芳烃、环烷烃分子在MFI和FAU分子筛中扩散行为的分子模拟

 应用分子模拟技术计算了不同芳烃和环烷烃分子最低能量构象的分子尺寸(a×b×c),并计算了其在 MFI、FAU 分子筛中的扩散能垒。计算结果表明,分子的最小截面尺寸(a×b)与扩散能垒相关。苯、萘、环戊烷、环己烷分子可以在 MFI 分子筛中扩散,其它多环芳烃、多环环烷烃分子均很难扩散。分子在 MFI 直孔道中扩散比在正弦孔道中容易。FAU 分子筛由于孔径尺寸较大,分子在其孔道内扩散比在 MFI 孔道中容易,而两超笼间的十二元环会限制芘、全氢芘及比之更大的分子在 FAU 孔道中扩散。从计算结果可以推断,催化裂化原料中的重油大分子只有先在分子筛或其他活性材料表面一次裂化成一定尺寸的小分子,才能扩散进入 MFI、FAU 分子筛晶内发生进一步反应。     

正己烷在FAU和MFI型分子筛催化剂上的转化途径

 以正己烷在分子筛催化剂上的转化途径和各转化产物平均摩尔选择性为基础, 建立了正己烷在分子筛催化剂上转化反应的独立反应方程, 通过关联独立反应议程和转化产物平均摩尔选择性计算出独立反应的摩尔选择性. 结果表明, 一旦正己烷的C-C键或C-H键被质子所戟生成Carbonium ion后, 该C6 Carbonium ion 随后发生的α异裂的位置更货币于在靠近链中的位置. 正己烷在MFI型, 复合FAU型和FAU型分子筛催化剂上的转化反应中, 单分子反应的比例分别为75.87%, 32.01%和31.46%. 正己烷反应产物中的丙烷和丙烯等较大分子的来源不仅是双分子反应, 同时还有单分子反应, 两者的比例受分子筛催化剂类型的影响. 以正己烷和H质子进行验证表明独立反应方程的建立和独立反应摩尔选择性的计算是有效的.     

己烯-1和正己烷混合烃在FAU和MFI型分子筛催化剂上的竞争催化

在小型固定流化床装置上,以不同配比的己烯-1和正己烷混合烃为探针,研究了混合烃在300℃下,在3种不同类型分子筛催化剂上的催化反应。结果表明,在3种分子筛催化剂上,己烯-1和正己烷的催化反应具有竞争性。在FAU型分子筛催化剂上,己烯-1摩尔分数小于28.35%时,参与反应的正己烷物质的量变化不大;当己烯-1的摩尔分数大于28.35%时,正己烷很少甚至不参与反应。在MFI型和复合FAU型分子筛催化剂上,混合烃原料中己烯-1的存在对正己烷的转化以及正己烷的生成均有较明显的影响。混合烃催化反应中的骨架异构反应和双键迁移反应为竞争反应。对于MFI型和FAU型分子筛催化剂,己烯-1摩尔分数小于28.35%时,骨架异构反应占优;对于复合FAU型分子筛催化剂,己烯-1摩尔分数小于55.50%时,骨架异构反应占优。     

甲苯歧化反应物与产物在ZSM系分子筛孔道中扩散特性的分子模拟

 应用分子模拟技术计算了甲苯歧化反应中的反应物甲苯、产物苯和二甲苯同分异构体与ZSM系分子筛(MFI (ZSM-5)，MEL (ZSM-11)，MTW (ZSM-12))的相互作用能，得到了扩散特性等信息。计算结果表明，分子扩散的难易程度受分子筛孔径和孔道结构的共同影响。MFI分子筛对于对二甲苯有很好的选择性；芳烃分子在其弯孔中的扩散能垒较直孔中的高，因此，倾向于在MFI分子筛的直孔中扩散。MEL分子筛孔径略小于MFI分子筛，各种芳烃分子的扩散能垒比在MFI分子筛孔道中的高；由于对二甲苯的扩散能垒远小于间二甲苯和邻二甲苯，因此MEL分子筛也表现出对于对二甲苯的较好选择性。MTW分子筛的孔径在三者中最大，各种产物分子的扩散能垒相差较小，对甲苯歧化反应产物的选择性不高。从3种分子筛对于对二甲苯的选择性而言，MFI与MEL相当，MTW较低。当分子筛孔径与扩散分子的动力学直径接近时，分子筛将表现出较好的择形催化性能。     

正己烷在FAU和MFI型沸石分子筛催化剂上的转化途径

 Based on the reaction pathways of n-hexane over catalysts and the molar selectivity of products, the independent reaction equations of n-hexane over zeolite catalysts are established. The correlation of independent reaction equations with molar selectivity of products is set up, and the molar selectivity of the independent reactions is calculated. The results show that the position of α cracking of C6 carbonium ion is favorable to the middle of carbon chain. The proportion of mono-molecular reactions over catalysts of MFI, MFI+FAU and FAU type are 75.87%,32.01% and 31.46%, respectively. The large products such as propane and propene are generated from both mono-molecular reaction mechanism and bi-molecular mechanism. The ratio of mono-molecular to bi-molecular reaction mechanism of n-hexane over zeolite catalysts is related to zeolite type. The molar selectivity of independent reactions is valid which is proved by n-hexane and H+.     

烃分子尺寸及其与扩散能垒关系的初步研究

 依次采用分子力学、分子动力学、量子力学方法计算得到烃分子的最低能量构象,获得了分子的三维尺寸,并与动力学直径进行了对比分析,并初步研究了烃分子尺寸与在 MFI、FAU 分子筛中扩散能垒的关系。结果表明,在分子筛催化研究中用三维尺寸描述烃分子大小比用动力学直径更合理。与环烷烃、芳烃分子相比,长链烷烃分子结构柔性较大,长链烷烃分子尺寸不能只考虑其最低能量构象的尺寸,还应考虑分子构象的动力学变化。在同一分子筛中,随烃分子最小截面尺寸的增加,扩散能垒增大;同一分子在 MFI 分子筛中的扩散能垒大于在 FAU 分子筛中的扩散能垒。研究结果对于探索分子筛择形催化机理具有一定的理论价值。     

FCC汽油模型化合物在不同分子筛中扩散行为的分子模拟研究

 根据FCC汽油的PONA(Paraffines, Olefines, Naphthenes and Aromatics)分析结果，确定了不同结构的FCC汽油模型化合物。采用半经验量子力学方法计算了所选模型化合物分子的尺寸，用分子动力学方法计算了模型化合物分子在Y、ZSM-5和β分子筛孔道中的扩散能垒。计算结果表明，模型化合物分子在分子筛中的扩散能垒与其自身的尺寸和分子筛孔径大小密切相关。Y和β分子筛孔径较大，不同结构模型化合物分子在这两种分子筛中的扩散能垒差别不大；ZSM-5分子筛的孔径较小，与汽油模型化合物分子尺寸相近，不同结构模型化合物分子在ZSM-5分子筛中的扩散能垒具有明显的差别。实验结果证明，ZSM-5对FCC汽油具有优良的裂化选择性，能够使汽油中的烯烃选择性地裂化为C3、C4烯烃。在降低FCC汽油烯烃含量的同时，实现了增产丙烯的目的。     

VGO分子在FAU分子筛中的扩散研究

应用分子模拟技术计算了VGO模型化合物中刚性基团的尺寸和VGO分子尺寸,利用分子动力学模拟在800K催化裂化反应温度下VGO分子在FAU型分子筛内的扩散过程,并通过计算扩散穿透距离,研究不同类型VGO分子在FAU型分子筛内扩散能力的差异。结果表明:分子中刚性基团的尺寸和VGO分子碳链长度是影响VGO分子在FAU型分子筛内扩散能力的主要因素;直链烷烃的链长增加,烃分子在扩散时易发生卷曲,扩散能力降低;环烷烃、芳烃环数的增加或分子中含有支链会增加烃分子刚性基团的尺寸,进而降低烃分子的扩散能力;烃分子与多环芳烃混合进行扩散,难扩散的多环芳烃占据分子筛孔道,堵塞孔道而降低易扩散烃分子的扩散能力。     

吲哚在FAU分子筛中吸附行为的分子模拟研究

通过分子模拟的方法研究了劣质重油中典型的氮化物(吲哚)在4种不同硅铝比的FAU分子筛上的吸附行为。结果表明:在温度823K下,吲哚在4种FAU分子筛上的吸附量随着压力的增大而增加,并在800kPa左右达到饱和状态;在一定范围内,随着硅铝比的增大,分子筛孔道的自由体积增加,吲哚在FAU分子筛上的饱和吸附量增加;通过Langmuir关联,证明了吲哚在FAU分子筛上的吸附属于单分子层吸附;根据分子模拟结果可从微观角度解释FAU分子筛硅铝比对吲哚吸附性能的影响。     

ZSM—5分子筛晶粒内扩散对烃类裂化反应的影响

在脉冲微反装置上，以４种Ｃ８烷烃异构体为探针分子，系统地考察了它们在晶粒大小不同的ＺＳＭ－５分子筛上的裂化反应行为。实验数据用Ｔｈｉｅｌｅ模数加以关联，并求出效率因子，从而得知晶粒内扩散对反应的影响。还考察了分子筛的外表面、酸性、大晶粒分子筛的硅铝比分布以及反应物的不可逆吸附。研究结果表明，烃类裂化反应受到分子筛晶粒内扩散的影响，且其程度随着反应温度的升高而增大，随着支链的增加而增加。     

Study on Diffusion of Hydrocarbons in FAU and MFI Zeolites by Molecular Simulation and Related Experiments

The diffusion of C4—C24 alkanes, aromatics and cycloalkanes in FAU and MFI zeolites were studied systematically by molecular simulation. The basic data on diffusion energy barriers and the diffusion characteristics of alkanes, cycloalkanes and aromatics in FAU and MFI zeolites were obtained. It was found out that the 12-member-ring openings between the two adjacent super cages limited the diffusion of hydrocarbons in FAU zeolites, and the hydrocarbon molecules diffused more easily in the intersections of MFI zeolite channels than in the straight channels between the intersections. It was more difficult for the molecules to diffuse in the sinusoidal channel of the MFI zeolite than in the straight channel because of the atoms at the corner of sinusoidal channel. The diffusion of three kinds of C6 alkanes was studied by gravity sorption method. The simulation results were well consistent with the experimental results, indicating that the simulation results were convincing.     

噻吩、吡咯、呋喃在H-FAU分子筛中吸附和扩散行为的分子模拟

采用蒙特卡洛方法(GCMC)和分子动力学方法(MD),研究了在823 K、100~1000 kPa条件下噻吩、吡咯和呋喃3种典型的杂原子分子在H FAU分子筛中吸附和扩散性能,分析了3种分子在H FAU分子筛中的概率密度分布、分子扩散动力学和径向分布函数(RDF)。单组分吸附模拟的结果表明,噻吩的饱和吸附量和吸附热最大,吡咯居中,呋喃最小。三元混合组分的吸附模拟表明：噻吩的吸附强度明显大于吡咯和呋喃;3种分子在分子筛的超笼和SOD笼中均有分布,且噻吩在超笼中更加集中;3种分子在孔道中扩散阻力的大小依次为噻吩、吡咯、呋喃;噻吩、吡咯和呋喃主要通过分子环区的离域电子及杂原子与孔道表面H质子进行作用。     

沸石晶内扩散系数的测定

根据ＺＬＣ法测定晶内扩散系数的基本原理,建立了测量误差与参数Ｌ、吸附质最低检测浓度及其精度的理论关系。结合环己烷在ＨＺＳＭ－５、Ｈβ和ΗＹ中扩散系数的测定结果,讨论了为满足ＺＬＣ的基本假设和提高测量精度在试验技术上应注意的问题,并指出了这一方法的应用范围     

MFI/MFI核壳分子筛催化苯甲基化反应性能

Thanks to its 10-membered-ring structure with a three-dimensional uniform pore system and acid distribution,ZSM-5 zeolite is a key catalytic material for benzene methylation with methanol. After epitaxial inter-growth of a denselayer of shell consisting of nano-particles on the conventional ZSM-5 crystal surface, the MFI/MFI core-shell zeolite notonly has much more active surface area, but also can enrich the diffusion and reaction pore system at the same time, whichcan significantly improve its catalytic performance. In contrast to the performance of conventional ZSM-5 catalyst, an indepthinvestigation on the reaction parameters of benzene methylation over the core-shell structured zeolite is of great significance.     

碱处理对ZSM-5分子筛多级孔道结构和扩散性能的影响

以氢氧化钠水溶液处理ZSM-5分子筛,调变分子筛内部孔道结构.使用"零长柱"(ZLC)方法研究不同碱处理时间下环己烷探针分子在ZSM-5分子筛中扩散系数的变化;使用Ar吸附-脱附手段表征碱处理前后样品中微孔和介孔体积、孔径分布变化;并结合透射电镜(TEM)表征研究了不同碱处理扩孔程度下ZSM-5分子筛中介孔的变化和孔道...     

Study on Deactivation and Cracking Performance of Catalysts Containing Y and MFI Zeolites

This article investigated the deactivation caused by hydrothermal treatment and metal contamination of two cracking catalysts containing the Y and ZRP-1 zeolites aimed at maximization of light olefin yield. Test results had shown that the hydrothermal stability and resistance to metal contamination of the ZRP-1 zeolite were apparently better than those of the Y zeolite. Hydrothermal treatment and metal contamination had not only changed the catalytic cracking performance of respective zeolites, but at the same time had also modified to a definite degree of the relative proportions of effective components in these two zeolites and affected the synergistic effects between them, resulting in a relative enhancement of secondary cracking ability of the catalyst and increased olefin selectivity in the FCC products. In the course of application of catalyst for maximization of light olefins yield appropriate adjustment of the relative proportion of two active components can help to alleviate the products distribution and selectivity changes caused by deactivation of FCC catalysts.     

改性Y型沸石的孔结构与扩散性能的研究

沸石晶内的扩散行为与其孔结构有密切关系,本文用不同的处理方法,制备了不同硅铝比和相对结晶度的改性Y型沸石,研究了它们的孔结构和用容量法测定扩散系数间的关系。Y型沸石的脱铝率增高,相对结晶度下降,使沸石晶内的孔结构发生变化。次级孔增加,微孔减少,晶粒的当量直径也减小,这对扩散性能的改善十分有利。低次级孔率时,扩散系数随次级孔量的增加而近似呈线性上升,说明在有次级孔的情况下,沸石晶内的扩散系数的大小不仅与孔道尺寸有关,也与次级孔量有密切的关系。     

改性Y型沸石的结构及酸性质的研究

用ＮＨ４Ｃｌ水溶液及不同温度水蒸气对Ｙ型沸石进行改性，并对改性后的Ｙ型沸石催化剂采用ＴＰＤ、ＩＲ、ＸＲＤ、比表面和孔径分布测定等方法研究了催化剂的晶相结构及表面酸性质