Kinetic Modeling of Methanol to Oleifns (MTO) Process on SAPO-34 Catalyst

A kinetic model of MTO process over the SAPO-34 catalyst considering the effect of water and coke deposition has been proposed. The model takes into account three steps of the MTO reaction in which the...     

Application of a Fluidized Bed Reactor in the MTO (Methanol to Olefin) Process: Preparation of Catalyst and Presentation of a Kinetic Model

Abstract

Light olefins are basic raw materials for petrochemical industries and the global demand for the latter is growing. The authors investigated the conversion of methanol to light olefins in presence of acidic SAPO-34 molecular sieve as the reaction catalyst. SAPO-34 was synthesized by hydrothermal method, applying morpholine as the template. The molecular sieve was then changed into protonated form by ion exchange process with ammonium chloride at 80°C. A kinetic study was carried out within the temperature range of 375–425°C and 4 bar pressure using a differential fixed bed reactor. An appropriate kinetic model was presented and the kinetic parameters were evaluated as functions of temperature. In addition, the formation of light olefins was implemented in a fluidized bed reactor under a wide range of operating conditions. The experimental results were correlated with those predicted from a hydrodynamic model. Taguchi's experimental design method was applied to determine the optimum operating parameters of this process conducted in the fluidized bed reactor. The optimized parameters were the following: temperature = 425°C; ratio of inlet gas velocity to minimum fluidizing velocity (U₀/U_mf) = 7; catalyst mean particle size = 240 μm.     

FCC汽油在ZSM-5分子筛上的芳构化反应

考察了全馏分催化裂化（FCC）汽油的芳构化改质反应，结果表明，在三种不同硅铝比的分子筛中，以硅铝比为50的分子筛为载体所制备的催化剂性能较好。对Ni、Mo、Zn、Co4种金属活性组分的选择考察，以Zn为活性组分的催化剂芳构化性能最好，以Ni为活性组分的催化剂液收最高。分析了FCC汽油中不同烃类的芳构化反应历程．得出金属组分应有适宜的含量。     

甲醇制丙烯过程中水热处理对ZSM-5分子筛上积炭的影响

在固定床中对不同水热老化条件（不同水处理量,460-500 ℃）处理后的催化剂进行性能考评,实验条件如下：480 ℃,甲醇空速3 h-1,甲醇分压30 kPa,反应时间12 h、24 h、48 h。孔结构测试结果和甲苯扩散系数的测定结果显示不同的水热条件会产生两类介孔：温和的温度和水处理量会产生与催化剂外表面联通的向外开口的介孔,而苛刻条件（高温,高水处理量）会导致大孔或被限制在催化剂内部的介孔的产生。热重分析结果显示含向外开口介孔的催化剂抗积炭能力强,考评实验结果则表明这种催化剂的丙烯选择性更高。     

Study on Methanol Aromatization over Zeolite Catalyst H/ZSM-5 Modified with Zinc Ions in Different Contents

Abstract

The present study describes the performance of H/ZSM-5 catalyst modified with different ZnO contents for the conversion of methanol to aromatics. The contribution of zinc ions was evaluated by analyzing the acid site density, specific surface area, pore structure, and so on, of ZnO/ZSM-5 catalysts. The results showed that the catalytic activity reached a maximum when the content of ZnO was 8 wt%, and the total product yield could reach 56.2%, of which aromatics accounted for 95 wt%.     

磷改性ZSM-5/磷酸铝复合分子筛在甲醇制丙烯反应中的应用

以磷酸二氢铵对ZSM-5/磷酸铝 (ZSM-5/AlPO₄-m) 复合分子筛进行P改性,得到wP-ZSM-5/AlPO₄-m催化剂,采用XRD、N₂吸附-脱附、NH₃-TPD和FT-IR表征其物化性能,并系统地考察了在甲醇制丙烯(MTP)反应中,wP-ZSM-5/AlPO₄-m中P质量分数,反应温度、空速(MHSV)等反应条件对该复合分子筛催化性能的影响。结果表明,P改性可以有效地调节ZSM-5/AlPO₄-m的比表面积及酸性分布,3%P-ZSM-5/AlPO₄-m催化剂中B酸与L酸中心数的最大比达到3.03。当反应温度为500℃、MHSV为1 h-^-1时,3%P-ZSM-5/AlPO₄-m催化剂表现出最佳的MTP活性和稳定性;反应持续73 h,甲醇转化率保持100%,丙烯的单程选择性和产物中丙烯/乙烯摩尔比分别保持在50.0%和5。     

纳米晶堆积多级结构ZSM-5分子筛的设计合成及其催化甲醇制丙烯反应性能

采用硅凝胶原位转化自组装的方法,并且没有使用第二模板剂或有机添加剂情况下,成功地水热合成了纳米晶堆积多级结构ZSM-5分子筛。对合成样品进行了N₂吸附-脱附、SEM、TEM和XRD表征,并考察其催化甲醇转化制丙烯(MTP)反应性能。结果表明,多级结构ZSM-5分子筛由50~90 nm的ZSM-5晶体堆积而成,具有丰富的介孔结构;其介孔孔容和外比表面积相对常规ZSM-5分子筛和纳米晶ZSM-5分子筛都有较大的提高,并且结晶度良好。相对于纳米晶ZSM-5分子筛,纳米晶堆积多级结构ZSM-5分子筛由于其结构上的优势,具有更好的扩散性能,能够有效地提高催化寿命及丙烯选择性,在产品分离上也具有极大的优势。     

ZSM-5/MCM-48复合分子筛基催化剂上甲醇制汽油反应工艺条件的研究

<正>甲醇转化为烃类液体燃料和化学品是当前替代石油技术研究的热点之一。早期由Mobil公司首先以提其出独了特甲的醇孔制道汽结油构(在MMTTG)G反技应术。中Z表S现M-出5良分好子筛的催化性能[1],但其强酸性导致油相产物中的芳烃含     

ZSM－5沸石上合成甲胺的研究

在常压固定床反应器上研究以ＨＺＳＭ－５和ＺＳＭ－５为催化剂的甲胺合成反应。结果表明，ＺＳＭ－５催化剂有明显的择形催化作用，能有效的抑制三甲胺的生成，并有较高的活性。经Ｐ改性后的ＰＺＳＭ－５对三甲胺有更强的抑制作用。催化剂的吸附等温线给果表明，Ｐ的掺入使ＺＳＭ－５的孔道变窄，增加了吸附氨和一甲胺的酸性位，减少了吸附二甲胺和三甲胺的酸性位，从而有效的抑制了三甲胺的生成。     

ZSM-5/磷酸铝复合分子筛在甲醇制烯烃反应中的应用

 水热体系中将 ZSM-5添加到磷酸铝分子筛的合成液中,制得了 ZSM-5/磷酸铝复合分子筛催化剂,采用 XRD、SEM、FT IR 和 NH₃-TPD 方法表征其物化性能,同时考察了该复合分子筛对甲醇制烯烃反应的催化活性。结果表明,制备的分子筛为 ZSM-5/磷酸铝复合分子筛,磷酸铝分子筛中含有 AlPO₄-5与 AlPO₄-18 2种晶相;与纯 ZSM-5分子筛相比,复合分子筛的酸性明显减弱且酸量减少。与 ZSM-5和 ZSM-5+磷酸铝分子筛机械混合样品相比,ZSM-5/磷酸铝复合分子筛表现出了良好的协同作用和优良的催化性能,在甲醇转化率为100%情况下,总低碳烯烃、乙烯和丙烯选择性分别为83.5%、 36.5%和36.0%,产物中 C₂~C₄烷烃以及 C₅₊选择性较低。     

Progress in the Field of Converting Methanol into Light Olefins over the ZSM-5 Zeolite Catalyst

Technical progress in the field of conversion of methanol into ethylene and propylene over the ZSM-5 catalyst was summarized. The economical analysis of the technology, the mechanism of chemical reaction and reaction kinetics were introduced. The factors including the effect of the operating conditions,the influence of catalyst preparation conditions and modification of ZSM-5 zeolite on the reaction and coke formation were also discussed.     

四乙基氢氧化铵后晶化处理对ZSM-5分子筛结构及其甲醇制丙烯催化性能的影响

采用四乙基氢氧化铵（TEAOH）溶液对以四丙基氢氧化铵（TPAOH）为模板剂合成的高硅ZSM 5分子筛进行“后晶化”处理,制得晶内扩孔的多级孔ZSM 5分子筛。采用X 射线衍射仪（XRD）、N2物理吸附、透射电子显微镜（TEM）、氨气程序升温脱附仪（NH3 TPD）等对母体及改性后的ZSM 5分子筛进行物化性能表征,并采用固定床微反应装置考察其在甲醇制丙烯（MTP）反应中的催化性能。结果表明,TEAOH后晶化处理使高硅ZSM 5分子筛形成晶内介孔,在相对结晶度保留较高的同时,介孔孔容增加超过50%,成为具有微、介孔结构的多级孔分子筛。在反应温度480℃、反应压力01 MPa、甲醇/水质量比1/1、甲醇质量空速45 h-1的条件下,多级孔ZSM 5分子筛的丙烯碳基收率比母体ZSM 5分子筛略有提高,寿命由改性前的25 h增加至100 h。     

水热处理对SAPO-34分子筛在MTO反应中的影响

对SAPO-34分子筛在800℃、质量分数为100%水蒸气下进行0～100h水热老化。结果表明:随着老化时间的延长,相对结晶度呈下降趋势;总比表面积下降了59.6m~2/g,微孔比表面积下降了95.0m~2/g。NH_3-TPD酸性测试表明,老化后SAPO-34的酸量大幅下降,尤其是强酸量下降幅度更大。在水热处理0～45h内,酸性的变化尤为明显,而水热处理45h以后,酸量变化幅度明显减少。固定床评价结果显示,在水热处理45h之内,MTO反应中SAPO-34分子筛的寿命明显增加,但低碳烯烃的选择性未有改变,水热处理45h以后,寿命几乎不变,但低碳烯烃的选择性明显变好,乙烯和丙烯收率最高可提高7.43%。     

In-situ Synthesis of ZSM-5 Zeolite from Metakaolin/Spinel and Its Catalytic Performance on Methanol Conversion

ZSM-5 zeolite was in-situ synthesized from metakaolin or spinel by incorporating additional silica and alumina sources, respectively. The ZSM-5 zeolite was characterized by X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy and N2 adsorption measurement. This supported zeolite was tested on the methanol to propylene (MTP) processes. Experimental results showed that the ZSM-5 zeolite exhibited high selectivity for propylene. The yield of propylene on ZSM-5 zeolite made from metakaolin was increased by 17.73%, while that on ZSM-5 zeolite made from spinel was raised by 9.90%, compared to that achieved with the commercial ZSM-5 zeolite. The significant increase in propylene production is probably due to the distinctive morphology of the ZSM-5 zeolite, which possessed a rough external surface covered with sphere-like particles and distribution of small crystals sized at around 400-500 nm. This morphology could help to generate more crystal defects so that more active centers could be exposed to the reaction mixture. In addition, the zeolite product had a gradient pore distribution and many medium Bronsted acid sites, both of which might also contribute to the increased propylene production.     

Cd-ZSM-5沸石催化剂的制备、表征和芳构化催化性能

采用离子交换、浸渍和混合三种方法制备镉改性ZSM-5沸石催化剂,考察了改性方法和镉含量对催化剂的表面酸性和Cd状态以及芳构化性能的影响。结果表明,加入镉降低了B酸性,Cd~(2+)与沸石结合形成了L_(1612)酸中心,其生成量取决于改性方法和Cd含量,并与芳构化活性提高有直接关系。     

不同元素改性ZSM-5分子筛在轻烃催化裂解中的应用

ZSM 5分子筛由于具有适宜的孔道和酸性质以及良好的抗结焦能力,常被用作轻烃催化裂解催化剂的主要活性组元或载体。为了更好地提高低碳烯烃(C=2~C=4)选择性和产率,需要对ZSM 5分子筛进行改性,通过调整酸性位数量与强度,提高其催化性能,使之成为优良的烃类裂解催化剂。笔者以轻烃催化裂解反应为主,综述了碱金属及碱土金属离子、过渡金属离子或氧化物、稀土离子或氧化物和磷等4种元素改性ZSM 5在轻烃催化裂解中的应用,重点论述了4种元素改性对ZSM 5酸性质以及轻烃催化裂解性能的影响。最后提出了元素改性ZSM 5分子筛研究中还需解决的问题并对其前景进行了展望。     

多级孔ZSM-5性质及其对甲醇制丙烯催化性能的影响

以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为介孔导向剂水热晶化法合成了介孔孔容可控的多级孔ZSM-5分子筛,并考察了其多级孔性质及表面酸性质对甲醇制丙烯（MTP）反应产物分布的影响。结果表明：CTAB的添加基本没有影响晶体的结晶度及比表面积,但明显减小了晶粒大小;介孔孔容增大,改善了分子扩散能力,抑制了氢转移二次反应,有利于丙烯及低碳烯烃（C2=~C4=）总选择性的提高;而表面酸量增加却促进了氢转移二次反应,引起丙烯及低碳烯烃的选择性降低、烷烃及C5+高碳组分选择性增加,不利于低碳烯烃的生成。     

不同铝源合成ZSM-5分子筛及其MTP催化性能

分别采用偏铝酸钠、硫酸铝、异丙醇铝为铝源合成了ZSM-5分子筛,考察了铝源对ZSM-5分子筛晶化过程及最终产物物理化学性质的影响.用XRD、SEM、XRF、NH3-TPD方法对合成的样品进行了表征,并以甲醇制丙烯(MTP)反应评价其催化性能.结果表明,以偏铝酸钠为铝源合成的ZSM-5分子筛,粒度分布均匀,分散性良好,而且产物硅/铝比与投料硅/铝比基本一致,在MTP反应中具有较高的催化活性和丙烯选择性.而以异丙醇铝为铝源合成的ZSM-5分子筛样品虽然也为纳米级,但由于其酸性较强,在MTP反应中失活较快.     

多级孔ZSM-5分子筛的合成及催化苯、甲醇烷基化反应的研究

采用固相水热合成法,以有机硅烷作为添加剂,直接合成了多级孔ZSM-5分子筛。采用XRD、SEM、NH3-TPD、N2物理吸附等手段对多孔级ZSM-5分子筛进行了表征。结果表明,该分子筛拥有微孔和介孔2种孔道。苯、甲醇烷基化反应的研究表明,与普通ZSM-5分子筛相比,多级孔ZSM-5分子筛上苯的转化率提高了约8%,甲苯及二甲苯的选择性提高了约3%,收率提高了近9%。采用6%MgO/多级孔ZSM-5分子筛,苯、甲醇烷基化合适的反应条件为:温度460℃,质量空速6h-1,此时苯的转化率达到55%,甲苯及二甲苯的选择性超过90%,其中二甲苯的选择性超过35%。     

纳米晶堆积ZSM-5沸石的合成、改性及其催化烯烃转化性能

在不添加介孔模板剂的情况下,通过水热合成法直接合成具有纳米晶堆积形貌的多级结构ZSM-5沸石。通过氨水水热处理、浸渍法引入镧和磷的组合改性方法调变纳米晶堆积HZSM-5沸石的酸性质,进而改善其催化1-己烯异构化和催化重汽油降烯烃的性能。结果表明：与HZSM-5沸石相比,采用0.4%质量分数氨水水热处理,负载3%质量分数La2O3和0.5%质量分数磷的方法组合改性HZSM-5后,可以降低沸石的弱酸、强酸和Br?nsted酸(B酸)酸量以及B酸和Lewis酸(L酸)的酸量比值,提高中强酸酸量及其比例,体现出优异的烯烃异构化性能;用于1-己烯转化反应,产物中烯烃体积分数仅为1.8%,异构烷烃的质量收率高达44.8%,比工业催化剂高出17.8百分点;在催化重汽油降烯烃反应中,产物中异构烷烃和芳烃体积分数高于工业催化剂,且辛烷值损失更小。