甲醇制烯烃催化剂积炭的形成机理

采用二氯甲烷超声波萃取,提取甲醇制烯烃(MTO)待生催化剂和不完全再生催化剂外表面可溶性积炭,采用氢氟酸溶解及碳酸钠溶液中和后再用二氯甲烷超声波萃取,提取待生催化剂和不完全再生催化剂孔道内可溶性积炭,结合气相色谱-质谱(GC-MS)分析了其组成,并对MTO催化剂积炭形成的机理和再生烧炭的机理进行了分析探讨。结果表明:MTO待生催化剂外表面可溶性积炭主要是饱和烃和芳烃,其中饱和烃以C23~C31的正构烷烃为主,芳烃以一环和二环芳烃为主;孔道内可溶性积炭均为芳烃,以三环和四环芳烃为主,从质谱峰强度计算约占总量的80%,菲和芘约占总量的50%。MTO不完全再生催化剂外表面可溶性积炭主要是沸点较高的C23~C31正构烷烃;孔道内可溶性积炭主要是几个高含量组分如芘和菲等的残留。在催化剂外表面的饱和烃可能是由小分子烯烃类化合物经过一系列聚合而成,而催化剂外表面的一环和二环芳烃应该是从分子筛孔道内形成并溢出,在分子筛孔道口吸附。分子筛催化剂孔道内的多环芳烃,是由小分子烃类化合物经过一系列低聚、氢转移、环化和脱氢等反应生成。     

甲醇制烯烃反应副产物的生成规律分析

在流化床反应器中，以SAPO-34分子筛为催化剂，研究了反应温度对甲醇制烯烃反应副产物生成规律的影响。实验结果表明：随着TOS的增加，催化剂的积炭量增加，二甲醚选择性、CO2收率、CH4选择性增加，温度越高，增长速率越快；丙烷选择性和C5＋C6选择性随着TOS的增加而下降，温度越高，下降速率越快；乙烷选择性随着TOS的增加几乎保持不变。反应温度应控制在450℃～500℃之间，以减少CH4、CO2及积炭的量；通过适当提高线速、缩短反应物与催化剂的接触时间来进一步降低丙烷及某些高碳烃的量。反应中间体及烯烃聚合、芳构化都对积炭的生成有所贡献。     

煤或天然气经甲醇制低碳烯烃工艺研究新进展

由煤或天然气经甲醇制低碳烯烃工艺是解决石油资源紧张、低碳烯烃需求量越来越大等问题的有效路线。介绍了几种有代表性的经甲醇制低碳烯烃工艺,包括美国UOP/Hydro甲醇制烯烃工艺,中国科学院大连化学物理研究所的合成气经由二甲醚制低碳烯烃(SDTO)工艺,德国Lurgi公司的甲醇制丙烯工艺,以及甲醇制烯烃与AtoFina/UOP烯烃裂解的集成工艺;分析了各工艺目前达到的技术指标及最近的技术改进,关注了各工艺近几年的工业化进程。除了SDTO工艺外,其他几种工艺有望在未来几年内实现工业化。国内甲醇制低碳烯烃工艺的开发应借助于流化催化裂化成熟的工程设计经验,同时加大甲醇制烯烃工艺流化床催化剂的开发力度。     

从基础研究到工业转化应用的实践——甲醇制烯烃SMTO催化技术开发

煤基甲醇制烯烃(MTO)是煤炭清洁利用的关键技术之一,对于保障国家能源安全具有重要的战略意义。中国石油化工集团有限公司经过20余年的研究,在催化反应机制、高性能分子筛催化剂以及反应-再生工艺技术等方面持续创新,开发了高效甲醇制烯烃SMTO工艺技术,实现了从导向性基础研究到工业应用的贯通式创新。     

流化床反应器中甲醇制烯烃反应性能分析

介绍了扬子石化炼油厂120×104t/a柴油加氢精制装置的基本概况和用能情况,针对装置的特点,在新氢压缩机、加热炉、机泵等方面采取了一系列节能改造措施,既解决了装置生产过程中存在的问题,又大幅度地降低了装置能耗。能耗从装置开工初期的18.42kg标油/t降低到2011年的11.63kg标油/t,同时指出下一步可以通过增设液力透平等措施进一步降低装置能耗。     

甲醇制烯烃反应过程中SAPO-34分子筛催化剂的积碳行为研究

在固定床积分反应器内考察了甲醇制烯烃反应过程中SAPO-34分子筛催化剂(以下简称催化剂)上积碳的生成规律,实验结果表明,随着反应温度的升高,催化剂积碳量呈指数规律增长,反应初始阶段的积碳生成速率很快,随后趋于平缓;用水作稀释剂,可以有效地减缓催化剂的积碳速率;催化剂床层内呈现明显的积碳分布,床层入口处的积碳量(质量分数)平均为9.56%,而出口处的积碳量仅为3.20%,符合平行失活机理。积碳催化剂的傅里叶变换红外光谱和热重分析结果表明,反应温度不同,积碳的组成也不同,较低反应温度下生成的积碳主要以脂肪烃为主,而在较高的反应温度下,积碳中多环芳烃的比例增大。     

SAPO-34分子筛上丁烯催化裂解制乙烯和丙烯

以SAPO-34分子筛为催化剂,在固定流化床装置上研究了丁烯裂解的反应规律和结焦规律。实验结果表明,反应温度对丁烯裂解产物分布影响较大,丁烯转化率、乙烯和丙烯收率均随反应温度的升高而增加,乙烯和丙烯总选择性(双烯选择性)随反应温度的升高先增加后降低,适宜的反应温度为580～600℃;延长停留时间可提高丁烯转化率及乙烯和丙烯总收率(双烯收率),但停留时间过长会增加二次反应,降低乙烯、丙烯的选择性,尤其是丙烯;水蒸气对丁烯裂解有一定的促进作用,可使丙烯收率明显增加。与ZSM-5分子筛相比,SAPO-34分子筛的稳定性较差,但双烯选择性较高,在运行初期可获得与ZSM-5分子筛相当的双烯收率。SAPO-34分子筛催化丁烯裂解时,在运行初期及高温下生焦速率快,积碳显著影响SAPO-34分子筛的酸性。     

甲醇制低碳烯烃(MTO)反应热力学研究

对甲醇制低碳烯烃反应过程进行了热力学分析。着重计算了甲醇制烯烃主副反应的反应热、吉布斯自由能、平衡常数以及烯烃产物之间的平衡关系等。甲醇制烯烃大多数反应为强放热反应，总反应热在37～53kJ／mol之间，而且大多数反应都可以自发进行，并进行到很高的程度。通过烯烃产物之间平衡关系的计算，发现计算结果与实际的甲醇制烯烃反应现象比较一致，随着反应温度的升高，乙烯平衡摩尔分数持续增大，丁烯平衡摩尔分数持续下降，而丙烯摩尔分数则先升后降。烯烃产物之间的相互转化属于热力学平衡限制。     

SAPO-34催化剂上C4烯烃催化裂解与甲醇转化制烯烃反应耦合

采用SAPO-34催化剂,在流化床装置上考察了甲醇制烯烃(MTO)副产C4烯烃催化裂解制乙烯和丙烯的反应行为,分析了C4烯烃转化率、产物收率等主要指标随工艺参数的变化规律,对比了C4烯烃催化裂解和MTO反应积炭催化剂的差异,提出了C4烯烃催化裂解适宜的关键工艺条件。C4烯烃催化裂解对比MTO反应需要较高的反应温度和催化剂活性。结果表明,C4烯烃裂解反应过程形成的积炭催化剂仍可用于MTO反应,并且具有较高的甲醇转化率和低碳烯烃选择性,因此可以采用SAPO-34催化剂把两个独立的反应串联耦合在一起。     

新鲜SAPO-34催化剂上甲醇制烯烃反应动力学

在固定床反应器内进行了甲醇制烯烃反应动力学研究,借助集总动力学的概念,充分考虑到水和积炭对反应过程的影响,建立了5集总反应动力学模型,并进行了求解,最终获得了新鲜催化剂上可计算各集总组分反应速率的动力学方程.模型计算值与实验值吻合较好,表明模型预测效果很好.