烯烃催化裂解增产丙烯和乙烯的技术

从小晶粒ZSM-5分子筛的合成、分子筛的修饰改性、烯烃裂解反应机理等方面介绍了上海石油化工研究院在烯烃催化裂解增产丙烯技术方面的研究工作.水热方法合成了晶粒大小在0.2～30μm之间3种规格的ZSM-5分子筛,对3种催化剂进行了表征,并考察了它们对烯烃裂解反应的催化活性.实验结果表明,小晶粒的分子筛具有较高的容碳能力和更好的催化稳定性;通过多种金属氧化物对ZSM-5分子筛进行复合组装、改性,大大提高了催化剂的水热稳定性,催化剂的再生周期达到3 100h,丙烯、乙烯单程收率分别达到38%和13%;反应机理研究表明,分子筛上的B酸中心是烯烃催化裂解反应的活性中心,碳四烯烃首先通过聚合反应生成C8烯烃,然后根据正碳离子、β键断裂机理发生断链反应.     

碳五烯烃裂解制取丙烯/乙烯热力学分析及反应性能的研究

采用最小吉布斯自由能法对C2~5烯烃构成的热力学网络进行平衡状态计算,并与ZSM-5催化剂上C5烃催化裂解过程的实验结果进行比较。研究结果表明,乙烯平衡收率随反应温度的升高而增大,尤其在温度高于500℃时增幅增大。压力为0.03 MPa时,在560~580℃内丙烯平衡收率达到最大值42.3%;压力为0.10 MPa时,在630~650℃内丙烯平衡收率达到最大值41.7%。0.03 MPa和0.10 MPa时,C4烯烃平衡组成均在400℃附近达到最大值,分别为43.0%和42.2%。ZSM-5催化剂上C5烃催化裂解产物中C2~5烯烃质量分数随温度的变化表现出与热力学一致的变化规律。C5烯烃裂解过程中热力学因素起主导作用,建议反应压力为0.03 MPa时反应温度选取450~620℃;反应压力为0.10 MPa时反应温度选取480~650℃。     

甲基叔丁基醚裂解制丙烯反应的研究

以高硅铝比ZSM-5分子筛为主要原料,经过成型和表面修饰过程制备催化剂,用于甲基叔丁基醚(MTBE)催化裂解反应。采用XRD、氮吸脱附和NH_3-TPD等表征方法研究了ZSM-5分子筛和催化剂的物理化学特征。实验结果表明,在催化剂的作用下,温度高于400℃时,MTBE直接裂解反应产物包括乙烯、丙烯、丁烯、C_1～C_4烷烃、C_5以上烃类和水。MTBE催化裂解反应中,丙烯和乙烯的产率随着反应温度的升高而增加。酸性中心是MTBE催化裂解反应的活性位,但是催化剂表面酸中心数量过多或酸性过强均可导致丙烯和乙烯收率降低。在500℃、0.05 MPa、质量空速16h~(-1)的条件下,MTBE可以完全转化,丙烯产率可达20.3%,乙烯产率可达5.3%。     

国内简讯

北京化工研究院开发 C5烯烃制丙烯和乙烯技术随着乙烯工业和炼油工业的不断发展,副产物C4、 C5馏分的产量不断增加。为了充分利用这些资源,中国石化北京化工研究院采用氧化硅为载体,ZSM-5和 ZRP分子筛为活性组分,分别以MoO3,NiO,CaO,     

丁烯裂解制取丙烯和乙烯的热力学因素分析及反应性能研究

用吉布斯自由能最小原理法对C2～C5烯烃构成的热力学网络进行了平衡状态的计算，并与1-丁烯及混合碳四烃在ZSM-5分子筛催化剂上的催化裂解实验结果进行了比较。结果表明：在ZSM-5分子筛催化剂上，不管进料是1-丁烯还是混合碳四烃，裂解产物中C2～C5烯烃收率随温度的变化趋势同热力学规律一致，即随温度升高乙烯产率不断升高，而丙烯的产率在630～650℃达到最大值。推荐实现最大化丙烯收率的温度范围为630-650℃。     

FeCrAl合金丝网上ZSM-5分子筛膜的制备及其催化性能

采用原位生长法制备了以FeCrAl合金丝网为载体的ZSM-5分子筛膜催化剂,用XRD和SEM表征了催化剂的结构与形貌。以正辛烷气相裂解为探针反应,对分子筛膜的催化活性进行了表征。结果表明,在其余反应条件相同的情况下,采用一步法合成的ZSM-5(C)膜或二步法合成的ZSM-5(M)膜为催化剂,正辛烷的裂解转化率均高于以空白载体为催化剂的,且ZSM-5(C)膜比ZSM-5(M)膜具有更高的催化活性。400℃时,ZSM-5(C)膜和空白载体催化正辛烷裂解的转化率分别为24.2%和2.0%。具有裂解催化活性的ZSM-5分子筛膜在吸热燃料方面有良好的应用前景。     

ZSM-5分子筛硅铝比对C4烃类催化裂解制丙烯的影响

研究了不同硅铝比的ZSM-5分子筛催化剂对C4烃类催化裂解制丙烯的催化性能.实验结果表明,高硅铝比的ZSM-5分子筛具有较好的催化活性和活性稳定性,同时具有较高的丙烯选择性和收率,达到国内领先水平.     

异丁烯催化裂解反应的研究

分别采用磷改性、钙改性和磷-钙同时改性的方法处理成型后的ZSM-5分子筛,得到ZSM-5分子筛催化剂,并研究了催化剂的结构,以及评价了ZSM-5分子筛催化剂对异丁烯、1-丁烯和混合丁烯的催化裂解性能。实验结果表明,催化剂表面的强酸位和弱酸位都能使丁烯裂解,但强酸位还会引发氢转移和芳构化副反应的发生;3种改性方法都可以有效减少催化剂表面的酸性位,提高乙烯和丙烯的选择性,且乙烯和丙烯的产率与丁烯原料的异构体种类无关;与钙改性相比,磷改性和磷-钙同时改性对催化剂性能的改善更显著;在温度为500～560℃时,升高温度可以促进裂解反应,有利于生成乙烯和丙烯;在540℃、0.05 MPa、重时空速16 h~(-1)的条件下,丙烯产率大于29.5%。     

ZSM-5分子筛的碳四裂解性能及积碳研究

以1,6-己二胺为模板剂,在水热体系中合成了不同硅铝比的ZSM-5分子筛,考察了该系列分子筛的碳四烯烃裂解反应性能。实验结果表明,与低硅铝比的ZSM-5分子筛相比,高硅铝比的ZSM-5分子筛具有更高的稳定性及丙烯选择性,是更适合碳四烯烃裂解制丙烯的催化剂。采用13C CP-MAS NMR、Raman光谱、DTG和元素分析等多种表征手段对ZSM-5分子筛的积碳进行了研究。表征结果显示,ZSM-5分子筛中积碳量以及积碳类型均随反应时间的延长而发生明显的变化,积碳量随反应时间的延长而增加;积碳类型初期主要以脂肪族碳氢化合物为主,随反应的进行,积碳类型向芳香族碳氢化合物及类石墨型积碳转变。     

烯烃生产新方法（续二）

ExxonMobil的烯烃自转化工艺使用连续再生的流化床反应器，关键是ExxonMobil公司的ZSM-5催化剂，该催化剂通过一种特殊的酸活性和择形性组合，促进了烯烃的齐聚、裂化和歧化反应。蒸汽裂解装置的C4物流和轻裂解汽油可以被转化为丙烯和乙烯，FCC装置的轻石脑油也是一种潜在的好原料。     

Al2O3晶型对Pt/Al2O3-Cl催化剂物化性质及其催化C5/C6异构化性能的影响

以拟薄水铝石粉和湃水铝石粉为前驱体,通过挤条成型和焙烧制备了3种不同晶型(γ、θ、η)Al₂O₃载体,并分别经负载Pt和氯化制备了3种Pt/Al₂O₃-Cl催化剂(Pt/γ-Al₂O₃-Cl、Pt/θ-Al₂O₃-Cl和Pt/η-Al₂O₃-Cl);采用X射线衍射(XRD)、N₂吸附-脱附(BET)、吡啶红外(Py-IR)、透射电镜(TEM)、NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)等手段表征了3种Al₂O₃载体及Pt/Al₂O₃-Cl催化剂,并通过固定床微反装置考察了Pt/Al₂O₃-Cl催化剂的C₅/C₆异构化性能。结果表明：γ、θ、η型Al₂O₃载体经负载Pt和氯化后,晶型不发生改变,Cl含量和酸量均大幅度提高,Lewis酸酸性显著增强,比表面积和孔体积明显下降;Pt/η-Al₂O₃-Cl催化剂的比表面积和酸量最大,C₅/C₆异构化活性最高,Pt/γ-Al₂O₃-Cl次之,Pt/θ-Al₂O₃-Cl最低;在温度为150 ℃、压力为3.2 MPa、进料质量空速为1.5 h^-1、氢/烃摩尔比为1.0的条件下,Pt/η-Al₂O₃-Cl催化剂作用下,C₅异构化率、C₆异构化率和C₆选择性分别为77.13%、88.68%和31.87%。     

加压下噻吩催化加氢脱硫反应动力学几个问题的研究

在40～150Kg/cm²氢压下用管弹式谐振式反应器研究了氢-噻吩十二烷-催化剂体系三相床中催化加氢脱硫反应的形式动力学.在245～300℃范围内用小于0.5mm粒径的催化剂得到了消除外扩散及内扩散影响的动力学关系为:反应速率r=k'P_HC_TP,k'=1.12×10^-4(分^-1,大气压^-1)(267℃,NiMo/Al₂O₃）;上述条件下活化能为24700卡/克分子;当催化剂粒度大于0.5mm时内扩散影响加大使颗粒有效系数η下降.用四氢萘部分代替十二烷的作用,发现无论是在NiMo/Al₂O₃还是在铁系催化剂上都使噻吩的加氢脱硫转化率下降,即在此条件下四氢萘没有供氢作用.     

Pt负载位置对双功能催化剂正十二烷加氢异构化性能影响

将金属Pt分别负载在Al₂O₃和ZSM-22分子筛上,然后分别与等质量的HZSM-22分子筛和Al₂O₃混合制备2种复合双功能催化剂Pt/Al₂O₃+HZSM-22和Pt/HZSM-22+ Al₂O₃。采用XRD、BET、NH₃-TPD、SEM、ICP以及TEM表征手段对载体和催化剂进行分析。在固定床反应装置上以正十二烷为正构烷烃模型化合物,考察了复合双功能催化剂对正十二烷加氢异构性能的影响。结果表明：金属Pt的负载位置直接影响加氢异构反应性能,金属负载在γ-Al₂O₃上的催化剂Pt/Al₂O₃+HZSM-2,其正十二烷转化率和异构产率均明显优于金属负载在HZSM-22分子筛上的催化剂Pt/HZSM-22+ Al₂O₃。但是将金属Pt负载在γ-Al₂O₃或直接负载在ZSM-22分子筛上并不影响单甲基异构产物的分布,其异构产物以支链靠近端部的2-甲基异构体为主。     

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轻烃芳构化是采用油气加工后生成的液态烃（Ｃ３～Ｃ９），在Ｚｎ改质的ＺＳＭ－５沸石分子筛催化剂的作用下（５００℃，常压）发生脱氢、芳构化反应，生成苯（Ｂ）、甲苯（Ｔ）、二甲苯（Ｘ）等混合芳烃，实现低碳烷烃改质的过程。这些混合芳烃既可作高辛烷值汽油的调合剂又可作为化工原料，反应后的副产物还可以综合利用，因此可以显著提高轻烃的应用价值。这种用低碳烷烃制取芳烃的工艺过程不仅为芳烃合成探索了一条新路子，而且也为油田轻烃的高附加值综合加工利用拓宽了途径。为此测试了催化剂的基本物理性质，在１００ｍｌ试验装置上评价了轻烃（Ｃ３～Ｃ９）在Ｚｎ／ＺＳＭ—５上的芳构化，并进行了反应条件的试验，找出了适宜的工艺条件。     

形貌效应对渣油加氢反应Ni-Mo/Al2O3催化剂预硫化动力学影响

为了探究催化剂的形貌效应对渣油加氢催化剂预硫化反应中金属活性组分MoO₃转化的影响规律,采用粒子模型对Ni-Mo/Al₂O₃催化剂进行了颗粒宏观动力学建模与求解,并利用程序升温硫化(TPS)实验对建立的模型进行了验证。首先,建立了MoO₃粒子的产物层扩散系数与其转化率之间的函数,发现MoO₃粒子的产物层扩散系数随着其转化率的提高快速下降,表明预硫化反应由初期的化学反应控制转为中后期的扩散控制。随后,考察了催化剂形貌对MoO₃粒子的反应速率和转化率的影响。结果表明,与圆柱形催化剂相比,微球形催化剂具有较大的孔隙率和较小的颗粒尺寸,因而具有更高的MoO₃硫化初始反应速率以及总体转化率,在微球形催化剂上更易形成MoS₂物种。     

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用多次浸渍法制备了Ｐｔ－Ｓｎ－Ｋ／Ａｌ２Ｏ３丙烷催化脱氢制丙烯催化剂，该催化剂Ｐｔ含量小于０．４５％（质量），制备容易，重复性好，分别在催化剂装置为２ｍＬ和１００ｍＬ的试验装置上考察了其长周期运转情况。     

ZSM-5分子筛的磷改性作用

选取硅铝比为45、150和250的H-ZSM-5分子筛,通过磷酸氢二铵水溶液饱和浸渍、干燥,以及在550℃的100%水蒸气气氛下水热处理2 h,制备出一系列不同磷负载量的磷改性ZSM-5分子筛样品。采用XRD、XRF、BET、NH₃-TPD、²⁷Al NMR、³¹P NMR等表征方法研究这些样品的磷氧化物分布状态及对骨架铝配位、物相、孔结构和酸性的影响。通过脉冲微反实验评价分析磷改性对ZSM-5分子筛催化甲醇制丙烯（MTP）反应活性和烃类产物选择性的影响。结果表明,ZSM-5分子筛的硅铝比或骨架铝密度对磷氧化物分布状态及对磷改性作用有显著影响。对低硅铝比的ZSM-5分子筛进行磷改性,磷氧化物的聚合程度高,磷改性作用强,磷与骨架铝形成P-O-Al化学配位,导致四配位骨架铝（Al(OSi)₄)的数量减少;磷氧化物不仅分布在分子筛外表面,并且深入到分子筛孔道内部;比表面积和孔体积也随磷负载量增加而大幅度下降,酸量和酸强度同样也有较大幅度降低。对高硅铝比的ZSM-5分子筛进行磷改性,磷氧化物多以单分子磷氧化物或二聚磷氧化物形式分布在分子筛的外表面,比表面积和孔体积受磷负载量的影响极小,酸量和酸强度变化也不明显,磷改性作用较弱。不同硅铝比的磷改性ZSM-5分子筛的甲醇转化催化活性随磷负载量增加到某一数值后均出现突然降低现象,表明活性降低与磷氧化物对分子筛的孔道修饰作用或堵孔有关。通过提高硅铝比或磷改性降低ZSM-5分子筛的酸密度和酸强度,降低了甲醇转化过程的氢转移反应和烯烃裂解反应的活性,有利于提高产物中丙烯和C₄烃的选择性,而乙烯和烷烃选择性降低。     

不同硅/铝比ZSM-5分子筛对烷烃和环烷烃催化裂解性能的影响

以硅/铝摩尔比（n(SiO2)/n(Al2O3)=24的ZSM 5分子筛为母体,通过酸处理脱铝制备了具有不同硅/铝摩尔比(50、85、110、140)的ZSM-5分子筛,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)、吡啶红外吸附(Py-FTIR)、N₂吸附-脱附等手段对其进行表征,考察其应用于正辛烷和乙基环己烷催化裂解反应的性能差异。结果表明,正辛烷和乙基环己烷的转化率与ZSM-5分子筛硅/铝比存在较好的对应关系,即硅/铝比越低、酸量越高,转化率越高;但ZSM-5分子筛硅/铝比低、酸量过多会导致非选择性副反应发生,降低目的产物低碳烯烃收率和选择性。不同硅/铝比ZSM-5分子筛在正辛烷和乙基环己烷催化裂解反应中显示出不同的催化性能,对于相同碳数的烷烃正辛烷和乙基环己烷,由于其分子结构不同,所适宜的硅/铝比不同;在相同硅/铝比分子筛条件下,环烷烃乙基环己烷的总体反应活性低于相对应的直链烷烃正辛烷;正辛烷在ZSM-5-85分子筛上具有更优异的催化裂解反应性能,乙基环己烷在ZSM-5-50分子筛上具有更优异的催化裂解反应性能。     

EFFECTS OF SUPPORTS ON THE ACTIVITY OF NICKEL CATALYST FOR CH4 REFORMING WITH CO2

Nickel catalyst is an effective catalyst for reforming CH₄ with CO₂. The reaction between CO₂ and CH₄ at 1073 K. in the pressure of 0·1 MPa has been studied over different materials supported nickel metal in a fixed-bed reactor. Different catalysts before and after reaction were characterized by SEM, XRD, XPS. Results shows that CO and H₂ are basically produced at the same ratio. When the feed ratio CO₂/CH₄ is less than 0·5, less C₂~C₄ hydrocarbons are detected. When the feed ratio CO₂/CH₄ is 1, Ni/a- Al₂O₃ catalyst has the highest activity. However, when the feed ratio CO₂/CH₄ is greater than 1, Ni/y- A1/O₃, Ni/a- A1₂O₃, Ni/SiO₂ and Ni/HZSM-5 had higher activity; Ni/clinoptilolite basically no activity. Different kinds of carbon deposit are established.     

Ni/ZSM-5 CATALYST FOR CH4 REFORMING WITH CO2

For good physical and chemical proprieties of ZSM-5 and its selectivity to higher hydrocarbons it is selected as support carrier. In this paper CH₄ reforming with CO₂ to synthesize heavier hydrocarbons over Ni/ZSM-5 catalyst is investigated. The reforming reaction is operated at 1073K under the ambient pressure in a fixed-bed tabular reactor. As promoter rare earth oxides, La₂O₃, CeO₂, Pr₆O₁₁ and Nd₂O₃ are separately added to Ni/ZSM-5 and Ni-La/ZSM-5(NZL), Ni-Ce/ZSM-5(NZC), Ni-Pr/ZSM-5(NZP) and Ni-Nd/ZSM-5(NZN) are formed accordingly. For convenience, they are recorded as Ni-RE/ZSM-5. When these catalysts are used in the reforming reaction the yield of heavier hydrocarbons is obviously increased. The structure of Ni-RE/ZSM-5 catalysts before and after reaction is systematically characterized by XRD, XPS, TEM, SEM, ICP and FTIR. After 10 hours reaction there are more carbon deposit on Ni-RE/ZSM-5 catalyst than Ni/ZSM-5, but their structure are not destroyed and carbon deposit is easy gasified.