甲醇制烯烃中SAPO-34催化剂改性研究进展

甲醇制烯烃(DMTO)是以甲醇制乙烯、丙烯等低碳烯烃的新兴的工艺路线。本文简述了甲醇制烯烃的反应过程,对SAPO-34催化剂及其改性研究进展进行综述。     

甲醇制烃催化剂及其反应机理研究进展

综述了改性和非改性ZSM-5、β和SAPO-34等多种催化剂在甲醇制烃类物质中的应用。ZSM-5主要用于甲醇制汽油过程以及甲醇芳构化反应,甲醇在β沸石上主要转化成乙烯、丙烯、丙烷、异丁烷、六甲基苯和少量五甲基苯,而SAPO-34对乙烯和丙烯等低碳烯烃具有较高的选择性（90%）。总结了甲醇制烃机理的研究进展,主要包括初始C—C的形成以及烃池物种的研究,讨论了甲醇制烃催化剂及其研究方向。     

Fe,Co,Ni改性SAPO-34分子筛上MTO反应的理论研究

为明确分子筛对MTO反应的催化活性和产物选择性的影响,采用色散力矫正的密度泛函理论方法,以SAPO-34分子筛为催化剂,考察了3种不同金属Fe、Co和Ni改性的SAPO-34分子筛布朗斯特(Brnsted,B酸)酸强度的变化,并研究不同酸性的催化剂对甲醇制烯烃(MTO)反应中的低碳烯烃催化活性和选择性的影响及2者间的关联。通过计算去质子化能比较改性前、后SAPO-34分子筛的酸性强度变化,酸性强度顺序为Fe APO-34Co APO-34SAPO-34Ni APO-34。通过计算MTO反应克服的反应能垒,比较低碳烯烃的催化活性和选择性,Fe、Co、Ni金属改性的SAPO-34分子筛对乙烯生成反应的催化活性顺序为Fe APO-34≈Ni APO-34Co APO-34;对丙烯生成反应的催化活性顺序为Fe APO-34≈Co APO-34Ni APO-34;Ni原子的引入比Fe、Co原子的引入提高了乙烯的选择性,而Fe、Co原子的引入比Ni原子的引入提高了丙烯的选择性。     

甲醇制烯烃催化剂SAPO-34分子筛的制备和喷雾成型

SAPO-34分子筛用于催化甲醇转化制烯烃,乙烯和丙烯选择性高,是很好的甲醇制烯烃催化剂。由于SAPO-34分子筛失活速率快,甲醇制烯烃反应器通常是连续循环再生的流化床反应器,SAPO-34分子筛必须喷雾成型并达到一定抗磨强度后才能使用。在50 L反应釜合成了SAPO-34分子筛,并在中试喷雾装置上,以SAPO-34为活性组分喷雾成型甲醇制烯烃催化剂。结果表明,喷雾成型甲醇制烯烃催化剂的抗磨损指数为1.58%·h-1,抗磨性能达到工业应用要求,与两种工业甲醇制烯烃催化剂对比,喷雾成型甲醇制烯烃催化剂寿命最长,达260 min,乙烯、丙烯选择性以及乙烯+丙烯总选择性在对应的各个反应时间点均最高,260 min分别达到49.09%、35.05%和84.98%。     

改性HZSM-5对甲醇制烯烃反应性能的影响研究

分别用非金属、碱金属、碱土金属、过渡金属以及稀土金属对HZSM-5催化剂进行改性,考察了改性催化剂对低碳烯烃的选择性影响,并选取改性效果较好的元素组合制备双金属改性催化剂,以进一步提高低碳烯烃的选择性。结果表明,双金属改性催化剂可明显提高C2=～C4=的总烯烃选择性,副产物得到了有效抑制。其中,钾-钙改性后丙烯的选择性最好,从25%提高到42%;钙-铈改性后,乙烯选择性较高,从25%提高到43%;钾-锌和钙-锌改性后,低碳烯烃选择性下降,二甲醚的选择性呈现不断上升趋势,从5%提高到60%左右。改性催化剂对反应过程的影响从一定程度上验证了本文提出的MTO反应网络。     

甲醇制烯烃催化剂SAPO-34分子筛的改性研究进展

甲醇制烯烃（MTO）被认为是最有希望以煤或天然气为原料替代石油制取烯烃的技术路线。具有CHA结构的SAPO-34分子筛是MTO反应生产乙烯和丙烯最理想的催化剂,但在甲醇转化过程中,芳香烃类中间体受到SAPO-34分子筛八元环微孔结构的限制,使催化剂孔道堵塞并覆盖其酸性位点,造成催化剂积炭失活。为了提高SAPO-34分子筛催化剂的寿命和低碳烯烃的选择性,改善传质并延缓焦炭的沉积至关重要。从构建多级孔结构、减小晶粒尺寸及调控分子筛酸性3个方面出发,总结了SAPO-34分子筛在MTO反应中的研究进展,并对今后催化剂的粒度、孔尺寸、酸性质等方向的改进及发展进行了展望。     

SAPO-34和HZSM-5机械混合分子筛在甲醇制丙烯反应中的应用

采用机械复合的方法制备不同比例SAPO-34和HZSM-5的混合分子筛。利用XRD、SEM、FT-IR、BET和NH3-TPD等手段对样品进行物性和酸性表征,并考察各分子筛催化剂在甲醇制烯烃(MTO)反应中的催化性能。结果表明,部分小颗粒的HZSM-5粘连附着于大颗粒的SAPO-34表面上; SAPO-34和HZSM-5机械混合可以调节催化剂的酸性和微介孔结构;机械混合分子筛在MTO反应中有较高的催化剂寿命和丙烯选择性;在MSZ-90%混合分子筛上,当反应20 h时,丙烯的选择性高达48. 9%,丙烯/乙烯比为4. 0。     

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。     

SAPO-34分子筛催化剂制备及发展现状

乙烯和丙烯作为重要的化工原料,在经济发展中的需求量越来越大。在石油资源越来越匮乏的今天,甲醇制烯烃作为一种可以代替常规石油路线生产低碳烯烃的新工艺受到广泛关注。SAPO-34分子筛因为高甲醇转化率和优良烯烃选择性成为当前甲醇制烯烃工艺催化剂的研究重点。合成SAPO-34分子筛的影响因素有模板剂、合成原料和反应条件等。通过调节分子筛粒径尺寸、酸性、金属改性可以实现分子筛的性能优化。介绍了SAPO-34分子筛催化剂常用的制备方法和一些分子筛催化剂改进的专利。使用一定时间后催化剂由于积炭而失活,再生工艺目前主要采用烧焦再生。2011年,神华煤制烯烃示范工程进入工业化运行,近年陆续有多套甲醇制烯烃装置投产和在建,煤制烯烃正在改变中国聚烯烃市场格局。     

用于催化MTO的SAPO-34分子筛改性的研究进展

SAPO-34分子筛是甲醇制烯烃过程中一种性能非常良好的催化剂,但是SAPO-34对催化甲醇的效果欠佳,所以要对其适当的改性。本文着重介绍了SAPO-34的金属改性,同时也介绍了水蒸汽处理,高温氮化处理和酸处理对SAPO-34分子筛的性能的影响,经过改性后,其低碳烯烃的选择性和寿命得到了提高。分析表明,抑制副产物丙烷和长链烷烃的产生是提高烯烃选择性的主要办法。     

酸性催化剂催化异丙醇脱水制丙烯反应

对HZSM-5及Zn改性HZSM-5、SAPO-34、MCM-41和磷钨酸负载MCM-41分子筛催化剂进行表征,评价固定床反应器中催化异丙醇脱水反应.Zn改性HZSM-5可有效调节催化剂的酸性,提高催化剂选择性,酸性较弱的SAPO-34与Al2O3质量比为5:1混合组成的SAPO-34催化剂和MCM-41分子筛也表现出...     

复合模板剂诱导合成SAPO-34分子筛及其MTO性能研究

利用传统水热合成方法,分别采用单一模板剂、混合模板剂合成纯相SAPO-34分子筛,采用XRD、BET、SEM、NH3-TPD和FTIR对样品进行表征,考察其在甲醇制烯烃反应中的催化性能。结果表明,混合模板剂诱导合成的SAPO-34分子筛具有较小的颗粒尺寸,较大的比表面积和适宜的酸性,可以在MTO反应中表现出更优的催化性能。结果发现,MORTEAOH混合模板剂合成的SAPO-34分子筛的催化寿命达320 min,双烯选择性超过82%。     

NaOH预处理对高岭土表面原位合成SAPO-34催化剂性能的影响

以高温煅烧高岭土微球(CKM)为载体,采用原位合成法制备了负载型SAPO-34催化剂(SCKM)。以质量分数2%～10%的NaOH水溶液对高岭土微球进行了预处理。采用XRD、XPS、SEM、N2吸附-脱附对NaOH处理的高岭土微球及原位合成的SAPO-34进行了表征,并在MTO固定床上对合成催化剂的活性进行了评价。结果表明,NaOH水溶液预处理对高岭土微球表面的化学组成、形貌结构以及原位合成SAPO-34负载型催化剂的性能均有显著影响。质量分数4%的NaOH水溶液处理高岭土微球表面合成的SAPO-34催化剂(4-SCKM)在MTO催化反应中的活性最佳,甲醇转化率达到100%,低碳烯烃选择性89.8%,单程寿命964 min,优于非原位合成的SAPO-34催化剂。     

不同结构分子筛的甲醇制丙烯催化性能

在常压、空速为1.5 h^-1、反应温度为450℃条件下,考察了4种具有不同拓扑结构的分子筛(SAPO-34、ZSM-48、ZSM-5和beta)在甲醇转化制丙烯(MTP)反应中的催化性能,并对催化剂的积炭失活行为进行了研究。结果表明,从8元环到12元环,分子筛孔口尺寸越小,低碳烯烃(乙烯+丙烯)选择性越高,积炭失活速率也越快。孔道尺寸越大,丙烯/乙烯(P/E)比越高,但产物分布向C₄以上组分偏移,丙烯选择性降低。10元环分子筛具有较高的丙烯选择性,但催化剂的积炭失活速率随孔道体系的不同有很大差异。一维直通孔道的ZSM-48容易积炭失活,而具有三维交叉孔结构的ZSM-5表现出了优异的抗积炭失活性能。不同结构分子筛在MTP反应中催化性能的差异主要归因于分子筛的过渡态择形和产物择形作用的不同。     

Characterization of AlPO4-based molecular sieves and methanol conversion to light olefins

Of the AlPO₄-based molecular sieves, A1PO₄, SAPOs, and MeAPOs of different pore sizes were prepared at 100-200°C by a hydrothermal crystallization method. This study was purposed to maximize the yield of light olefins through methanol conversion. Crystal structure was confirmed by means of XRD and SEM, and acidity was examined by TPD and IR of adsorbed ammonia on the catalysts. It was found that SAPO-34 exhibited more than 90% selectivity for light olefins such as ethylene, propylene, and butylene due to shape selectivity through small pores, although it had a strong acidity. MeAPO-34 exhibited slightly lower selectivity for light olefins than SAPO-34 and different product distribution, depending on the electronegativity of the metal in its framework. SAPO17 and SAPO-44, which have the same pore size with SAPO-34 but different pore structure from SAPO-34, showed less selectivity for light olefins than SAPO-34.     

Effect of Crystal Size on Acetone Conversion over SAPO-34 Crystals

Abstract  

Catalytic properties of the 75 nm and 0.8 μm-sized SAPO-34 crystals on acetone-to-olefins (ATO) reaction were compared. The 75 nm-sized crystals (nanocrystals) showed longer catalyst lifetime than 0.8 μm-sized crystals, and products selectivity was similar for the two SAPO-34 catalysts, as is the case in methanol-to-olefins (MTO) and dimethyleter-to-olefins (DTO) reactions. The reaction site of ATO reaction over SAPO-34 was studied using coke-deposited SAPO-34 as catalysts whose pores are deactivated through the DTO reaction. The reason for longer catalyst lifetime of the nanocrystals in the ATO reaction must be a large surface area of the SAPO-34 nanocrystals, unlike in the case of the MTO and DTO reactions.     

Chloromethane Conversion to Higher Hydrocarbons over Zeolites and SAPOs

Chloromethane transformations were carried out over zeolites and SAPOs and the conversion and product distribution differed from the porous structure and acidity of the catalysts. Chloromethane was mainly transferred to higher hydrocarbons in gasoline range over most of zeolite catalysts, while SAPOs molecular sieves, SAPO-34 and SAPO-5, showed high selectivity for light olefins production, such as ethylene, propylene and butenes. TG analysis was used to study the coke formation during the transformation and the acid difference of the catalysts was evidenced by Temperature programmed desorption of ammonia. HZSM-5, with high activity and less coke formation, was proved to be a potential catalyst for hydrocarbons production from chloromethane conversion. It is of particular interest that SAPO-34 gave an excellent performance in light olefins production from chloromethane transformation, which may be attributed to the shape selectivity and medium strong acidity of SAPO-34.     

Dimethyl ether conversion to light olefins over the SAPO-34/ZrO2 composite catalysts with high lifetime

The SAPO-34/ZrO₂ composite catalysts using ZrO₂ as a binder were prepared and their performance was investigated for the dimethyl ether to olefins (DTO) reaction. The composite catalysts showed higher catalytic lifetimes than the free SAPO-34 catalyst, while maintaining high selectivity toward light olefins. This suggests that the binder-filled space between the SAPO-34 crystals can provide additional diffusion paths for mass transfer. In the SAPO-34/ZrO₂ composite catalysts with different ZrO₂ contents, the SAPO-34(11 wt%)/ZrO₂ composite catalyst showed the highest catalytic lifetime. It can be concluded that ZrO₂ is one of the best binders for the preparation of SAPO-34/binder composite catalysts.