四氢萘催化裂化研究进展

加氢处理油中含有一定量的环烷基单环芳烃,研究四氢萘催化裂化有利于加强对更多环数环烷基单环芳烃催化裂化的认识。综述了四氢萘催化裂化过程的反应机理,认为四氢萘主要遵循单分子裂化机理;从反应活化能、扩散、吸附等动力学角度对四氢萘裂解行为进行了解释;催化剂适宜的孔径和BrØnsted酸强度有利于四氢萘开环;随着反应温度升高、剂/油质量比增大、质量空速减小,四氢萘反应活性增强,同时氢转移反应愈发明显。适宜的催化剂孔径和Brnsted酸强度、反应温度、剂/油质量比以及质量空速有利于四氢萘裂化生成低碳烯烃。     

四氢萘和十氢萘的催化裂化反应途径及特征产物

在小型固定流化床催化裂化试验装置上,考察了十氢萘和四氢萘在酸性催化剂上的裂化反应途径及特征产物。结果表明,初始阶段质子化裂化是四氢萘裂化的主要引发反应,H⁺攻击C-C键形成五配位正碳离子是十氢萘裂化的主要引发反应;随着反应深度的进行,氢转移反应成为四氢萘的主要反应,而十氢萘裂化生成的烷基环烷正碳离子的β断裂成为十氢萘的主要反应。四氢萘在酸性催化剂上的反应产物中萘、H₂和苯的摩尔分数最高,是其反应特征产物;十氢萘在酸性催化剂上的反应产物中异丁烷和汽油异构烷烃组分的摩尔分数最高,是其反应特征产物,为多环环烷烃或氢化芳烃的高效利用提供理论依据。     

四氢萘催化裂化反应行为及生焦研究

采用小型固定流化床(ACE)试验装置,在反应温度为460～540℃、质量空速为4～16 h^-1范围内研究了模型化合物四氢萘在稀土Y分子筛催化剂(REY-C)和超稳Y分子筛催化剂(USY-C)上催化裂化的反应行为及生焦规律。结果表明：四氢萘在REY-C、USY-C上的裂化产物类型相似,主要生成C₃～C₅烃以及C₆～C₁₀单环芳烃和茚满、甲基茚满、萘等双环芳烃;在REY-C、USY-C上,产物收率由大到小的顺序均为：双环芳烃>单环芳烃>非芳烃;分子筛的酸性强有利于催化裂化反应;焦炭的产率随着反应温度、四氢萘转化率、分子筛酸量的升高而增大,而随着空速的升高而降低。     

萘、四氢萘和十氢萘的加氢或脱氢反应与催化剂的研究进展

概述了萘、四氢萘和十氢萘的加氢或脱氢反应的机理和动力学,这3种物质在临氢条件下发生的反应主要包括加氢饱和、加氢开环和积碳结焦等。详细论述了萘或四氢萘加氢催化剂(包括贵金属催化剂和非贵金属催化剂两类)的制备方法及其性能:贵金属催化剂的加氢活性高,但成本高、抗中毒能力差、易失活;非贵金属催化剂的成本低、失活速率慢,但加氢性能低。同时介绍了十氢萘和四氢萘在储氢材料方面的应用,并对其发展前景进行了展望。     

十氢萘催化裂解制低碳烯烃研究进展

综述了十氢萘在不同类型催化剂作用下的裂解反应机理：十氢萘在金属氧化物催化剂上晶格氧和吸附氧物种作用下,经负碳离子转变为自由基,进而以自由基机理裂解;十氢萘在固体酸催化剂的B酸中心上形成正碳离子,接着以正碳离子机理进行反应。分析了不同类型裂解催化剂的优缺点：金属氧化物催化剂耐水热、耐高温且可抑制结焦,但对于大幅降低反应温度和提高丙烯产率无促进作用;固体酸催化剂因含有的酸中心和独特的孔道结构,可大幅降低反应活化能,且可灵活调变低碳烯烃比例。最后,列举了不同工艺条件对十氢萘裂解反应的影响。     

四氢萘选择性催化裂化反应动力学

在消除了内外扩散影响的小型固定流化床反应器中,考察了四氢萘在选择性催化裂化(HSCC)催化剂上,在470～515℃发生环烷环开环反应以及脱氢缩合反应的动力学规律。在四氢萘催化裂化反应途径的基础上,建立了四氢萘裂化双曲线型Langmuir-Hinshelwood(L-H)型五集总动力学模型,其中四氢萘环烷环开环反应活化能为56.06kJ/mol,而其脱氢缩合反应活化能为52.57kJ/mol。残差检验和统计检验结果表明,所得动力学模型合理、可靠,能够真实反映四氢萘选择性催化裂化反应特性。     

四氢萘与正十二烷在催化裂化过程中的相互作用

将正十二烷(n C12) 与四氢萘按照不同比例混合进行催化裂化反应,考察了芳香基环烷环结构与链烷烃在催化裂化反应过程中的相互作用对两种烃类反应性能的影响。采用PONA分析和GC MS检测产物组成。结果表明,由于芳香基环烷环与烷烃裂化生成的烯烃与正碳离子之间的氢转移作用,随着混合原料中正十二烷质量分数增加,四氢萘的芳构化趋势明显增加,正十二烷的C=3和C=4选择性受四氢萘质量分数的影响也比较明显。     

四氢萘加氢裂化反应动力学

在双功能催化剂上,利用连续流动固定床微反装置,进行四氢萘加氢裂化反应动力学研究,推导出反应机理,得到了详细的产物分布并推测了７集总反应网络。反应温度为３８０℃时,四氢萘加氢裂化反应主要以异构裂解反应途径为主;反应温度为３２０℃时,主要以加氢裂解反应途径为主。为进一步研究和开发加氢裂化模型奠定了基础。     

四氢萘加氢转化研究进展

总结了国内外在四氢萘加氢裂化反应机理及反应动力学两方面的研究近况;着重讨论了酸性质、孔结构、金属组分及金属中心与酸性中心的距离等催化剂性质对四氢萘加氢裂化反应活性和理想产物选择性的影响;提出了进一步提高反应活性和理想产物选择性的途径是优化催化剂上金属中心与酸性中心的匹配以及缩短二者之间的距离。     

四氢萘类化合物与萘类化合物混合加氢裂化反应规律的考察

在含HY分子筛的NiMo加氢裂化催化剂上,采用四氢萘类化合物（简称四氢萘类）及萘类化合物（简称萘类）含量不同的混合物为原料,考察四氢萘类与萘类的混合加氢裂化反应规律,并通过裂化产物中烃类物质的组成计算反应的转化率和选择性。结果表明：在四氢萘类含量相同、萘类含量增大的情况下,萘类转化率下降,四氢萘类开环生成烷基苯的选择性变化不大;在芳烃总量相当、甲基萘比例增大时,对四氢萘类异构开环生成烷基苯的抑制作用较明显。由于多环芳烃在催化剂表面的吸附系数较大,同时占据催化剂的加氢及酸性中心,抑制了四氢萘类的进一步加氢及异构反应,且异构开环反应受影响程度较大。     

Research Progress in Catalytic Cracking Reaction of Tetralin and Decalin

The integrated catalytic hydrogenation and catalytic cracking process has been gradually adopted by refineries to satisfy the requirements for manufacture of light and clean petroleum products. To explore the reaction laws of hydrogenated aromatics in hydrotreated oil, the catalytic cracking reaction laws of hydrogenated aromatics have been reviewed by taking tetralin and decalin as examples of different degrees of hydrogenated aromatics. Moreover, the reaction mechanism of tetralin and decalin has been analyzed emphatically. The effects of zeolite pore structure, acid properties and process parameters on reaction laws have been analyzed carefully. It is considered that the catalytic cracking performance of hydrogenated aromatics with different hydrogen saturation degrees is quite different. It is necessary to control the hydrogenation depth, optimize the hydrocarbon composition of catalytic cracking feed materials for maximizing the yield of target products.     

生物油模型化合物催化裂解精制机理

采用糠醛作为生物油的模型化合物,以HZSM-5分子筛为催化剂,在500℃、重时空速5.0 h-1的条件下,研究了不同水含量下糠醛的催化裂解反应,并采用GC-MS分析了产物的组成。实验结果表明,糠醛催化裂解后生成了醛类、酮类、呋喃类、茚类、苯类、萘类及其衍生物;随原料中水含量的增加,糠醛容易发生环化反应,茚类、苯类和萘类的含量增加,醛类、酮类和呋喃类的含量降低。根据糠醛催化裂解产物分布推测了糠醛催化裂解反应机理,生物油中糠醛类化合物在催化裂解过程中主要发生脱羰基、脱羧基和环化反应。     

催化裂化反应深度的研究与应用

由于流化催化裂化(FCC)原料组成、产品收率、目的产品组成与性质均已发生巨大变化,原料转化率已不能准确地反映现代FCC的实际反应深度。在研究催化裂化一次反应和二次反应的基础上,把催化裂化反应分为3类：即分子数量增加但相对分子质量减小的化学反应、分子数量减少但相对分子质量增加的化学反应和分子数量与相对分子质量基本不变的化学反应。提出了催化裂化反应深度指数的定义和计算方法,并用其计算了6套大型工业FCC装置的反应深度指数。结果表明,反应深度指数涵盖了裂解反应、缩合反应和中间产物二次反应进行的程度,反应深度指数比原料转化率或重油转化率能更显著地衡量催化裂化反应深度的变化。     

乳化重油催化裂化反应的研究

用乳化重油和纯重油为原料进行催化裂化反应,在相同操作条件下,分别研究了它们对裂化产品分布、生焦量、产品质量、裂化催化剂性能等主要指标的影响。结果表明,乳化油比纯重油液体产率提高2．91％、液化气增加1．33％、生焦量下降2．32％、干气量稍低;乳化油汽油辛烷值为93．4,而纯重油汽油辛烷值93．0;两者对裂化催化剂性能的影响相当。     

分子筛类型对正戊烷催化裂解反应性能的影响

为了解决石脑油中正戊烷难以高效催化裂解为低碳烯烃的问题,先采用Aspen Plus模拟软件对正戊烷的催化裂解反应进行热力学平衡分析,然后考察分子筛类型对正戊烷催化裂解的低碳烯烃收率和选择性的影响规律。对正戊烷的催化裂解反应进行热力学分析的结果表明,当反应温度高于650 ℃时,丙烯和乙烯的质量比m(C₃H₆)/m(C₂H₄)<1,且低碳烯烃(C₂H₄+C₃H₆+C₄H₈)的收率开始增速缓慢。因此,综合考虑m(C₃H₆)/m(C₂H₄)和低碳烯烃收率,选择在反应温度650 ℃下考察正戊烷在不同类型分子筛上的催化裂解反应性能。结果表明：在MTT分子筛上催化裂解的低碳烯烃选择性较高,在温度为650 ℃、压力为0.1MPa、MHSV为540 h^-1的反应条件下,正戊烷在MTT分子筛上催化裂解的低碳烯烃(C₂H₄+C₃H₆+C₄H₈)选择性为55.21%。通过对催化裂解过程的裂解和氢转移反应的分析,表明小孔径的MTT分子筛能够抑制双分子反应,包括双分子裂解反应和双分子氢转移反应,从而提高低碳烯烃的选择性。     

不同分子筛对n-C_(12)催化裂化转化规律的影响

以正十二烷(n-C12)为模型化合物,在固定床微反装置上考察了USY,β,ZSM-5分子筛单独使用及其相互配合使用对链烷烃裂化产物的碳数分布和烃类组成的影响,尤其是对低碳烯烃(丙烯和丁烯)选择性及其收率的影响,并通过XRD,BET,XRF,NH3-TPD,Py-FTIR等分析手段对所采用的3种分子筛的基本性质进行了表征。实验结果表明,强酸比例较高的β分子筛对n-C12的裂化活性明显高于USY分子筛,且对丁烯尤其是异丁烯的选择性较高;当β分子筛与ZSM-5分子筛混合作为n-C12裂化的催化剂时,低碳烯烃的选择性却低于USY分子筛与ZSM-5分子筛混合的催化剂;但β分子筛较强的裂化性能使其与USY和ZSM-5分子筛中的一种或两种混合时,具有较高的n-C12转化率,所以在一定程度上也可以增产低碳烯烃。