碱处理多级孔ZSM-5的酸性及吸附扩散性能研究

不同条件下用NaOH处理ZSM-5分子筛,得到了不同孔径分布的微-介孔多级ZSM-5分子筛,运用 XRD、N2吸附-脱附、SEM、NH3-TPD和Py-FTIR等方法对其进行表征。采用智能重量分析仪（IGA）等考察了改性后的分子筛与苯分子之间吸附扩散性能及其与酸量及吸附位的构效关系。结果表明,碱处理不会改变分子筛整体的晶相结构,但是碱处理会一定程度破坏分子筛的结晶度。碱改性会形成微-介多级孔分子筛,并能调变分子筛的酸量。调变后酸量相对大的多级孔ZSM-5分子筛有更多的吸附位,吸附量也会相应增大。此外,苯在多级孔ZSM-5上的传质性能不仅与多级孔ZSM-5分子筛的吸附位有关,还与孔结构有关。介孔含量越多,多级孔体系贯通性越好,苯的传质性能越好,越有利于多级孔ZSM-5活性位的吸附及其催化性能的提高。     

Cr系催化剂上二氧化碳氧化乙烷脱氧制乙烯反应的研究

考察了SiO2,活性炭（AC）担载金属氧化物催化剂上二氧化碳氧化乙烷脱氢制乙烯的反应性能,表明Cr2O3是最佳的金属活性组分,具有较好的二氧化碳氧化乙烷脱氢制乙烯反应性能。在823－923K温度下,6Cr/SiO2和6Cr/AC催化剂的乙烷转化率分别为12．0％－32．1％和8．5％－29．2％,乙烯选择性分别为85．2％－77．3％和87．5％－69．6％,考察6Cr/SiO2和6Cr/AC催化剂表面CO2对乙烷脱氢的作用表明,CO2在参与乙烷脱氢反应过程中,有利于提高乙烷转化率和乙烯产率,同时对反应过程中产生的积炭具有抑制作用。     

正丁烷在HZSM-5分子筛上的高温裂解反应

利用X射线衍射法、NH3-程序升温脱附法、傅里叶变换红外光谱法等技术对不同Si O2/Al2O3(简称硅铝比,摩尔比,下同)的HZSM-5分子筛进行了表征,并且在微反评价装置上对分子筛催化正丁烷高温裂解活性进行了评价。结果表明:当硅铝比分别为38,200,470(依次命名为试样1~试样3)时,随着硅铝比的增加,分子筛BET比表面积增大,强酸性位的强度降低。当裂解温度由823 K升高至873 K时,各试样的转化率均提高,转化率由高到低依次为试样1、试样2、试样3。随着反应温度的升高,甲烷、乙烷、乙烯和丙烯的选择性显著提高;甲烷和乙烷的选择性始终高于乙烯和丙烯。     

分离石脑油中单甲基异构烷烃吸附剂的制备及吸附性能研究

采用水热合成法制备用于分离石脑油中单甲基异构烷烃的ZSM-5分子筛吸附剂,以2-甲基戊烷/环己烷溶液为吸附体系,考察不同合成条件对分子筛吸附性能的影响。结果表明：在硅铝比为80、25 ℃、陈化时间为36 h、晶化时间为48 h的条件下,以正丁胺为模板剂,合成ZSM-5分子筛吸附剂对2-甲基戊烷吸附量为2.39 g/(100 g),比参比ZSM-5分子筛对2-甲基戊烷吸附量高约20%;采用合成ZSM-5分子筛对石脑油进行吸附分离,吸附组分中正构烷烃和单甲基异构烷烃质量分数为97.47%;吸余油的芳烃潜含量从23.19%提高到34.21%;通过合成ZSM-5分子筛吸附分离可以将石脑油中质量分数约为30%的正构烷烃和约12%的单甲基异构烷烃分离出来。     

乙苯和对二甲苯在ZSM-5分子筛上吸附的蒙特卡罗模拟

采用巨正则统计系综蒙特卡罗模拟方法研究了高温条件下乙苯和对二甲苯在不同硅铝比ZSM-5分子筛上的吸附行为,并结合工业样品的催化反应进行了验证。GCMC模拟结果表明：在不同硅铝比ZSM-5上乙苯的吸附能均高于对二甲苯,乙苯和对二甲苯的吸附位在两种孔道的交叉处,随Al含量的增加,吸附状态多样化;温度623 K下,压力在200 kPa左右时吸附量已达到平稳。催化反应评价结果表明,乙苯生成苯的反应比对二甲苯生成甲苯的反应更容易进行,与吸附扩散的规律一致。     

5A和ZSM-5分子筛吸附分离石脑油中烷烃组分的研究

为了提高石脑油生产乙烯和芳烃的利用效率,采用5A分子筛和ZSM-5分子筛对石脑油进行连续吸附分离研究,分别得到脱正构烷烃吸余油（简称脱正构油）和脱单甲基异构吸余油（简称脱烷烃油）;采用氮气对分子筛进行脱附得到富含烷烃组分油（简称脱附油）。试验结果表明：脱烷烃油中正构烷烃质量分数为0.1%,单甲基异构烷烃质量分数为3.8%,芳烃潜含量为53.4%,可作为优质的催化重整原料;脱附油的烷烃质量分数可达到84%以上,可作为裂解制乙烯的优质原料。     

吲哚在FAU分子筛中吸附行为的分子模拟研究

通过分子模拟的方法研究了劣质重油中典型的氮化物(吲哚)在4种不同硅铝比的FAU分子筛上的吸附行为。结果表明:在温度823K下,吲哚在4种FAU分子筛上的吸附量随着压力的增大而增加,并在800kPa左右达到饱和状态;在一定范围内,随着硅铝比的增大,分子筛孔道的自由体积增加,吲哚在FAU分子筛上的饱和吸附量增加;通过Langmuir关联,证明了吲哚在FAU分子筛上的吸附属于单分子层吸附;根据分子模拟结果可从微观角度解释FAU分子筛硅铝比对吲哚吸附性能的影响。     

长链阳离子表面活性剂对ZSM-5结构及其甲醇制烯烃反应性能的影响

 分别以硅酸钠和硫酸铝为硅源和铝源,乙二胺为模板剂,采用水热晶化法在外加长链阳离子表面活性剂（十六烷基三甲基溴化铵）的环境中合成微孔ZSM-5分子筛;采用XRD、FT-IR、SEM、N2低温物理吸附等技术对合成的分子筛进行表征;采用甲醇制烯烃反应测试其催化性能。结果表明,合成的ZSM-5分子筛具有一种由小晶粒堆砌成六棱形ZSM-5大晶粒的独特形貌,堆砌后晶粒平均尺寸为1 μm,晶粒表面粗糙;合成的ZSM-5分子筛还具有比表面积大、B酸酸度高的特点;表面活性剂的加入能够提高ZSM-5分子筛的稳定性,有效抑制氢转移反应,并能显著提高乙烯和丙烯收率,其中丙烯收率增加21.39百分点,乙烯收率增加4.52百分点,增产丙烯效果最为明显。     

纳米棒插接形貌ZSM-11基多级孔分子筛材料的催化裂解性能研究

以具有纳米棒插接形貌的ZSM-11基多级孔分子筛材料为活性组分制备催化裂解催化剂,采用XRD、SEM、低温N2物理吸附、NH3-TPD以及吡啶-IR方法对所制备的不同硅铝比以及不同晶粒尺寸ZSM-11分子筛进行表征,考察硅铝比及晶粒尺寸对ZSM-11分子筛催化剂裂解活性的影响,并与以ZSM-5分子筛为活性组分的常规裂解催化剂进行对比。结果表明：ZSM-11分子筛具有纯的晶相、纳米棒（晶）插接的形貌特征和微-介复合的多级孔结构;作为裂解催化剂,ZSM-11分子筛比ZSM-5分子筛具有更强的重油转化能力和更高的轻质油收率,液化气收率虽有明显下降,但是却保持着很高的对低碳烯烃（C3=、C4=）的选择性,说明ZSM-11分子筛具有更好的对高附加值产品（低碳烯烃和轻质油）的选择性;硅铝比为50时,分子筛催化剂表现出最优的裂解活性和选择性。此外,当分子筛晶粒尺寸减小后,重油转化能力进一步增强,轻质油收率提高,但是对低碳烯烃的选择性有所下降。     

5A和ZSM-5分子筛吸附分离石脑油中烷烃组分的研究

为了提高石脑油生产乙烯和芳烃的利用效率，采用5A分子筛和ZSM-5分子筛对石脑油进行连续吸附分离研究，分别得到脱正构烷烃吸余油（简称脱正构油）和脱单甲基异构吸余油（简称脱烷烃油）；采用氮气对分子筛进行脱附得到富含烷烃组分油（简称脱附油）。试验结果表明：脱烷烃油中正构烷烃质量分数为0.1%，单甲基异构烷烃质量分数为3.8%，芳烃潜含量为53.4%，可作为优质的催化重整原料；脱附油的烷烃质量分数可达到84%以上，可作为裂解制乙烯的优质原料。     

催化裂化干气组分在沸石Y上吸附的分子模拟

Adsorption of catalytic cracking dry gas components, hydrogen (H2), nitrogen (N2), methane (CH4), ethane (C2H6) and ethylene (C2H4) in zeolite Y was studied by performing the Grant Canonical Monte Carlo (GCMC) simulations at 298 and 823K and a pressure range up to 10MPa. Simulation results were analyzed using Langmuir model and it presented fitting of dry gas components adsorption suggesting monolayer adsorption. C2H4 presented most single adsorption amount, which reached 7.63mol/kg at 298K under 200kPa. Thermodynamic parameters of Gibbs free energy change, enthalpy change and entropy change were analyzed based on adsorption equilibrium constant obtained from the GCMC simulations. The results suggested that it was more favorable for C2H4 to adsorb in zeolite Y. Adsorption molecules were in ordered arrangement in zeolite, and C2H4 exhibited more orderly arrangement than other components. Additionally, it was found that there was a competition between dry gas components for mixture adsorption, supercages were prior adsorption space. The competition was favorable to CH4 and C2H6, and competitive power was affected by temperature.     

Molecular Simulations of FCC Dry Gas Components Adsorption in Zeolite Y

Adsorption of FCC dry gas components, hydrogen(H_2), nitrogen(N_2), methane(CH_4), ethane(C_2H_6) and ethylene(C_2H_4) in zeolite Y was studied by performing the Grant Canonical Monte Carlo(GCMC) simulations at 298K and 823K and under a pressure range up to 10 MPa. Simulation results were analyzed using the Langmuir model, which presented fitting of dry gas components adsorption to be suggested as the monolayer adsorption. C_2H_4 presented most single adsorption amount, which reached 7.63 mol/kg at 298K under a pressure of 200kPa. Thermodynamic parameters of the Gibbs free energy change, enthalpy change and entropy change were analyzed based on adsorption equilibrium constant obtained from the GCMC simulations. The results suggested that it was more favorable for C_2H_4 to be adsorbed in zeolite Y. Adsorption molecules were in ordered arrangement in the zeolite, and C_2H_4 exhibited a more orderly arrangement than other components. Additionally, a competition in the adsorption of a mixture of dry gas components was found, and supercages were the priority adsorption space. The competition was favorable to CH_4 and C_2H_6, and the competitive power was affected by temperature.     

汽油族组成对汽油催化裂化反应中干气生成的影响

利用小型固定流化床（FFB）装置,采用MMC-2催化剂,考察汽油族组成对汽油催化裂化反应过程中干气生成的影响。结果表明,汽油催化裂化反应过程中干气主要由催化裂化反应产生,热裂化反应产生的干气所占的比例很低。随着汽油原料中烯烃含量的增加,氢气、甲烷和乙烷的产率基本保持不变,乙烯的产率明显增加。烷烃引发反应时形成的五配位正碳离子的裂解反应生成氢气、甲烷、乙烷和乙烯等干气组分。烯烃质子化形成的三配位伯正碳离子可能直接发生β裂解生成乙烯。伯正碳离子直接发生β裂解的反应和先发生异构化生成仲正碳离子再发生β裂解反应的比值是固定的。     

稀乙烯在ZSM－5沸石上叠合与芳构化反应环境因素的影响

对利用催化裂化干气中的稀乙烯生产汽油馏分的环境因素进行了考察，尤其是催化裂化于气中存在的氢和水的加入对乙烯叠合与芳构化反应的影响在实验室进行了研究。试验结果表明，氢的存在使ＺＳＭ－５沸石上乙烯叠合与芳构化反应中芳烃产物的选择性提高，但同时使乙烷的产率增加，汽油产率下降。水的加入可抑制氢的不利影响，同时可提高乙烯的转化率并进一步降低催化剂上积炭的速度。     

小分子烷烃在TON沸石上吸附性能

 采用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法模拟计算了甲烷、乙烷和丙烷在TON沸石上的吸附等温线,计算结果与实验结果吻合较好。在此基础上,模拟了甲烷、乙烷和丙烷在TON中的吸附位、吸附能以及混合气体的吸附等温线。结果表明,3种短链烷烃在TON沸石的吸附位均在TON沸石的10-元氧环中。在273K时,丙烷在TON上的吸附能绝对值远大于甲烷和乙烷;在773K时,3种气体的吸附能绝对值相同。3种气体吸附能绝对值几乎均小于100 kJ/mol,说明它们在TON上的吸附是物理吸附。了解单组分气体以及混合气体在TON沸石上的吸附特性,对应用TON沸石分离气体的技术提供了有益参考。     

小分子烷烃在TON沸石上吸附性能的计算机模拟

采用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法模拟计算了甲烷、乙烷和丙烷在TON沸石上的吸附等温线,计算结果与实验结果吻合较好.在此基础上,模拟了甲烷、乙烷和丙烷在TON中的吸附位、吸附能以及混合气体的吸附等温线.结果表明,3种短链烷烃在TON沸石的吸附位均在TON沸石的10-元氧环中.在273 K时,丙烷在TON上的吸附能绝对值远大于甲烷和乙烷;在773 K时,3种气体的吸附能绝对值相同.3种气体吸附能绝对值几乎均小于100 kJ/mol,说明它们在TON上的吸附是物理吸附.了解单组分气体以及混合气体在TON沸石上的吸附特性,对应用TON沸石分离气体的技术提供了有益参考.     

影响混合芳烃收率的原因分析

催化裂化干气含有氢气、乙烯、甲烷、乙烷等组分。以催化裂化干气中的乙烯为原料,在催化剂的作用下经过叠合、环化脱氢、氢转移和异构化等反应可以生产混合芳烃。本文介绍了干气制备混合芳烃的原理及影响混合芳烃收率的因素。实际生产中根据催化剂在不同周期的活性特点,控制混合进料中烯烃的含量,合理调整加热炉出口温度并将反应器的床层温升控制在适宜范围,对提高混合芳烃的收率具有重要作用。     

原料气组成对Na_2WO_4-Mn/SiO_2催化剂上甲烷氧化偶联的影响

研究了原料中C2H6,CO,CO2含量对Na2WO4-Mn/SiO2催化剂的甲烷氧化偶联反应活性的影响,并在此基础上对甲烷氧化偶联反应的两段反应器工艺进行了研究。实验结果表明,提高原料中C2H6的含量,会抑制甲烷的转化,同时使CO的生成量增加;随原料中CO含量的增加,CO2的生成量有所增加,但反应过程中CO的生成量明显减少;提高原料中CO2的含量对Na2WO4-Mn/SiO2催化剂的活性影响不明显。两段反应器工艺可有效提高乙烯收率,使甲烷转化率达60.5%,C2选择性达62.8%,乙烯收率达33.1%。     

高硅沸石分子筛ZSM-11用于CH4与N2吸附分离性能的研究

以四丁基氢氧化铵为模板剂,通过调节铝源和硅源的比例合成了两种高硅铝比(n(Si)/n(Al)=100、500)沸石分子筛ZSM-11,采用XRD、TG和N2吸/脱附等方法对ZSM-11分子筛进行了表征分析,测试了样品在500 kPa下对CH₄和N₂的吸附性能。结果表明,ZSM-11-500样品的比表面积和吸附容量略高于ZSM-11-100,两个样品的CH₄/N₂吸附选择性均达到4.0以上,优于商业吸附剂水平。混合气体穿透模拟结果显示,ZSM-11具有良好的CH₄/N₂分离能力,且对于低浓度煤层气中CH₄的富集纯化脱除N₂具有良好的应用前景。     

直馏柴油催化裂解和热裂解反应行为研究

以直馏柴油为原料,反应温度为520～680℃,在小型固定流化床上分别采用酸性催化剂和石英砂,考察催化裂解和热裂解的反应行为。与热裂解相比,直馏柴油催化裂解提高了其转化率,降低了干气产率,提高了液化气产率;乙烯产率降低1.67～3.78百分点,丙烯产率提高5.23～9.12百分点,丁烯产率提高3.32～7.94百分点,轻芳烃(BTX)产率接近。直馏柴油催化裂解和热裂解干气中的甲烷和乙烯含量随反应温度变化的趋势相同,但是催化裂解干气中氢气体积分数高于乙烷,而热裂解干气中乙烷体积分数高于氢气;反应温度高于600℃时,催化裂解干气中C₂H₄/CH₄摩尔比小于热裂解干气的最优分布值0.82。两种裂解汽油烃类组成中正构烷烃、异构烷烃、烯烃和芳烃含量变化趋势相同,而环烷烃含量变化趋势相反;催化裂解汽油中环烷烃含量随反应温度升高而降低,而热裂解汽油中环烷烃含量随反应温度升高而增加。