一步法甲醇制汽油工艺的研究

利用100 mL等温固定床实验装置,以改性ZSM-5分子筛为催化剂,研究了反应温度、系统压力、进料空速等工艺条件对一步法甲醇制汽油反应性能的影响,并考察了甲醇转化率、产物分布和产品组成随反应时间的变化规律。结果表明,在反应温度为360~420℃,系统压力为1.0~2.0 MPa,甲醇进料空速为1.0~1.5 h-1的条件下,甲醇可完全转化,汽油收率为35%~37%,汽油辛烷值达到93,同时生成4%~6%的具有较高附加值的液化气。     

不同硅铝比HZSM-5甲醇制汽油性能比较

考察了不同硅铝比的HZSM-5分子筛催化剂在流化床甲醇制汽油反应中的催化性能。结果表明,催化剂的反应活性随着催化剂硅铝比的增加而增加。     

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。     

甲醇制芳烃反应中ZSM-5催化剂改性技术

芳烃是种重要的化工原料,在众多领域得到广泛应用。随着甲醇生产技术的成熟,甲醇制芳烃工艺已经成为现阶段非石油路线合成轻质芳烃的重要途径。目前,甲醇制芳烃工艺中常用的催化剂为ZSM-5分子筛,但仍需对分子筛进行合适的后处理改性操作如调变分子筛酸性、活性中心位点和孔道结构等,以提高芳烃收率及特定产品的选择性。综述了甲醇制芳烃反应中ZSM-5分子筛催化剂负载法、碱处理法、酸处理法和水热处理法等改性技术研究进展,以期达到工业化要求,最终实现甲醇制芳烃工艺的工业化发展。     

甲醇制汽油工艺浅析

综述了甲醇制汽油(MTG)工艺技术的发展过程,概述了MTG技术的三条工艺路线:固定床法工艺、流化床法工艺、多管式反应器法工艺。并介绍了国内MTG一步法及庆华煤化有限责任公司MTG的应用实践情况,通过对甲醇制汽油装置的实际操作经验,总结出操作状态下平衡的控制。     

NMTG-100高活性甲醇制汽油催化剂反应性能

研究了以ZSM-5分子筛为主体的NMTG-100甲醇制汽油催化剂在不同应用工艺条件下的反应性能,考察催化剂的稳定性,并对催化剂的再生性能进行研究。结果表明,该催化剂通过优化工艺参数,可直接得到辛烷值为93.5、芳烃质量分数＜50%和烯烃质量分数＜10%的汽油产品,甲醇转化率＞99%,可用于甲醇制汽油的工业生产,具有良好的工业化前景。     

Fe-HZSM-5分子筛催化剂的甲醇制汽油动力学研究

通过水热晶化法,合成含有骨架杂原子Fe的Fe-HZSM-5分子筛催化剂,采用XRD、BET和NH3-TPD对催化剂进行表征,在微型固定床反应器中测定催化剂的甲醇制汽油的反应性能和反应动力学数据,对Fe-HZSM-5分子筛催化剂的甲醇制汽油本征动力学进行研究。结果表明,ZSM-5分子筛骨架引入杂原子Fe,可以增加对产物汽油选择性有利的弱酸量。采用Chen and Reagan建立的甲醇制汽油三集总动力学模型,通过Runge-Kutta法和最小二乘法对实验数据的回归计算,获得反应速率常数为k1=0.921×1012exp(-108 600/RT)、k2=0.155×1012exp(-116 400/RT)和k3=1.008×107exp(-96 130/RT)。以目标残差函数OF参数值为检验模型的标准,模拟值和实验值的相关系数R2均超过0.99。因此,Chen and Reagan建立的甲醇制汽油三集总动力学模型可以准确描述Fe-HZSM-5分子筛催化剂的甲醇制汽油反应动力学行为。     

锌负载量对多级孔ZSM-5分子筛甲醇制芳烃影响

甲醇制芳烃技术是煤化工领域的研究热点之一,提高甲醇制芳烃催化剂ZSM-5分子筛催化活性和寿命是工业化关键。通过浸渍法对酸碱处理后的多级孔ZSM-5分子筛进行锌负载改性以提高芳烃选择性并延长使用寿命。考察不同锌负载量对甲醇制芳烃性能的影响。利用XRD、N2吸附-脱附、Py-IR和NH3-TPD等对样品进行表征,评价其甲醇制芳烃催化性能。结果表明,Zn物种可以很好地分散在多级孔ZSM-5分子筛中,最佳Zn负载量(质量分数1%)改性后分子筛催化剂BTX收率明显增加,寿命延长。     

甲醇制烯烃用ZSM-5分子筛的研究进展

综述了甲醇制烯烃用ZSM-5分子筛催化剂的研究进展,包括甲醇制低碳烯烃的合成机理、ZSM-5分子筛的结构与酸性对合成低碳烯烃性能的影响以及分子筛的改性。重点探讨了ZSM-5分子筛的改性（如水热处理改性、磷改性、氟改性、硼改性、金属离子改性及其他化学改性）对催化剂表面酸性和孔径、低碳烯烃选择性和催化剂稳定性的影响,指出分子筛孔径/表面酸性的调控和MTO/MTP反应机理的研究是甲醇制低碳烯烃催化剂研究的发展方向。     

不同硅铝比HZSM-5分子筛的甲醇制芳烃性能

采用固定床反应器,以甲醇为原料,在反应温度为430℃和反应空速为2 h-1的条件下,考察了不同硅铝比HZSM-5分子筛催化剂的甲醇制芳烃反应(MTA)性能,并采用X射线衍射(XRD)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)、物理吸附、傅立叶红外光谱(FT-IR)等技术对催化剂进行了表征。结果表明:MTA反应是强酸主导的催化反应,随着分子筛硅铝比的降低,分子筛总酸量逐渐增加,强酸相对总量逐渐提高,其中弱酸相对总量降低。这主要是由于分子筛中Al含量逐渐上升,作为强酸位的Si-OH-Al逐渐增加所致,催化剂反应活性与之呈正向相关的关系。当HZSM-5催化剂中的强弱酸总量比由0.3增加到0.6时,苯-甲苯-二甲苯(BTX)的选择性由36%增至64%,说明催化剂的活性显著提高;当强弱酸总量比由1.1增至1.5时,BTX选择性变化仅为0.92%,催化性能提升不明显,HZSM-5分子筛的MTA反应性能与其硅铝比呈反向相关关系。     

不同硅铝比ZSM-5负载铁基催化剂二氧化碳加氢性能

CO₂加氢在铁基催化剂上直接制取高附加值化学品是实现其资源化利用的重要途径。通过等体积浸渍法制备了不同硅铝比（25,70,150）的ZSM-5负载的铁基催化剂,考察硅铝比对铁基催化剂上CO₂加氢性能的影响。结果表明,随着硅铝比的升高,催化剂活性先升高后降低,最优化硅铝比为70。CO₂-DRIFTS和CO₂-TPD结果显示,硅铝比为70的ZSM-5载体制备的催化剂具有较多且较强的表面碱性位,促进CO₂分子的活化解离。通过H₂-TPR、XRD、Raman等表征揭示了催化剂结构的演变过程。还原后催化剂的活性金属以单质Fe形式存在,反应过程中单质Fe向Fe₃O₄和FeC_x物种转化。不同硅铝比配位环境影响Fe与C的相互作用,影响FeC_x的生成,从而影响CO₂加氢的活性和选择性。     

不同双模板剂对ZSM-5分子筛催化剂形貌的影响

固定硅源、铝源和水用量,采用复合模板剂,其中一种模板剂为四丙基氢氧化铵,另一种模板剂为有机胺(乙二胺、1,6-己二胺、异丙胺或三乙胺),通过改变第二种模板剂用量和类型,制备系列ZSM-5分子筛催化剂。采用XRD和SEM进行表征,考察不同双模板剂对ZSM-5分子筛催化剂晶体结构和形貌的影响。结果表明,不同双模板剂合成的产物均为纯相ZSM-5分子筛,且具有较高的结晶度,晶粒外形保持不变,但晶粒尺寸有很大差异,顺序为:四丙基氢氧化铵+三乙胺四丙基氢氧化铵+异丙胺四丙基氢氧化铵+1,6-己二胺四丙基氢氧化铵+乙二胺,可见,只改变模板剂种类而不改变硅源、铝源和水的用量,即可合成相对结晶度高、外形相同但晶粒尺寸不同的ZSM-5分子筛催化剂。     

Liquid-phase degradation of polyethylene wax over mordenite catalysts with different Si/Al molar ratios

The catalytic liquid-phase degradation of polyethylene wax into fuel oil was studied using mordenite catalysts with various Si/Al molar ratios prepared by dealumination. The total yield of gas and liquid products showed a volcano plot along the Si/Al molar ratio of mordenite. No significant change was observed in the composition of the liquid product for all catalysts used in this study. Fast deactivation was anticipated on the mordenite catalysts with low Si/Al molar ratios such as 5 and 10, due to pore blocking by the carbon deposited on the external surface of the zeolite. A high activity and a long catalyst life were obtained on the mordenite catalyst with a Si/Al molar ratio of 12.     

The effect of hierarchical single-crystal ZSM-5 zeolites with different Si/Al ratios on its pore structure and catalytic performance

Hierarchical single-crystal ZSM-5 zeolites with different Si/Al ratios(Hier-ZSM-5-x,where x=50,100,150 and 200)were synthesized using an ordered mesoporous carbon-silica composite as hard template.Hier-ZSM-5-x exhibits improved mass transport properties,excellent mechanical and hydrothermal stability,and higher catalytic activity than commercial bulk zeolites in the benzyl alcohol self-etherification reaction.Results show that a decrease in the Si/Al ratio in hierarchical single-crystal ZSM-5 zeolites leads to a significant increase in the acidity and the density of micropores,which increases the final catalytic conversion.The effect of porous hierarchy on the diffusion of active sites and the final catalytic activity was also studied by comparing the catalytic conversion after selectively designed poisoned acid sites.These poisoned Hier-ZSM-5-x shows much higher catalytic conversion than the poisoned commercial ZSM-5 zeolite,which indicates that the numerous intracrystalline mesopores significantly reduce the diffusion path of the reactant,leading to the faster diffusion inside the zeolite to contact with the acid sites in the micropores predominating in ZSM-5 zeolites.This study can be extended to develop a series of hierarchical single-crystal zeolites with expected catalytic performance.     

ZSM-5/SAPO-34复合分子筛的制备与甲醇芳构化性能研究

采用Na OH溶液处理法制备了介孔ZSM-5分子筛。采用包埋法合成了ZSM-5/SAPO-34复合介孔分子筛,并采用X射线衍射图谱(XRD)、电子扫描电镜(SEM)、氮吸附进行分析,在固定床反应器中进行了甲醇芳构化反应。研究结果表明,ZSM-5/SAPO-34复合分子筛孔径呈微孔和介孔多级孔分布,孔径和孔容均高于ZSM-5分子筛。当ZSM-5与SAPO-34分子筛的质量比为1∶2时,ZSM-5/SAPO-34复合分子筛具有较好的芳构化活性。在反应温度为475℃、反应压力0.5 MPa、空速(LHSV)1.2 h-1条件下,BTX(苯、甲苯和二甲苯)的收率可达30.8%。     

不同硅铝比Al-MCM-41介孔分子筛的表征及催化合成氯乙酸正辛酯

以十六烷基三甲基溴化铵( CTAB)为模板剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,乙二胺为碱性介质,当n(TEOS)∶n( NaAl02)∶n(CTAB)∶n(H2NCH2CH2NH2)∶n(H2O)=1∶x∶0.12∶ 3.5∶130,其中x=0.1,0.033,0.02,0.01,0.006 7时,水热法合成了Al - MCM - 41介孔分子筛.通过XRD,N2吸附-脱附,NH3 - TPD和TEM等手段对不同硅铝比(n(Si)/n(Al))的Al - MCM -41介孔分子筛进行了表征.结果表明,当n(Si)/n( Al)由150减小至30时,Al - MCM -41介孔分子筛仍具有典型的六方介孔结构特征,但当n( Si)/n(Al)=10时,样品结构有序性下降.Al - MCM - 41介孔分子筛酸量随着n( Si)/n( Al)减小而增大.将Al - MCM - 41介孔分子筛用于催化合成氯乙酸正辛酯,相同反应条件下,n( Si) /n( Al) =30的Al - MCM - 41介孔分子筛为催化剂时酯化率最高,由此表明,Al - MCM - 41介孔分子筛作为催化剂,反应酯化率不仅取决于样品酸量,也与其晶体结构相关.当Al - MCM - 41介孔分子筛用量为氯乙酸质量的3％,反应温度为120～140℃,n(氯乙酸)∶n(正辛醇)=1∶1.2时,酯化率可达94.34％.     

Coupling conversion of methanol and 1-butylene to propylene on HZSM-5 molecular sieve catalysts prepared by different methods

A series of HZSM-5 catalysts were synthesized by different methods. The physicochemical properties of the HZSM-5 catalysts were characterized by XRD, SEM, N2 isothermal adsorption-desorption, NH3-TPD, Py-IR and TGA, respectively. The results indicated that different preparation conditions lead to different morphologies, textures and the distribution of acid sites. The nanosized HZSM-5 catalysts exhibited better catalytic reactivity and coke capacity than the micro-sized HZSM-5 because nanosized HZSM-5 had larger specific surface area, higher pore volume, more exposed channels and more accessible acid sites. The large particles of NZ-3 in a reasonable range and the smooth surface were conducive to product diffusion; therefore, NZ-3 exhibited higher specific propylene yield and stability than the other nanosized catalysts. The moderate density and distribution of acid sites on NZ-3 also favored the formation of propylene.     

正丁烷及丁烯-1在不同硅铝比ZSM-5分子筛上吸附的实验与模型

Four ZSM-5 zeolite catalysts with different Si/Al ratios for the catalytic cracking of C4 fractions to produce ethylene and propylene were prepared in this study.First,the adsorption isotherms of pure n-butane and butene-1 and their mixtures on these catalysts at 300K and p=0—100kPa were measured using the intelligent gravimetric analyzer.The experimental results indicate that the presence of Al can significantly affect the adsorption of butene-1 than that of n-butane on ZSM-5 zeolites.Then,the double Langmuir（DL）model was applied to study the pure gas adsorption on ZSM-5 zeolites for pure n-butane and butene-1.By combining the DL model with the ideal adsorbed solution theory（IAST）,the IAST-DL model was applied to model the butene-1（1）/n-butane（2）binary mixture adsorption on ZSM-5 zeolites with different Si/Al ratios.The calculated results are in good agreement with the experimental data,indicating that the IAST-DL model is effective for the present systems.Finally,the adsorption over a wide range of variables was predicted at low pressure and 300K by the model proposed.It is found that the selectivity of butene-1 over n-butane increases linearly with the decrease of Si/Al ratio.A correlation between the selectivity and Si/Al ratio of the sample was proposed at 300K and p=0.08MPa.     

改性介微孔ZSM-5分子筛催化剂制备及催化甲苯甲醇烷基化反应性能

将微孔ZSM-5分子筛通过不同浓度的氢氧化钠溶液处理不同的时间制备不同的介微孔ZSM-5分子筛,然后负载五氧化二磷制备介微孔ZSM-5分子筛催化剂,对介微孔ZSM-5分子筛负载五氧化二磷催化剂进行甲苯甲醇烷基化反应评价。其中氢氧化钠溶液浓度为1.0 mol/L、处理时间为30 min得到的介微孔ZSM-5分子筛负载五氧化二磷催化剂催化甲苯甲醇烷基化反应的活性较高。对介微孔ZSM-5分子筛负载五氧化二磷催化剂进一步采用铂进行改性,将制备的催化剂用于甲苯甲醇烷基化反应,在460 ℃条件下连续反应505 h,甲苯转化率保持在10.9%,二甲苯中对二甲苯的选择性保持在96%以上。研究结果表明,五氧化二磷、铂改性的介微孔ZSM-5分子筛催化剂具有优异的甲苯甲醇烷基化反应性能。