less severe. It was also found that there was distinct metal loss of Zn and Al caused by hydrothermal leaching, impairing the stability of the catalyst. In slurry phase DME synthesis, a part of Cu transformed into Cu₂(OH)₂CO₃, causing a decrease in the number of active sites of the Cu-based catalyst. And some ZnO converted to Zn₅(OH)₆(CO₃)₂, which caused the synergistic effect between Cu and ZnO to become weaker. Crystallite size growth of Cu, carbon deposition, metal loss of Zn and Al, formation of Cu₂(OH)₂CO₃ and Zn₅(OH)₆(CO₃)₂ were important reasons for rapid deactivation of the Cu-based catalyst.     

工业加氢裂化催化剂失活原因分析

采用200 m L加氢评价装置对一种中油型加氢裂化催化剂和其在工业装置运转4年后的再生后催化剂进行对比评价。结果表明,失活催化剂经再生后加氢裂化活性明显降低,反应温度比新鲜催化剂高5℃,生成油产品分布和主要性能都略变差。采用XRD、IR和ICP等手段对再生前后催化剂性能进行表征,分析探讨催化剂的失活原因,结果表明,加氢裂化催化剂经工业应用后,炭的沉积使其暂时性失活,而重金属沉积、金属活性组分聚集和分子筛结构烧结使催化剂部分活性永久丧失。     

多级孔ZSM-5分子筛的制备及其催化甲醇芳构化反应性能

采用晶种法,在合成体系中引入十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）制备了具有多级孔道的ZSM-5分子筛。采用XRD、SEM、NH₃-TPD、XRF和氮气吸附等多种技术对其进行了表征,并考察了不同CTAB添加量对该分子筛结构、酸性及其在甲醇芳构化反应中催化性能的影响。结果表明,CTAB的添加显著影响分子筛的形貌、孔结构及分子筛的酸性,进而决定其在甲醇制芳烃反应中的稳定性和芳构化选择性。分子筛增加的介孔性提高了大分子化合物的扩散,进而提高了催化剂寿命。CTAB的添加抑制了铝源进入骨架进行配位,增加CTAB的用量导致Si/Al比提高,进而导致分子筛酸性下降以及芳烃选择性下降。     

助剂对镍基生物质焦油重整催化剂性能影响的研究进展

分别以碱及碱土金属、过渡金属以及稀土金属3种常见助剂类型,探讨了不同助剂对镍基催化剂催化生物质裂解及气化重整制氢催化活性、催化剂物化特性及催化剂失活特性的影响。添加碱金属组分后,生物质热解反应速率会大幅上升,生物质焦的水蒸气气化反应得到促进,并且达到最大热解速率所需的温度也有所降低,热解产物趋向于小分子量产物;过渡金属对生物质气化过程中生成焦油的催化裂解重整具有较好的催化活性;稀土元素对甲醇水蒸气重整等催化反应有着重要的作用,镍基催化剂中加入Ce和Pr能提高甲醇转化率、改善产气组分、提高H₂的选择性。结合国内外的研究情况发现钴、镧等金属助剂有利于提升镍基催化剂重整制氢活性,催化剂积炭及表面活性颗粒的聚集是造成催化剂失活的主要原因。     

Ni基生物质焦油重整催化剂的研究进展

Ni基催化剂对生物质气化过程中生成焦油的催化裂解重整具有较好的催化活性,但在催化反应中存在容易积炭进而失活的现象。如何提高Ni基催化剂的催化活性和抗积炭能力是Ni基催化剂研究中的难点。本文从催化剂的活性组分、载体和助催化剂3个方面入手,详细综述了近几年关于提高Ni基生物质焦油重整催化剂催化活性和抗积炭能力的研究进展,讨论了催化剂的活性组分、载体和助催化剂对催化剂催化活性的影响。指出Ni-Fe、Ni-Co、Ni-Cu催化剂均表现出比Ni基催化剂更好的催化活性,助剂的加入有利于提高吸附剂的抗积炭能力和抗烧结能力;催化剂载体方面,钙钛矿型混合金属氧化物载体、煤焦和生物质焦载体具有较好的研究前景。     

Surface chemical characterization of deactivated low-level mercury catalysts for acetylene hydrochlorination

Mercury-containing catalysts are widely used for acetylene hydrochlorination in China. Surface chemical characteristics of the fresh low-level mercury catalysts and spent low-level mercury catalysts were compared using multiple characterization methods. Pore blockage and active site coverage caused by chlorine-containing organics are responsible for catalyst deactivation. The reactions of chloroethylene and acetylene with chlorine free radical can generate chlorine-containing organic species. SiO₂ and functional groups on activated carbon contribute to the generation of carbon deposition. No significant reduction in the total content of mercury was observed after catalyst deactivation, while there was mercury loss locally. The irreversible loss of HgCl₂ caused by volatilization, reduction and poisoning of elements S and P also can lead to catalyst deactivation. Si, Al, Ca and Fe oxides are scattered on the activated carbon. Active components are still uniformly absorbed on activated carbon after catalyst deactivation.     

合成吡啶催化剂的研究

研究了在ZSM-5分子筛催化剂上的醛氨缩合生成吡啶的反应,考察不同硅铝比、不同活性物质如Pb、Co、Pt、Ni等离子改性以及Pb负载量对催化剂性能的影响,并对催化剂进行了FT-IR、XRD、SEM表征。结果表明,硅铝比在100～150之间,Pb负载量在2．0～4．0%;催化剂性能最好,吡啶及烷基吡啶的总产率可达90％。     

ZSM-5@t-ZrO2制备及其对甲硫醇催化合成影响机制

采用水热包覆法和物理共混法分别制备了ZSM-5@t-ZrO₂和ZSM-5/t-ZrO₂复合催化剂,并以ZSM-5和t-ZrO₂为对比参考,研究了不同结构催化剂的物化性质和催化性能。在此基础上,借助漫反射傅里叶变换红外光谱,考察了反应温度和预硫化操作对ZSM-5@t-ZrO₂复合催化剂上甲醇和硫化氢反应分子吸附转化的影响。结果表明,水热包覆环境修饰了ZSM-5@t-ZrO₂复合催化剂的物化性质,提升了甲醇硫醇化反应的催化性能和抗积碳积硫失活能力。在反应压力1 MPa、反应温度380 ℃、预硫化1 h、N₂流量100 mL/min的条件下,甲醇转化率、甲硫醇选择性及甲硫醇收率分别达到92.02%、90.56%和82.76%。硫化氢分子在ZSM-5@t-ZrO₂催化剂的碱位上吸附解离为巯基,进而攻击甲氧基,这是甲硫醇合成反应的速率控制步骤。380 ℃的反应温度和预硫化操作有助于构建形成匹配的甲氧基和巯基生成速率,在提高催化性能的同时还可有效降低积碳积硫形成速率。