超临界状态下吸热碳氢燃料正十二烷的催化裂解研究

在超临界状态下,采用HZSM-5型分子筛催化剂对正十二烷的催化裂解反应进行了研究,考察了裂解温度、压力与正十二烷转化率、气液相产物的关系,以及积炭量与反应压力、温度的关系。实验结果表明,超临界状态下,在400℃-500℃之间进行反应时,转化率随温度升高而增加,气体产率随裂解温度的升高而增加,以400℃～450℃之间尤为明显。转化率、气体产率随压力的升高而降低。450℃是较适合的反应温度。在超临界条件下,反应物流正十二烷成为超临界流体,可以将反应过程中生成结焦或积炭等难溶物的前驱体溶解,随反应物流流出催化荆孔道,减少催化剂上的积炭量。     

超临界状态下正癸烷的催化裂解

采用HZSM-5型分子筛催化剂研究了超临界状态下正癸烷的催化裂解反应,考察了裂解温度、压力及正癸烷进料流量与反应转化率、气相产物收率的关系。实验结果表明,在400~500℃时,反应的转化率和气相产物收率随裂解温度的升高而增加,以400~450℃时尤为明显;超临界状态下正癸烷催化裂解所产生的气相产物收率随裂解压力的升高而减少;裂解时生成的产物主要为C3、C4、甲苯和乙苯。反应后生成大量小分子烃类,具有良好的燃烧性能。     

级孔HZSM-5分子筛上超临界正十二烷催化裂解

以四丙基氢氧化铵(TPAOH)和四丁基氢氧化铵为碱源,在十六烷基三甲基溴化铵存在下,通过脱硅和再晶化合成了级孔HZSM-5分子筛。采用XRD、TEM、N2吸附-脱附、原位Py-IR和NH3-TPD等方法表征了分子筛的结构和酸性,在500℃、4 MPa下考察了级孔HZSM-5分子筛涂层上超临界正十二烷催化裂解的性能。实验结果表明,用TPAOH脱硅得到的级孔HZSM-5分子筛具有较大的外比表面积、微孔体积及酸量,其活性较未处理的HZSM-5原粉提高了76%,失活速率下降了61%。再晶化后,试样表面被MCM-41和HZSM-5碎片包裹,活性反而下降。表明TPAOH可缓和脱硅过程,保护分子筛的微孔结构;开放的介孔结构和中等的强酸量,有利于改善级孔HZSM-5分子筛的催化裂解性能。     

供氢剂和结焦抑制剂对正十二烷超临界热裂解沉积的影响

 选用航空燃料的主要成分正十二烷为探针燃料，考察了超临界反应条件下供氢剂、结焦抑制剂以及二者组成的复合添加剂对碳氢燃料热裂解沉积的影响。结果表明，供氢剂苯甲醇、四氢萘以及四氢萘/四氢萘酮二元供氢剂均能在一定程度上抑制正十二烷的裂解；其中四氢萘/四氢萘酮二元供氢剂效果较好，在相同裂解率下，比纯正十二烷的稳定温度高出43℃。结焦抑制剂二苯硒、二苯二硒都能明显减少正十二烷的热裂解沉积，二苯二硒降沉积效果更好。复合添加剂比单一试剂效果更明显，二元供氢剂与二苯二硒的复合添加剂可减少77.5%的裂解沉积。     

吸热燃料在管式涂层反应器内的催化裂解反应

采用气体辅助催化剂涂层技术将一种陶瓷类黏合剂与HZSM-5和HY分子筛混和涂敷在管式反应器内壁,并采用X射线衍射,傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜对催化剂涂层进行了表征。表征结果显示,催化剂涂层的厚度为10～20μm,催化剂的粒径为1～5μm。以正十二烷和航空燃料RP-3为吸热燃料,在600℃和625℃的超临界条件下考察了催化剂涂层对吸热燃料的热沉和裂解率的影响。实验结果表明,催化剂涂层能显著提高吸热燃料的热沉。在600℃和625℃下,使用HY催化剂涂层(质量分数25%)时,正十二烷的热沉分别比空管反应时增加815.7kJ/kg和901.9kJ/kg,同时裂解率也分别由空管反应时的42%和66%提高到60%和80%。催化剂涂层对吸热燃料催化裂解积碳也有一定的抑制作用。     

Pt/MeAPSO-11在正十二烷临氢异构化反应中的催化性能

采用水热法合成了Mg、Mn和Ni取代的不同Si含量的SAPO-11分子筛,并采用XRD、XRF、SEM、NH3-TPD和TG/DTG手段进行了表征.担载Pt后,采用H2化学吸附法测定了Pt的金属性质,并测定了Pt/MeAPSO-11在正十二烷临氢异构化反应中的催化性能.结果表明,Mg、Mn和Ni引入SAPO-11分子筛的骨架,产生了新的酸性位,提高了SAPO-11分子筛的酸性.含不同金属原子的SAPO-11的酸性强弱顺序为MgAPSO-11＞MnAPSO-11＞NiAPSO-11＞SAPO-11.在正十二烷临氢异构化反应中,Pt/MeAPSO-11表现出较高的活性和异构化选择性,但受MeAPSO-11的酸性和Pt的脱氢/加氢性能的作用,当Si含量较低时,各催化剂的活性顺序为Pt/MgAPSO-11＞Pt/NiAPSO-11＞Pt/SAPO-11＞Pt/MnAPSO-11;当Si含量较高时,其活性顺序为Pt/SAPO-11＞Pt/NiAPSO-11≈Pt/MgAPSO-11＞Pt/MnAPSO-11.     

正庚烷在分子筛催化剂上催化裂解的链引发反应

采用小型固定流化床（ACE）装置考察了反应温度、分子筛催化剂的活性中心数和分子筛类型对正庚烷催化裂解反应产物的影响,并对裂解链引发反应进行了分析。结果表明, 在ZRP分子筛催化剂催化正庚烷裂解反应中,反应温度可以明显改变正庚烷裂解反应的链引发反应的位置和发生程度;提高反应温度,链引发位置从碳链中心位置的C-C键向靠近碳链端位的C-C键移动,导致不同的产物分布;催化剂活性中心数的增加可以提高正庚烷裂解反应的链引发反应发生程度,并倾向于在碳链中心位置C-C键发生;与Y分子筛和Beta分子筛催化剂相比,具有更多较强BrØnsted酸的ZRP分子筛更有利于链引发反应,并倾向于在碳链中心的C-C键发生。     

超临界状态下正癸烷与环己烷的热裂解

采用连续流动超临界裂解装置,对正癸烷与环己烷在超临界状态下的热裂解进行实验研究和理论分析。同时,采用密度泛函方法在BHHLYP/cc-pVDZ水平上,对两者热裂解过程中起始反应关键步骤的速率常数进行计算。结果表明,相同条件下,正癸烷初始产气温度低于环己烷;低于923K时,正癸烷更容易裂解,其产物主要是C1~C4小分子烃类及C5~C9的直链烯烃,1023K时,两者的裂解程度相当,此时正癸烷裂解产物主要是C1~C4小分子烃类,而环己烷在低于973K时裂解产物以甲基-环戊烷为主,随着温度升高,裂解产物种类增多,当温度达到1023K时裂解产物主要是芳香烃、环烯烃等结焦前驱体,积炭情况比正癸烷严重。相同温度时,正癸烷C—C键断键反应的速率常数比环己烷C—C键和C—H键断键反应速率常数都高,更容易发生裂解反应,理论结果很好地解释了温度低于923K时正癸烷比环己烷更容易裂解的实验现象。     

正丁烷在HZSM-5分子筛上的高温裂解反应

利用X射线衍射法、NH3-程序升温脱附法、傅里叶变换红外光谱法等技术对不同Si O2/Al2O3(简称硅铝比,摩尔比,下同)的HZSM-5分子筛进行了表征,并且在微反评价装置上对分子筛催化正丁烷高温裂解活性进行了评价。结果表明:当硅铝比分别为38,200,470(依次命名为试样1~试样3)时,随着硅铝比的增加,分子筛BET比表面积增大,强酸性位的强度降低。当裂解温度由823 K升高至873 K时,各试样的转化率均提高,转化率由高到低依次为试样1、试样2、试样3。随着反应温度的升高,甲烷、乙烷、乙烯和丙烯的选择性显著提高;甲烷和乙烷的选择性始终高于乙烯和丙烯。     

Pt负载位置对双功能催化剂正十二烷加氢异构化性能影响

将金属Pt分别负载在Al₂O₃和ZSM-22分子筛上,然后分别与等质量的HZSM-22分子筛和Al₂O₃混合制备2种复合双功能催化剂Pt/Al₂O₃+HZSM-22和Pt/HZSM-22+ Al₂O₃。采用XRD、BET、NH₃-TPD、SEM、ICP以及TEM表征手段对载体和催化剂进行分析。在固定床反应装置上以正十二烷为正构烷烃模型化合物,考察了复合双功能催化剂对正十二烷加氢异构性能的影响。结果表明：金属Pt的负载位置直接影响加氢异构反应性能,金属负载在γ-Al₂O₃上的催化剂Pt/Al₂O₃+HZSM-2,其正十二烷转化率和异构产率均明显优于金属负载在HZSM-22分子筛上的催化剂Pt/HZSM-22+ Al₂O₃。但是将金属Pt负载在γ-Al₂O₃或直接负载在ZSM-22分子筛上并不影响单甲基异构产物的分布,其异构产物以支链靠近端部的2-甲基异构体为主。     

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。     

航空燃料超临界热裂解过程中焦炭的形成

采用连续流动反应装置研究了国产航空燃料RP-3在超临界热裂解条件下焦炭形成的规律和性质,总结了焦炭的形成机理和形成过程。示差扫描量热仪测定结果显示,5MPa下RP-3燃料的起始裂解温度为471.8℃;程序升温氧化和扫描电子显微镜的分析结果显示,沉积焦炭中有3种不同的焦炭,分别为富氢吸附碳、无定形碳和纤维焦炭;超临界流体对焦炭前体和沉积的焦炭有较强的萃取及溶解能力,可携带90%以上的焦炭;用X射线能谱分析剥离下来焦炭的结果显示,焦炭中含有质量分数为17.09%和11.12%的铁、铬原子,说明金属发生了渗碳现象;用气相色谱-质谱联用仪对RP-3燃料及其裂解液的分析结果显示,裂解液中烷基苯和烷基萘含量的增加最为显著。     

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。     

炼厂混合C4催化裂解制丙烯

采用Ce和La对HZSM-5分子筛进行改性,考察在常压连续固定床反应器上混合C4烃催化裂解制低碳烯烃反应的催化性能,并对催化剂进行了S—BET、XRD表征。本文详细考察了反应温度、硅铝比及催化剂稳定性等各种因素对催化性能的影响。结果表明,改性后催化剂的催化裂解性能明显优于未改性的催化剂,其中以Ce改性催化效果较好,在480℃时反应较适宜,丙烯在反应后的气体中体积含量达到29．89／5。     

不同催化剂催化裂化愈创木酚的性能

以分子筛为活性组分、高岭土为载体制备HZSM-5/K,HZSM-5/MK,HY/K,5A/K 4种催化剂,采用FTIR技术对催化剂的表面酸性进行表征。以愈创木酚为模型化合物,在480~560℃、WHSV=3~6 h-1条件下的固定床反应器中考察4种催化剂的催化裂化性能。实验结果表明,催化剂表面酸量大小的顺序为:HY/KHZSM-5/K≈HZSM-5/MK5A/K;愈创木酚裂化过程中主要生成苯酚、甲基苯酚、乙基苯酚等单环芳烃和多环芳烃,在540℃、WHSV=4 h-1条件下单环芳烃产率较高,焦炭产率较低;HZSM-5/MK,HZSM-5/K,HY/K,5A/K 4种催化剂作用下得到的单环芳烃产率依次为57.14%,51.65%,36.74%,30.00%,焦炭产率大小的顺序为:5A/KHY/KHZSM-5/K≈HZSM-5/M K。     

流化催化裂化条件下甲醇和正辛烷的相互作用

采用小型固定流化床装置研究了流化催化裂化条件下甲醇和正辛烷的相互作用规律。实验结果表明,流化催化裂化条件下甲醇与正辛烷的相互作用促进了正辛烷的裂化反应,提高了产物气体烃的收率,并降低了气体烃中小分子烃的含量;甲醇与正辛烷的相互作用也促进了甲醇的转化及甲醇转化中间产物的二次反应。随原料中甲醇含量的增加,产物汽油中的C4和C5烃含量减少,C6~10烃含量增加,且芳烃含量显著增加;当原料中甲醇质量分数为50%时,异构化反应的作用最大,产物中C6和C8异构烷烃的含量最高。     

Study on Synthesis and Catalytic Performance of Hierarchical Zeolite

A kind of hierarchical zeolite catalyst was synthesized by hydrothermal method. X-ray diffraction （XRD） and nitrogen adsorption-desorption method were used to study the phase and aperture structure o（ the prepared catalyst. Infrared （IR） spectra of pyridine adsorbed on the sample showed that the hierarchical zeolite really had much more Bronsted and Lewis acidic sites than the HZSM-5 zeolite. The catalytic cracking of large hydrocarbon molecules showed that the hierarchical zeolite had a higher catalytic activity than the HZSM-5 zeolite.