La修饰ZSM-5分子筛催化剂用于C4烯烃催化裂解制丙烯

采用不同含量的La对ZSM-5分子筛进行改性，考察其在C₄烯烃催化裂解制丙烯反应中的催化性能。结果发现，少量La的引入不会破坏分子筛催化剂的骨架结构，改性后催化剂活性的变化是由于其表面酸性的改变而引起。分子筛催化剂表面酸量决定其C₄烯烃裂解反应活性，La的加入使催化剂表面酸量减少，从而使烯烃转化率降低。催化剂表面酸强度是影响其产物分布的主要因素，酸性越强，催化剂裂解能力越强，产物丙烯的选择性也就越高。尽可能提高催化剂表面强酸的酸量是C₄烯烃催化裂解制丙烯反应催化剂的研制方向。     

La改性ZSM-5分子筛及其在催化裂解反应中的应用

采用高温水热法和等体积浸渍法将La离子负载于ZSM-5分子筛上得到了改性ZSM-5分子筛材料。水热法La改性样品改变了ZSM-5的晶胞尺寸,提升了其强酸、弱酸及总酸量。浸渍法改性样品也提高了其酸量但是对晶胞参数没有影响。将改性样品应用于正己烷催化裂解反应中,两种方法均得到了较高的双烯收率,其中水热法改性样品在空速为6 h-1时乙烯收率和丙烯收率分别为23.39%和25.17%,这与原样相同空速下的乙烯丙烯收率(乙烯为21.19%,丙烯为21.04%)相比分别提升了约2%和4%,略高于浸渍法改性样品。在长周期反应寿命方面也有了显著提高,在空速为4 h-1时,水热法改性样品(2000 min)和浸渍法改性样品(1600 min)均显著优于原样(800 min)。这些结果表明采用水热法La改性可以更好地提升ZSM-5分子筛在正己烷催化裂解反应中的性能。     

La改性ZSM-5分子筛及其在催化裂解反应中的应用

采用高温水热法和等体积浸渍法将La离子负载于ZSM-5分子筛上得到了改性ZSM-5分子筛材料。水热法La改性样品改变了ZSM-5的晶胞尺寸,提升了其强酸、弱酸及总酸量。浸渍法改性样品也提高了其酸量但是对晶胞参数没有影响。将改性样品应用于正己烷催化裂解反应中,两种方法均得到了较高的双烯收率,其中水热法改性样品在空速为6 h^-1时乙烯收率和丙烯收率分别为23.39%和25.17%,这与原样相同空速下的乙烯丙烯收率（乙烯为21.19%,丙烯为21.04%）相比分别提升了约2%和4%,略高于浸渍法改性样品。在长周期反应寿命方面也有了显著提高,在空速为4 h^-1时,水热法改性样品（2000 min）和浸渍法改性样品（1600 min）均显著优于原样（800 min）。这些结果表明采用水热法La改性可以更好地提升ZSM-5分子筛在正己烷催化裂解反应中的性能。     

ZSM-5分子筛的磷改性及其碳四烯烃催化裂解性能

ZSM-5分子筛的磷改性及其碳四烯烃催化裂解性能
薛扬,袁桂梅*,陈胜利,李淑娟,袁锐
（中国石油大学（北京）重质油国家重点实验室,北京 102249） 为了提高丙烯和乙烯产率,增强催化剂的稳定性,采用等体积浸渍法对硅铝物质的量比为38的ZSM-5分子筛进行磷改性,对制备的催化剂进行SEM、XRD、N2吸附-脱附和NH3-TPD表征,考察不同磷含量ZSM-5分子筛对C4烯烃催化裂解反应性能的影响。表征结果表明,随着磷含量的升高,磷改性后的ZSM-5分子筛晶体结构变化不大,比表面积和孔容逐渐减小,结晶度降低,酸强度减弱,酸量减小。性能评价结果表明,随着磷含量的升高,丁烯转化率逐渐下降,丙烯和乙烯选择性、收率先升后降,磷质量分数为2%时,ZSM-5分子筛催化性能较好,相对结晶度为84.66%,平均孔径2.334 nm,孔容0.154 cm3·g-1,微孔孔容0.082 8 cm3·g-1,比表面积264.1 m2·g-1,总酸量0.559 mmol-NH3·g-1,丙烯选择性约40%,乙烯和丙烯总收率约57%。     

B和Ga改性的ZSM-5分子筛催化甲醇制烯烃的机理

运用密度泛函理论研究了B和Ga改性的ZSM-5分子筛催化基于芳烃侧链机理的MTO(methanol to olefin)反应,并与未改性的ZSM-5催化反应的结果进行了比较。结果表明:在三个分子筛(ZSM-5,B-ZSM-5和Ga-ZSM-5)中,对于整个基于芳烃的侧链机理,决速步骤是对二甲苯的甲基化。从中间体M5开始,生成乙烯的决速步骤都是乙烯的消除;而对于生成丙烯,其决速步骤都是3,3-二甲基-6-亚乙基-1,4-环己二烯的甲基化。与未改性的ZSM-5相比,B改性的ZSM-5分子筛尽管反应活性降低了,但使得甲醇制乙烯的选择性高于制丙烯的选择性,而Ga改性的ZSM-5分子筛对甲醇制乙烯和丙烯的选择性和活性影响都不大。     

磷改性ZSM-5及其催化裂化反应性能研究

以磷酸二氢铵为磷源,分别采用等体积浸渍法和交换法制备两种磷改性ZSM-5分子筛。通过XRD、TEM、酸量、N2吸附脱附和31P MAS NMR表征方法对改性前后分子筛进行分析。发现磷的引入导致分子筛的比表面积下降,酸量降低。催化剂的评价效果显示:改性后丙烯选择性明显高于改性前分子筛样品。     

K/ZSM-5的正己烷催化裂解性能

采用浸渍法制备了一系列不同K载量的K/ZSM-5催化剂,在小型固定床实验装置上考察了催化剂的正己烷催化裂解活性及产物分布的影响规律。结果表明,碱金属K改性可以降低ZSM-5分子筛的酸性,从而大大提高了丙烯的选择性,使得丙烯/乙烯质量比从0.59提高至3.22,同时也降低了甲烷、芳烃等副产物的选择性。另外,还考察了反应条件对1.0 K/ZSM-5催化剂反应性能的影响,当反应温度650℃,空速3 h-1时,双烯收率大于48%,丙烯/乙烯质量比达到1.30。     

K/ZSM-5的正己烷催化裂解性能

采用浸渍法制备了一系列不同K载量的K/ZSM-5催化剂,在小型固定床实验装置上考察了催化剂的正己烷催化裂解活性及产物分布的影响规律。结果表明,碱金属K改性可以降低ZSM-5分子筛的酸性,从而大大提高了丙烯的选择性,使得丙烯/乙烯质量比从0.59提高至3.22,同时也降低了甲烷、芳烃等副产物的选择性。另外,还考察了反应条件对1.0 K/ZSM-5催化剂反应性能的影响,当反应温度650℃,空速3 h-1时,双烯收率大于48%,丙烯/乙烯质量比达到1.30。     

用于MTP反应ZSM-5分子筛的磷改性研究

将P改性用于甲醇制丙烯(MTP)反应ZSM-5分子筛的改性研究,以提高丙烯选择性和分子筛活性稳定性。采用XRD、SEM和NH_3-TPD表征催化剂物化性能。对不同硅铝比ZSM-5分子筛P改性研究发现,3种不同硅铝物质的量比(50、150和300)ZSM-5分子筛进行P改性时,在n(P)∶n(Al)=0.5~0.7时,ZSM-5分子筛改性后丙烯选择性和寿命得到提升。研究分子筛晶粒尺寸与P负载量关系时发现,随着分子筛晶粒尺寸的增大,位于分子筛表面的P含量逐渐增加,并且分子筛晶粒越小,最佳的P负载量越小。     

硅源对ZSM-5分子筛合成和催化性能的影响

为了考察硅源对ZSM-5分子筛合成和催化性能的影响,分别采用白炭黑、硅胶、硅溶胶和单分散SiO₂为硅源合成ZSM-5分子筛,对合成的ZSM-5分子筛进行XRD、SEM、BET和NH₃-TPD表征,并以C₄烯烃为原料评价合成的ZSM-5分子筛的催化裂解性能。结果表明,以硅溶胶为硅源合成的ZSM-5分子筛具有较好的结晶度和催化活性。水热处理使分子筛酸量减少,孔容缩小,改善了分子筛的乙烯丙烯选择性。经600 ℃水热处理4 h的ZSM-5分子筛在常压、580 ℃和空速9 h^-1反应条件下,丁烯催化裂解为乙烯和丙烯平均转化率为90.2%,乙烯和丙烯总收率达61.1%。     

改性HZSM-5甲醇制丙烯催化剂的研究

系统地研究了不同硅/铝比HZSM-5分子筛负载的La、Mg、Ce、P改性剂对甲醇制丙烯催化剂催化性能的影响。实验表明,La、Mg、Ce改性剂对HZSM-5催化剂合成丙烯选择性有良好的促进作用,HZSM-5分子筛的水蒸气处理条件、分子筛的硅/铝比及结晶状态对催化剂性能都有重要影响。在共浸渍法制备的1.5%La-3%Mg-HZSM-5(硅/铝=120)催化剂上,在600℃-24 h水蒸气处理条件下,丙烯选择性可达57%。     

Production of olefins from ethanol by Fe and/or P‐modified H‐ZSM‐5 zeolite catalysts

BACKGROUND: Much attention has been paid to the catalytic conversion of ethanol to olefins, since biomass resources such as ethanol are carbon‐neutral and renewable, and olefins are useful as both fuels and chemicals. It has been reported that zeolite H‐ZSM‐5 is effective for converting ethanol to hydrocarbons, with the chief products being aromatic compounds. RESULTS: Successive addition of Fe and P to the H‐ZSM‐5 improved the initial selectivity for propylene, while the sole addition of Fe or P and co‐addition of Fe and P showed medium initial selectivity. In general, catalysts showing higher initial selectivity for propylene exhibited a steeper decrease in propylene selectivity with time on‐stream. The cause of the change in product selectivity may be carbon deposition during reaction. Addition of Fe and P can improve catalytic stability when processing both neat and aqueous ethanol. The catalytic performance was regenerated by calcination in flowing air. CONCLUSION: Fe‐ and/or P‐modified H‐ZSM‐5 zeolite catalysts efficiently produced olefins (especially propylene) from ethanol. Effective catalyst regeneration was achieved by calcination in flowing air. Copyright © 2010 Society of Chemical Industry     

催化裂化轻汽油在ZSM-5分子筛催化剂上裂化反应的研究

以ZSM-5分子筛为催化剂，在小型固定床反应器上，进行了催化裂化轻汽油的裂化反应。考察了反应温度和空速对催化裂化轻汽油裂化反应气液相收率和产品分布的影响。实验结果表明，ZSM-5分子筛催化剂具有较强的裂化活性和氢转移活性。在保证裂化转化率的条件下，提高反应温度和空速可以抑制催化剂上氢转移反应的发生。以ZSM-5分子筛为催化剂上的催化裂化反应中，温度、空速是影响转化率和选择性的重要因素，因此可以通过改变温度、空速来提高目的产物的选择性。但是，单纯依靠改善反应条件，不能使目的产物的收率和选择性达到理想的程度，还必须对催化剂进行改性。ZSM-5分子筛催化剂上催化裂化反应的研究为ZSM-5分子筛催化剂的进一步改性，及ZSM-5分子筛催化剂在轻汽油催化裂解和汽油改质方面的进一步应用提供了试验依据。     

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。     

催化裂化汽油裂解制丙烯

以催化裂化汽油为原料,水热处理后的HZSM-5分子筛为催化剂,催化裂解制丙烯。比较了水热处理后的HZSM-5分子筛催化剂上负载镧和未负载镧的催化裂化性能,并考察了镧的最佳负载量。结果表明,水热处理后负载镧提高了催化剂活性、稳定性和丙烯选择性,负载镧质量分数为8%时,催化裂化性能最佳。当反应温度550 ℃和空速4 h-1时,丙烯收率12.51%。     

新型复合分子筛L/ZSM-5的合成与表征

在一定的SiO₂与Al₂O₃物质的量比和pH条件下,采用水热晶化法合成了L/ZSM-5新型复合分子筛。并通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和红外光谱（IR）对样品进行了表征。讨论了酸量对合成的影响。结果表明,优化的加酸量为(0.802 0～0.939 9) g,在一定的酸性范围,酸性越强越有利于ZSM-5的生成,合成出的复合分子筛中ZSM-5所占的比率越高。     

改性Y型分子筛非临氢催化脱除重整芳烃中的烯烃

研究以NaY分子筛粉与Al₂O₃混合成型后离子交换,引入AlF₃和少量稀土（La、Ce）增加催化剂的酸性以提高脱烯烃性能,制备出简单高效的非临氢芳烃脱烯烃催化剂。采用NH₃-TPD、XRF、Py-IR和XRD对催化剂进行表征,结果表明,引入AlF₃后,催化剂的总酸量增加和L酸酸量增加,B酸酸量减少;引入适量La和Ce组分后,催化剂上中强酸量和B酸酸量增加。以La和Ce改性的催化剂对溴指数540.0 mg·（100g油）^-1的原料脱烯烃,产品分布基本无变化,溴指数约稳定在9.0 mg·（100g油）^-1。改性催化剂总酸量多、合适中强酸量以及适当提高B酸酸量有利于催化剂脱烯烃性能。     

催化热裂解工艺机遇及影响因素

分析了催化热裂解过程的反应机理及乙烯和丙烯形成的反应，乙烯和丙均可通过热裂解和催化裂解生成，讨论了影响乙烯，丙烯产率的因素：与USY和REY相比，使用ZSM－5催化剂能够提高乙烯，丙烯产率，磷改性ZRP－1经碱土金属改性后，可进一步提高乙烯和丙烯的产率，提高反应温度和降低剂油比，能够提高热裂解和催化裂解的比例，有利于乙烯产率的提高；增强蒸汽量能够减少焦炭产率，提高乙烯和丙烯产率。     

Pb-ZSM-5分子筛的表征及其催化活性的研究

Pb ZSM 5分子筛催化剂是一种具有较强催化活性的醛氨缩合催化剂 ,其主要特点是反应条件温和、择形选择性高、副产物较少等优点。醛氨缩合反应是制备烷基吡啶最具代表性的反应路线之一。用BET、SEM、XRD和IR等技术考察了Pb ZSM 5分子筛的物理化学特性 ,并将Pb ZSM 5分子筛用于醛氨缩合反应。研究表明 ,含Pb浸渍液浓度范围在 2 %～3% (m )内可起到很好的改性作用 ,其中在 2 2 5 %～ 2 75 % (m )范围内烷基吡啶的选择性最佳。通过浸渍法使得Pb2 + 进入了ZSM 5分子筛骨架中 ,对醛氨缩合反应有较高的催化活性和选择性。采用Pb ZSM 5分子筛 ,烷基吡啶的产率可以达 75 %以上