甲醇制对二甲苯联产低碳烯烃改性ZSM-5催化剂在流化床中的反应性能

在流化床反应器中,对Zn、Si和P改性的ZSM-5催化剂的甲醇制对二甲苯联产低碳烯烃的反应性能进行了研究。采用X射线衍射（XRD）、BET比表面积、扫描电镜（SEM）、NH₃-程序升温脱附（NH₃-TPD）等手段进行表征分析。结果表明,Zn改性使得催化剂酸强度降低,中强酸酸量增加,对二甲苯和低碳烯烃选择性都随之提高;一定量的硅沉积改性在降低催化剂外表面酸量的同时缩小孔口,浸渍适量P能够调变分子筛的酸中心强度和酸量,这都能够提高对二甲苯选择性。在流化床反应器中甲醇制对二甲苯联产低碳烯烃反应结果表明,3Zn-3Si-3P/ZSM-5催化剂在温度425℃、常压、反应时间40min、空速1h^-1的条件下,对二甲苯在二甲苯中的选择性为76.0%,C₂~C₄低碳烯烃选择性为24.4%,特别是芳烃和C₂~C₄低碳烯烃的总选择性高达92.2%。     

不同粒径Pd/Al2O3催化乙炔加氢反应微观动力学分析

采用等量浸渍法制备了α-Al₂O₃负载的系列Pd催化剂,运用BET、XRD、ICP-AES、CO化学吸附、TEM等手段对催化剂进行了表征;根据部分析因实验设计方案进行动力学实验,采用微观反应动力学方法模拟和分析了所获稳定期本征动力学实验结果。结果发现,制备所得催化剂Pd颗粒的平均粒径分别为1.6、3.4、5.5 nm,CO化学吸附所测定达到活性稳定期后的催化剂表面Pd原子数与Hardeveld模型计算的Pd（111）表面原子数一致;模拟结果表明该微观动力学模型可以很好地模拟不同粒径催化剂上的动力学结果,在所研究范围内表面最丰物种为C₂H₄^*和C₂H₃^*,通过微观与宏观动力学的特征判断3种催化剂上乙炔加氢的速率控制步骤为乙烯基加氢生成乙烯。     

不同Pd/Ag配比Pd-Ag/Al2O3催化乙炔加氢微观反应动力学分析

乙炔加氢是乙烯工业中的重要精制反应。以α-Al₂O₃作为载体,采用分步等量浸渍法制备了不同Pd/Ag配比的加氢催化剂,使用N₂物理吸附、XRD、ICP、XPS、TEM和CO化学吸附等手段表征催化剂的结构和组成,根据正交实验设计方案进行动力学实验,建立了微观反应动力学模型,并根据动力学模拟结果和动力学参数值的变化分析了Ag助剂含量对乙炔加氢反应动力学的影响。研究结果表明,以Pd-Ag催化剂上碳二加氢的DFT计算结果为基础参数来源,经过吸脱附步骤活化能的优化,微观反应动力学模型可以很好地模拟不同Pd/Ag配比催化剂上的乙炔加氢反应动力学结果;在所研究范围内,各催化剂上加氢反应的表面最丰物种皆为C₂H₄^*,速率控制步骤为乙烯基加氢,不会随着Ag含量的不同发生变化;但是Ag含量的增加显著降低了氢气脱附活化能,提高了乙烯的选择性,这可能与Ag含量的提高增加了催化剂表面Ag和Pd之间的电子转移现象有关。     

Pt/TiO2/ZSM-5催化剂的制备及其催化转化正丁烷

采用溶胶-凝胶法和等体积浸渍法,分别对ZSM-5分子筛进行TiO₂改性和Pt负载,获得了具有脱氢-裂解双功能的Pt/TiO₂/ZSM-5催化剂,采用XRD、N₂吸附-脱附、TEM、XPS和NH₃-TPD对样品的晶体结构,孔结构、形貌、活性金属价态和酸性质等进行了表征,并研究了正丁烷在此催化剂上催化转化制备低碳烯烃的反应规律。研究结果表明,TiO₂的引入,一方面使得改性后的ZSM-5分子筛获得了额外的酸性中心,特别是强酸性位含量的增加,有助于促进正丁烷的活化;另一方面Pt与TiO₂之间存在“金属-载体”强相互作用（SMSI）,在H₂还原气氛下,Pt能够促进TiO₂的还原,生成Ti³⁺物种,而Ti³⁺的存在增加了Pt周围的电荷密度,降低了Pt对低碳烯烃（C₂⁼～C₃⁼）的吸附能力,抑制了深度脱氢和生焦反应,从而提高双功能催化剂对烯烃的选择性。当H₂还原温度为450℃时,Pt/10TiO₂/ZSM-5催化剂在625℃下的正丁烷转化率为76.1%,低碳烯烃（C₂⁼～C₃⁼）收率为50.9%,分别比Pt/ZSM-5催化剂提高了16.7%和12.6%。     

C9+重芳烃催化加氢脱烷基技术研究进展

随着我国芳烃联合装置、乙烯裂解装置的扩能或新建,国内C₉⁺重芳烃产量也大幅增加;利用催化加氢脱烷基技术将C₉⁺重芳烃转化为BTX等轻质芳烃,对炼化企业具有良好的经济效益。本文以C₉⁺重芳烃生产BTX为出发点,阐述了催化加氢脱烷基反应体系中的碳正离子机理和自由基机理,概述了国内外催化加氢脱烷基反应工艺和催化剂的研究进展,并分析了各工艺、催化剂的优缺点,最后对反应机理、工艺及催化剂的发展方向进行了展望。增产BTX的同时联产三甲苯、四甲苯等高附加值单体芳烃是未来催化加氢脱烷基工艺的发展方向。新型催化剂的研发方向则应结合具体的生产目标和反应机理,定向制备出高活性、高选择性、高稳定性的催化加氢脱烷基催化剂。     

载体对铁基催化剂结构及CO2加氢制烯烃反应性能的影响特性

铁基催化剂CO₂加氢直接合成烯烃是实现CO₂减排及CO₂转化与利用的最佳途径之一。目前铁基催化剂的CO₂加氢活性及反应过程中铁基催化剂结构强度仍然较低,成为CO₂加氢制烯烃产业化生产的重要挑战。通过浸渍法制备一系列负载型铁基催化剂,研究载体材料性质对铁基催化剂结构及CO₂加氢直接合成烯烃的影响特性。研究发现,载体可诱导铁基催化剂在CO₂加氢反应过程中形成的铁物种,同时影响铁基催化剂表面碳物种的有序度,调变对CO₂吸附及活化能力;研究结果表明ZrO₂负载的Fe催化剂展现出最佳的CO₂加氢合成烯烃催化性能,在温度320℃和反应压力2.0 MPa时,CO₂转化率>30%,C₂~C₇烃类产物中烯烃选择性高达85%以上,烯烷比为8.2,且CO选择性较低为17.1%。     

CuZnTiO2/SAPO-34双功能催化剂的设计、制备及其用于CO2加氢制烯烃性能

CO₂加氢经甲醇（含氧中间体）制低碳烯烃工艺路线,可实现成醇、脱水两步反应串联协同进行,打破费托合成产物Anderson-Schulz-Flory（ASF）分布限制,高选择性地制取低碳烯烃。传统甲醇合成Cu基催化剂加氢能力较强,在两步反应中产物以CH₄、低碳烷烃为主。实验设计、制备了CuZnTiO₂/(Zn-)SAPO-34复合催化剂,实现了CO₂加氢在Cu基复合催化剂上高选择性合成C₂～C₄烯烃（约60%）。研究表明,两步反应过程中甲醇体积分数较低（＜6%）,且高温下逆水煤气变换反应严重,导致催化剂酸性变化对产物分布的影响较大。调变两类活性位点比例发现,CH₄的产生与串联反应存在竞争关系,SAPO-34酸量的增加抑制了CH₄的生成,促进串联反应正向进行;合适的酸性有助于生成C₂～C₄烯烃。控制成醇、脱水两类活性位点接触距离可调变烯烃的二次反应,降低加氢能力,改善产物分布。     

碱金属改性对SAPO-34分子筛催化性能的影响

通过等体积浸渍法,制备得到碱金属(Li、Na、K、Rb、Cs)改性的SAPO-34催化剂。并在常压连续固定床反应器上评价了各催化剂的甲醇制低碳烯烃(MTO)的性能,同时对催化剂进行了XRD、FT-IR、NH₃-TPD等表征分析。结果表明,碱金属负载量为2%时,除Cs离子改性的催化剂低碳烯烃的选择性和寿命有所降低外,其他碱金属离子改性的SAPO-34催化剂低碳烯烃的选择性和寿命都有了明显的提高,尤其是Li离子改性的催化剂乙烯+丙烯的选择性达77%左右,寿命相对延长了2.5倍;将该催化剂再生3次后乙烯、丙烯的选择性几乎保持不变。     

Ag-Pd/C催化四氯化碳液相加氢反应的研究

制备了Ru-Pd/C,Fe-Pd/C,Ni-Pd/C,Cu-Pd/C和Ag-Pd/C催化剂,并考察了它们对四氯化碳液相加氢脱氯成氯仿的反应性能,重点考察了Ag/Pd摩尔比对Ag-Pd/C催化剂反应性能的影响。结果表明,在所有考察的催化剂中,Ag加入到Pd/C可有效抑制副产物甲烷的生成,显著提高氯仿的选择性。在Ag-Pd/C(2:1)催化剂上四氯化碳转化率为100%时,氯仿选择性高达97%。在Ag-Pd合金催化剂中,Ag可能主要起断裂C-Cl键的作用,而Pd主要提供加氢所需的活化H原子。溶剂对Ag-Pd/C催化剂四氯化碳液相加氢脱氯反应的活性和选择性有重要的影响,四氯化碳液相加氢生成CHCl3和CH2Cl2的反应在甲醇溶剂中是平行反应,而在正庚烷溶剂中则是连串反应。     

CO/CO2加氢高选择性合成化学品和液体燃料

一氧化碳/二氧化碳（CO/CO₂）转化利用是碳一化学与CO₂捕集利用中的重要环节,也是当今碳资源的非石油路线利用最具挑战性的方向之一。CO₂的高效活化与定向转化是CO₂利用过程中的关键问题,而CO加氢转化最大的瓶颈问题为如何有效控制C-O键的活化、C—C键的形成、碳链增长及终止。本文主要综述 CO/CO₂加氢高选择性合成重要化工原料低碳烯烃（C₂ ⁼～C₄ ⁼）以及一步高效合成汽油馏分（C₅～C₁₁）等方面取得的突破性进展。目前,CO/CO₂加氢主要经过费托合成与氧化物/分子筛双功能两条路线合成低碳烯烃与汽油燃料。针对费托合成C₂ ⁼～C₄ ⁼,分析表明棱柱状碳化钴得到的烃类产物分布可以显著突破Anderson-Schulz-Flory（ASF）分布的限制,而分子筛已被广泛用于构建双功能费托催化剂,由于酸性分子筛具有加氢裂化、低聚与异构化等功能,使得CO/CO₂还可以直接高选择性地转化为C₅～C₁₁烃类。另一方面,将可以活化CO或CO₂到甲醇的可还原型氧化物与具有C—C偶联功能的SAPO-34或HZSM-5分子筛进行耦合,也可以实现CO/CO₂加氢一步合成低碳烯烃或汽油且具有非常优异的选择性和高转化率。今后,借鉴纳米合成领域新方法,使产物分布打破经典ASF限制,最大限度地提高目标烃类化合物的选择性并显著减少甲烷的生成是研究关键。     

MgFeMn-HTLcs的制备、改性及其CO加氢性能

采用沉淀-水热法制备了系列不同Mg/Fe/Mn配比的MgFeMn-HTLcs类水滑石前体,经焙烧、浸渍法K改性用于CO加氢制烯烃反应。采用XRD、SEM、TG、N₂吸附-脱附、H₂-TPR、XPS等手段对催化剂进行了表征。结果表明,制备的Mg-Fe-Mn前体均具有类水滑石层状结构,Mn的添加使结晶度下降;焙烧后,Mg-Fe样品主要生成MgO,Mg-Fe-Mn样品生成Mg₂MnO₄、MgO和MgFe₂O₄物相;反应后主要为MgCO₃和FeCO₃混合物相,伴随FeO-MnO和Fe_xC_y的生成;与K/Mg-Fe样品相比,Mn的加入进一步促进了Fe的分散,使得Fe₂O₃到Fe₃O₄还原度增加,其供电子效应促使Fe电子结合能向低偏移。在CO加氢反应中,K/Mg-Fe-Mn催化剂均表现出较高的反应活性和烯烃选择性。其中,K/3Mg-1Fe-2Mn催化剂的效果较好,CH₄含量较低,O/P值达5.20,C₂⁼～C₄⁼质量分数为43.03%。     

Effects of identities of supports on Fe-based catalyst and their consequences on activities of CO2 hydrogenation to olefins

The direct synthesis of olefins by CO₂ hydrogenation with iron-based catalysts is one of the best ways to achieve CO₂ emission reduction and CO₂ conversion and utilization. At present, the CO₂ hydrogenation activity and structural strength of the iron-based catalysts are still relatively low during CO₂ hydrogenation process, which has become an important challenge for the industrialization of CO₂ hydrogenation to olefins. In this work, a series of the supported iron-based catalyst was prepared by the impregnation method to study the influence of the properties of support materials on the structure of iron-based catalysts and the reactivities of the direct synthesis of olefins from CO₂ hydrogenation. This work found that the support induced the iron species formed during the process of CO₂ hydrogenation, simultaneously affected the order degree of carbon species on the surface of iron-based catalyst, and tuned the capability of CO₂ adsorption and the activities of CO₂ activation. The results shown that the Fe-based catalyst supported on ZrO₂ exhibited the best catalytic performance for CO₂ hydrogenation to olefins at 320℃ and 2.0 MPa. The CO₂ conversion (>30%) and the selectivity of olefins in C₂—C₇ hydrocarbon products were as high as over 85%, the ratio of olefins to paraffins was 8.2, and the CO selectivity was 17.1%.     

A comparative study of coprecipitated BaCO3/La2On(CO3)rn catalysts for the oxidative coupling of methane

Coprecipitated catalyst systems containing BaCO₃ and La₂O_n(CO₃)_m (n≥1.5) with La/Ba = 0.05-10 were tested for catalytic activity, selectivity and stability in the oxidative coupling of methane reaction (OCM). Maximum C₂⁺ selectivities of 78% and C₂⁺ yields of 11% were obtained. The results show that La is the more active cation component of the system. The presence of BaCO₃ in the system leads to decreasing crystal size of the La phases, and to higher C₂⁺ selectivities at equal methane conversions. Life time tests showed that the Ba- La-containing catalysts were quite stable. Na impurities in the system lead to larger crystals in the La phases, and to less selective and less stable catalysts for the OCM reaction. Na is lost during reaction.     

不同氧化锰载体对费托钴基催化剂合成低碳烯烃的影响

制备不同的Co/MnO_x (Co/MnO、Co/MnO₂、Co/Mn₂O₃、Co/Mn₃O₄) 催化剂,并利用XRD、SEM、TEM、BET、TPR、DRIFTS、XPS表征手段分析催化剂的理化性质,比较不同氧化锰载体对催化性能的影响,考察催化剂对低碳烯烃(C₂⁼～C₄⁼)的选择性影响。结果表明催化剂Co/MnO和Co/Mn₃O₄更容易还原,并且CO的吸附量较大,有利于实现较高的CO转化率;Co/Mn₂O₃和Co/Mn₃O₄中CO桥式吸附更高,有利于生成更多的-CH₂-物种。综合考虑催化剂的活性和C₂⁼～C₄⁼选择性,Co/Mn₃O₄的费托合成(FTS)性能最好,其中C₂⁼～C₄⁼选择性为50.91%,烯烷比(O/P)为3.40。     

LY-C2-12D催化剂在330kt·a~(-1)乙烯装置碳二加氢等温反应器的工业应用

中国石油大庆石化公司330 kt·a-1乙烯装置是我国较早成套引进的乙烯装置。该装置碳二加氢一段反应器采用等温反应器,列管之间使用丁烷为冷却介质。第一段反应器采用新型LY-C2-12D催化剂,运转初期乙烯选择性为80%,运行6个多月,平均选择性达70%,表明该催化剂具有良好的稳定性。