噻吩及其与烯烃在Cu(Ⅰ)Y分子筛中吸附的蒙特卡洛模拟

利用巨正则蒙特卡洛模拟方法研究了噻吩及其与烯烃混合后在Cu(Ⅰ)Y分子筛中的吸附行为,选用含噻吩质量分数为300μg/g的正壬烷为模拟油进行吸附模拟,得到噻吩在Cu(Ⅰ)Y分子筛中的吸附等温线、吸附分布照片和局部吸附构型,并分别模拟4种烯烃存在时对Cu(Ⅰ)Y分子筛脱硫效果的影响。结果表明:噻吩在Cu(Ⅰ)Y分子筛中的吸附为Langmuir型吸附,且高温不利于噻吩的吸附,同时由吸附照片观察到噻吩分子之间依靠分子间作用力相互聚集形成大的分子簇,进而填满Cu(Ⅰ)Y分子筛超笼孔道;Cu(Ⅰ)Y分子筛对噻吩具有较好的吸附选择性,而烯烃对噻吩饱和吸附量影响由大到小的顺序为环己烯1,5-己二烯1-己烯1-辛烯,同时从微观吸附构型可以看出环己烯与噻吩存在竞争吸附。     

噻吩及其与烯烃在Cu(I)Y分子筛中吸附的蒙特卡洛模拟

利用巨正则蒙特卡洛模拟方法研究了噻吩及其与烯烃混合后在Cu(I)Y分子筛中的吸附行为,选用噻吩质量分数为300 μg/g的正壬烷为模拟油进行吸附模拟,得到噻吩在Cu(I)Y分子筛中的吸附等温线、吸附分布照片和局部吸附构型,并分别模拟4种烯烃存在时对Cu(I)Y分子筛脱硫效果的影响。结果表明：噻吩在Cu(I)Y分子筛中的吸附为Langmuir型吸附,且高温不利于噻吩的吸附,同时由吸附照片观察到噻吩分子之间依靠分子间作用力相互聚集形成大的分子簇,进而填满Cu(I)Y分子筛超笼孔道;,Cu(I)Y分子筛对噻吩具有较好的吸附选择性,而烯烃对噻吩饱和吸附量影响由大到小的顺序为环己烯>1,5-己二烯>1-己烯>1-辛烯,同时从微观吸附构型可以看出环己烯与噻吩存在竞争吸附。     

噻吩、苯在Ce(Ⅳ)Y分子筛上的吸附行为

采用傅里叶红外光谱（FT-IR）、频率响应（FR）、程序升温脱附(TPD)技术研究了噻吩、苯在Ce(Ⅳ)Y分子筛上的吸附扩散性能。结果表明,噻吩与苯和Ce(IV)Y分子筛的作用机理不同：噻吩在Ce(Ⅳ)Y分子筛上不易脱附,作用力较强,通过S-Ce和π作用两种方式被吸附,以金属S-Ce键作用为主;而苯在Ce(Ⅳ)Y分子筛上容易脱附,作用力较弱,通过π作用被吸附。噻吩在Ce(Ⅳ)Y分子筛上存在两种吸附模式,而苯在Ce(Ⅳ)Y分子筛上频率响应谱图则只检测到扩散过程。苯存在时Ce(Ⅳ)Y对噻吩的选择吸附性能随着模拟油中苯含量的增加而显著降低,但Ce(Ⅳ)Y分子筛还具有深度脱硫的能力。     

汽油中不同硫化物在Ce(Ⅳ)Y分子筛上的选择性吸附

考察液相离子交换法制备的Ce(IV)Y分子筛对催化裂化汽油(FCC)(S质量分数为106μg/g)和模拟油(S质量分数为500μg/g)中不同硫化物的选择性吸附性能.通过SCD(硫发光检测器)气相色谱检测出催化裂化汽油主要含噻吩(T)、2-甲基噻吩(2-MT)、3-甲基噻吩(3-MT)、四氢噻吩(THT)等硫化物.固定床穿透试验结果表明,Ce(Ⅳ)Y分子筛选择性吸附催化裂化汽油中的硫化物时,对不同硫化物的吸附能力不同,其中最容易吸附的是THT.模拟油脱硫试验结果表明,不同硫化物在Ce(Ⅳ)Y分子筛上的吸附容量存在明显差异.按穿透吸附容量排列的硫化物顺序为THT＞3-MT＞T＞2-MT,对应的穿透吸附容量分别为13.8、6.3、6.0和4.8 mg/g.为了进一步研究不同硫化物在Ce(Ⅳ)Y分子筛的吸附行为,运用密度泛函理论分子模拟计算了不同硫化物上的硫原子电子密度,计算结果和试验值相吻合.     

NaY分子筛的改性及对FCC汽油选择吸附脱硫的研究

利用草酸对NaY分子筛进行脱铝改性制备了NH4Y分子筛,NH4Y分子筛经过焙烧制得HY分子筛,再用实验制得的NH4Y分子筛进行液相离子交换和焙烧制得Ce（Ⅳ）Y分子筛。对分子筛进行静态吸附脱硫对比实验,并利用微库仑综合分析仪对静态和动态处理过的FCC汽油样品进行硫含量测定。结果表明,在静态条件下,Ce（Ⅳ）Y比HY分子筛的吸附脱硫效果略好,二者吸附脱硫率分别为79.0%和77.8% 。在动态条件下,Ce(Ⅳ)Y分子筛能够脱掉HY分子筛较难脱除的二甲基噻吩类硫化物。再生后的成型Ce(Ⅳ)Y分子筛的吸附能力可达到新鲜Ce（Ⅳ）Y分子筛的95.5%。     

噻吩类硫化物在Ag(I)X分子筛上的选择性吸附

以13X分子筛为载体,采用液相离子交换法制备了Ag(I)X吸附剂。以噻吩、3-甲基噻吩、2,5-二甲基噻吩为模拟汽油中的含硫化合物,采用固定床吸附装置考察Ag(I)X对模拟汽油中不同噻吩类硫化物的吸附容量及吸附选择性,以及甲苯和环己烯对吸附剂脱硫性能的影响,并对吸附机理进行了分析。结果表明,Ag(I)X吸附剂对模拟汽油中的噻吩类硫化物具有较高的吸附容量和吸附选择性,噻吩、3-甲基噻吩、2,5-二甲基噻吩的穿透硫容分别为0.776、0.859和0.926mg/g,吸附选择性由大到小的顺序为2,5-二甲基噻吩、3-甲基噻吩、噻吩。模拟汽油中甲苯和环己烯的存在,使Ag(I)X吸附剂的总穿透硫容分别降低了61%和34%,表明甲苯比环己烯有更强的竞争吸附作用。π配位机理能用来解释Ag(I)X对不同噻吩类硫化物的吸附性能差异,以及芳烃和烯烃的存在对其吸附噻吩类硫化物性能的影响。     

不同硫化物在改性Y分子筛上的选择性吸附脱硫性能及机理

用离子交换的方法制备了Cu(Ⅰ)Y、Ce(Ⅲ)Y、Ni(Ⅱ)Y分子筛,并采用XRD、TEM、XPS、ICP、FT-IR等手段对其进行了表征.采用傅里叶变换红外(FT-IR)、分子模拟、固定床吸附和智能重量分析仪(IGA)相结合的方法研究了噻吩类硫化物在其上的选择性吸附性能及机理.结果表明,噻吩类硫化物在改性Y分子筛上的选择性吸附性能取决于其与分子筛吸附剂的作用模式和吸附构型,而与其吸附的空间位阻关联不大.同时分子筛吸附剂表面酸性,尤其是质子酸中心对噻吩类硫化物的选择性吸附脱硫性能有很重要的作用.     

改性Y型分子筛对FCC汽油脱硫效果的研究

采用二次离子交换法将NaY分子筛与硝酸铈溶液加热到100℃持续进行搅拌交换4 h,制成CeY分子筛,然后在不同条件下用NaY,Ce(Ⅲ)Y,Ce（Ⅳ）Y 分子筛对催化裂化汽油进行吸附脱硫实验,利用微库仑综合分析仪对处理过的FCC汽油样品进行硫含量测定。静态吸附脱硫实验结果表明,在吸附时间为4 h、室温（20℃）、剂油比为1﹕2、转速为40r/min的条件下,分子筛的吸附脱硫效果最佳,其中Ce（Ⅳ）Y分子筛的吸附脱硫效果最好。动态吸附脱硫实验结果表明,当体积空速为5.0 h-1时, Ce(Ⅳ)Y分子筛吸附容量较大,为0.46 mg(S)/g吸附剂。     

选择性吸附脱硫分子筛催化剂的制备及性能

采用酸性法与液相离子交换相结合的方法制得Ni（Ⅱ）HY和Ce（Ⅳ）Y分子筛,利用静态吸附脱硫法考察了吸附温度和时间对Ni（Ⅱ）HY分子筛吸附催化裂化（FCC）汽油脱硫效果的影响。结果表明,在吸附温度为80℃、吸附时间为8h的最优条件下,Ni（Ⅱ）HY分子筛的脱硫率达到92．6％。在动态条件下,采用具有2个串联反应器,并分别装填Ni（Ⅱ）HY,Ce（IV）Y分子筛的固定床处理后FCC汽油的硫含量低于10ug／g。     

改性Y分子筛的吸附脱硫性能

 以离子交换法制备了不同金属阳离子（Cu²⁺、 Ce³⁺）改性的NaY分子筛，采用X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线衍射仪(XRD)等手段对其进行了表征，利用总硫仪和气相色谱-脉冲火焰光度检测器(GC-PFPD)，考察了改性NaY分子筛的对含有噻吩、2-甲基噻吩、3-甲基噻吩、四氢噻吩和苯并噻吩5种有机硫化物的模型化合物的吸附脱硫效果和吸附选择性。结果表明， Cu²⁺交换改性的NaY分子筛具有良好的吸附脱硫性能，改性的NaY分子筛对有机硫组分的吸附选择性随该有机硫组分上硫原子的电子密度的增加而增大，有机硫组分的空间位阻效应不是其在Y分子筛上吸附的决定因素。     

甲苯和吡啶对Ag/TiO2-NaY吸附脱硫性能的影响

 以溶胶-凝胶法制备了TiO₂-NaY(TY)分子筛载体,采用浸渍法制备了Ag/TiO₂-NaY(AgTY)吸附剂,并用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱技术对吸附剂进行了表征。在固定床吸附床上考察了含氮化合物和芳香族化合物对AgTY选择性吸附噻吩（TP）和苯并噻吩（BT）性能的影响,并研究了其吸附机理。结果表明,AgTY吸附剂中TiO₂主要以锐钛矿型存在,与NaY相比,TY分子筛的骨架结构并未发生明显的改变;在吸附温度50℃时,AgTY吸附剂对噻吩、苯并噻吩的穿透硫容分别为0.45%和0.63%;对噻吩模拟油,吡啶对吸附脱硫影响比甲苯的影响大,而对于苯并噻吩模拟油,甲苯的影响比吡啶的影响大。噻吩类硫化物与AgTY吸附剂之间主要以π络合及S—M配位作用机理吸附。     

基于分子模拟技术的Cu(I)Y分子筛对硫化物及烯烃选择性吸附行为的分析

 依据密度泛函理论(DFT)研究了硫化物及烯烃在Cu(I)Y分子筛上的化学吸附。利用广义梯度近似方法, 采用6T分子筛团簇模型, 对硫化物和烯烃在Cu(I)Y分子筛上的吸附行为进行了模拟计算.计算结果表明,在Cu(I)Y分子筛上烯烃分子的吸附能大于噻吩分子,与实验结果一致。通过Mulliken布居数分析硫化物和烯烃在Cu(I)Y分子筛上的吸附行为,吸附剂与烯烃双键的π-络合作用强度强于与硫化物的作用强度, 进而导致烯烃对硫化物的脱除效果有明显的影响。     

端烯烃在S Zorb吸附脱硫过程中的反应转化

在小型固定床反应器上，以添加1-己烯（质量分数为10%）的催化裂化汽油为原料，研究了S Zorb吸附脱硫过程中直链端烯烃的反应情况。结果表明：直链端烯烃在吸附脱硫过程中可以发生饱和、双键异构等反应，反应温度、氢油比、反应压力及空速等参数对1-己烯的转化、饱和以及双键异构化反应有着明显影响。高的反应温度、低的反应压力和氢油比促进端烯烃向内烯烃的双键异构化反应，如1-己烯发生双键异构化反应生成2-己烯和3-己烯。内烯烃具有更高的辛烷值以及更低的加氢饱和活性，因此端烯烃反应生成内烯烃的双键异构化反应使得S Zorb吸附脱硫过程中的辛烷值损失减小。     

Cu，Zn，Co负载分子筛的制备及其对沙特阿拉伯中质原油的吸附脱硫应用

本文使用液相离子交换法成功制备了一系列Cu,Zn,Co负载的分子筛,并用X射线衍射（XRD）,氮气吸附（BET）,X射线荧光光谱（XRF）,以及扫描电子显微镜（SEM）等手段进行表征。通过研究发现,这些负载型分子筛对沙特阿拉伯中质原油的吸附脱硫能力顺序为Zn(II)X > Cu(II)Y > Co(II)X > Cu(II)X > Co(II)Y> Zn(II)Y。其中,Zn(II)X吸附剂的脱硫效率最高,在最优条件下能达到41.01%。对Zn(II)X吸附剂在不同馏分中吸附脱硫性能的研究表明,该吸附剂对重油馏分中含硫化合物的脱除效果较好。脱硫后不同馏分中含硫化合物的分布显示,Zn(II)X吸附剂对噻吩、苯并噻吩和二苯并噻吩等芳香含硫化合物的脱除具有较高的选择性。这些结果表明锌离子和硫化物之间的π-络合作用很可能是该吸附剂脱硫效率较高的主要原因。此外,使用过的吸附剂可在空气中700 °C下焙烧再生,且吸附剂经第一次再生能恢复约84%的脱硫能力。     

基于分子模拟技术的Cu(Ⅰ)Y分子筛对硫化物及烯烃选择性吸附行为的分析

依据密度泛甬理论(DFT)研究了硫化物及烯烃在Cu(Ⅰ)Y分子筛上的化学吸附.利用广义梯度近似方法,采用6T分子筛团簇模型,对硫化物和烯烃在Cu(Ⅰ)Y分子筛上的吸附行为进行了模拟计算.计算结果表明,在Cu(Ⅰ)Y分子筛上烯烃分子的吸附能大于噻吩分子,与实验结果一致.通过Mulliken布居数分析硫化物和烯烃在Cu(Ⅰ)Y分子筛上的吸附行为发现,吸附剂与烯烃双键的丌_络合作用强度强于与硫化物的作用强度,进而导致烯烃对硫化物的脱除效果有明显的影响.     

反应条件对钴钼催化剂选择性加氢脱硫性能的影响

在固定床加氢微反装置上,采用工业CoMo/Al2O3催化剂,以含硫和烯烃的模型化合物为原料考察反应条件对钴钼催化剂选择性加氢脱硫性能的影响。结果表明,适当增大反应空速、降低反应压力、提高氢油比、提高催化剂的硫化温度均有利于降低烯烃的加氢饱和反应活性,从而有利于催化剂选择性加氢脱硫活性的提高。另外,当原料中烯烃含量提高时,烯烃与噻吩在活性中心上的竞争吸附加剧,烯烃加氢饱和性能增强,导致加氢脱硫选择性降低。     

汽油选择性吸附脱硫过程中硫化物吸附脱除规律研究

采用微库仑技术和色谱-硫化学发光检测（SCD）偶联技术系统考察了以微孔和介孔分子筛为载体的多种吸附剂对FCC汽油和HDS汽油的选择性吸附脱硫性能,探讨了汽油选择性吸附脱硫过程中硫化物的脱除规律。结果表明：CeY对FCC汽油及HDS汽油均表现出较好的脱硫效果;NaY、NiY等微孔分子筛吸附剂及SBA-15,MCM-41,AlSBA-15,CuO-SBA-15等介孔分子筛吸附剂对FCC汽油及HDS汽油中的噻吩尤其是对小分子烷基取代噻吩类硫化物的吸附选择性较差;对同一种吸附剂,汽油中硫化物的组成对其选择性吸附脱硫效果有较大的影响。     

1-己烯和正己烷混合烃在不同分子筛催化剂作用下的产物分布规律

以1-己烯和正己烷不同质量配比的混合烃（以1-己烯质量分数计）为模型化合物,考察在4种分子筛催化剂（ZRP-L,Beta-L,REY-L,DASY-L）作用下混合烃的裂化产物分布规律,分别计算了1-己烯在4种分子筛催化剂作用下对正己烷转化的贡献因子,阐述了不同分子筛催化剂下不同质量配比模型化合物对烯烃、烷烃、异构烃类以及芳烃选择性的影响。结果表明：在同种催化剂作用下,随着模型化合物中1-己烯含量的增加,烷烃和烯烃选择性呈现相反的变化趋势,反应具有竞争性;在4种催化剂作用下,随着1-己烯含量的增加,异构产物选择性均增加,增加幅度由大到小对应的催化剂依次为DASY-L≈REY-L＞Beta-L＞ZRP-L,与4种催化剂孔径大小有良好对应关系;在4种催化剂作用下的芳烃选择性均较低,模型化合物中1-己烯促进了芳构化反应的进行,芳烃选择性与催化剂酸量及酸强度有关,催化剂酸量越高、酸强度越小,芳烃选择性越高。     

金属改性原位晶化NaY分子筛对噻吩硫的吸附性能研究

以原位晶化NaY型分子筛为载体,选择铬、锰、钴三种过渡金属离子,通过液相离子交换法制备了CrNaY、MnNaY、CoNaY三种改性分子筛吸附剂。采用静态吸附脱硫法对这三种吸附剂的脱硫性能进行评价。实验结果表明,CrNaY对含噻吩和2-甲基噻吩的模型汽油的脱硫效果最好,且对2-甲基噻吩的脱除率大于噻吩脱除率。在93℃、吸附时间为1h、剂油比为0.5的条件下,CrNaY对噻吩的脱除率为70.03%。此外,采用非水溶液回滴法对三种吸附剂的表面总酸度进行测定,结果显示CrNaY的总酸度最大,而其脱硫效果也最好,表明随着吸附剂总酸度的增强,其脱硫性能也增强。     

噻吩类硫化物在催化裂化过程中转化规律的研究

采用固定流化床实验装置,以噻吩、2-丁基噻吩和苯并噻吩为模型化合物,研究了不同结构的噻吩类硫化物在催化裂化条件下的反应特性和产物硫分布规律。结果表明：噻吩和苯并噻吩的转化率均较低（小于20%）,产物主要分布在焦炭和液体中,很难发生裂化脱硫反应;2-丁基噻吩具有较高的反应活性,主要发生脱烷基、侧链裂化和裂化脱硫反应,气体硫的选择性达到28%左右。对于Y型分子筛催化剂,噻吩类硫化物的产物收率和硫分布选择性均与转化率呈很好的线性关系。