SAPO-34分子筛晶粒大小和形貌的影响因素及其控制研究进展

SAPO-34分子筛被认为是甲醇催化转化制低碳烯烃(MTO)最适用的催化剂。然而,传统的SAPO-34分子筛催化剂极易发生积碳失活,寿命较短。研究表明,小晶粒SAPO-34分子筛可以有效地提高催化剂使用性能。文章介绍了小晶粒SAPO-34分子筛具有的特性以及晶粒大小和形貌的影响因素及其控制,进一步分析了催化剂晶粒大小和形貌对MTO反应的影响,并提出改善MTO催化剂使用性能的建议。     

SAPO-34和HZSM-5机械混合分子筛在甲醇制丙烯反应中的应用

采用机械复合的方法制备不同比例SAPO-34和HZSM-5的混合分子筛。利用XRD、SEM、FT-IR、BET和NH3-TPD等手段对样品进行物性和酸性表征,并考察各分子筛催化剂在甲醇制烯烃(MTO)反应中的催化性能。结果表明,部分小颗粒的HZSM-5粘连附着于大颗粒的SAPO-34表面上; SAPO-34和HZSM-5机械混合可以调节催化剂的酸性和微介孔结构;机械混合分子筛在MTO反应中有较高的催化剂寿命和丙烯选择性;在MSZ-90%混合分子筛上,当反应20 h时,丙烯的选择性高达48. 9%,丙烯/乙烯比为4. 0。     

用于甲醇制烯烃SAPO-34分子筛的研究进展

具有CHA结构的SAPO-34分子筛因其优异的理化性质被认为是甲醇制烯烃(MTO)工艺的最佳催化剂,但CHA结构中狭窄的八元环孔会限制扩散,使催化剂易于失活降低使用寿命.本文从构建多级孔结构和减小分子筛粒径入手,综述了具有优异的MTO催化性能的多级孔和纳米级SAPO-34分子筛的最新进展,分析不同制备方法对SAPO-3...     

多级孔SAPO-34分子筛的合成研究进展

具有CHA拓扑结构的SAPO-34催化剂被广泛应用于是甲醇制低碳烯烃工艺(MTO)。该种催化剂的多孔结构和表面酸性,能使其在MTO催化反应中获得优异的催化性能。然而,在MTO反应中,SAPO-34分子筛催化剂极易在外表面、笼和微孔孔隙,特别是在微孔孔隙中形成类积碳物质,堵塞孔隙结构,覆盖酸中心,导致催化剂寿命缩短。国内外诸多学者都对多级孔分子筛进行了研究,并取得了相关成果,本文在对这些成果进行总结分析的基础上,指出了当前亟待解决的问题,并作出展望,以期为该领域的进一步研究提供参考。     

甲醇制烯烃(MTO)用SAPO-34分子筛催化剂研究新进展

由于孔径较小、酸性适中、水热稳定性较强,SAPO-34分子筛被认为是甲醇制烯烃(MTO)工艺的最佳催化剂而受到广泛关注。合成SAPO-34分子筛的影响因素有模板剂、原料、硅铝比,反应条件等。本文综述了SAPO-34分子筛改性方面的研究进展,并对未来高性能SAPO-34分子筛的发展进行了展望。     

多级孔ZSM-5/SAPO-34复合分子筛制备及催化MTO性能研究

为制备性能更加优异的甲醇制烯烃（MTO）催化剂及进一步探究多级孔道对MTO催化反应的影响,采用柠檬酸溶液（CA）运用后处理方法对复合分子筛进行刻蚀,成功制备了具有多级孔道结构的ZSM-5/SAPO-34复合分子筛（CA-Z-S）。对复合分子筛的晶相、骨架、孔结构等理化性质进行了表征;将复合分子筛用于催化MTO反应,考察了复合分子筛的催化性能。表征结果表明,使用CA处理对ZSM-5/SAPO-34复合分子筛的形貌、结构会产生影响,使CA-Z-S具有更紧密的复合结构、适量的弱酸中心和多级孔道复合结构。催化测试结果表明,甲醇转化率达到100%时,CA-Z-S的寿命为1 200 min,较SAPO-34提高79%,较ZSM-5/SAPO-34提高30%;CA-Z-S对轻烯烃的选择性达到90.5%,较SAPO-34提高约3.7%。研究结果表明,利用CA对复合分子筛进行后处理,有利于复合分子筛催化MTO反应性能的提升。     

Fe,Co,Ni改性SAPO-34分子筛上MTO反应的理论研究

为明确分子筛对MTO反应的催化活性和产物选择性的影响,采用色散力矫正的密度泛函理论方法,以SAPO-34分子筛为催化剂,考察了3种不同金属Fe、Co和Ni改性的SAPO-34分子筛布朗斯特(Brnsted,B酸)酸强度的变化,并研究不同酸性的催化剂对甲醇制烯烃(MTO)反应中的低碳烯烃催化活性和选择性的影响及2者间的关联。通过计算去质子化能比较改性前、后SAPO-34分子筛的酸性强度变化,酸性强度顺序为Fe APO-34Co APO-34SAPO-34Ni APO-34。通过计算MTO反应克服的反应能垒,比较低碳烯烃的催化活性和选择性,Fe、Co、Ni金属改性的SAPO-34分子筛对乙烯生成反应的催化活性顺序为Fe APO-34≈Ni APO-34Co APO-34;对丙烯生成反应的催化活性顺序为Fe APO-34≈Co APO-34Ni APO-34;Ni原子的引入比Fe、Co原子的引入提高了乙烯的选择性,而Fe、Co原子的引入比Ni原子的引入提高了丙烯的选择性。     

甲醇制烯烃的催化剂研究进展

甲醇制烯烃(MTO)技术是目前最有前景取代油制烯烃的新型工艺路线,而催化剂的研发是其技术的关键。作为MTO反应的核心,催化剂的合成与制备一直是人们研究的重点。综述了甲醇制烯烃反应催化剂的研发历程,总结了合成SAPO-34分子筛的主要影响因素,分析了近年来MTO催化剂的技术方向。     

草酸溶液处理对SAPO-34分子筛物性和催化性能的影响

用XRD、SEM、N₂物理吸附、XRF、ICP-AES以及NH₃-TPD、FT-IR、固体NMR和固定床甲醇制烯烃技术（MTO）反应评价等表征手段,研究了草酸溶液处理对SAPO-34分子筛的改性作用。结果表明,用草酸溶液对SAPO-34分子筛进行后处理可以通过刻蚀骨架在晶体中产生大孔,调变孔道结构,改善微孔扩散性能;选择性地降低分子筛的骨架硅含量,从而降低分子筛的酸强度和酸中心密度。将改性前后的分子筛应用于MTO反应中。评价结果表明,适度的酸处理能够在保证分子筛收率和乙烯、丙烯选择性的前提下,明显提高催化剂的单程寿命。草酸溶液处理是一种值得研究的SAPO-34分子筛后处理改性方法和MTO催化剂制备手段。     

高性能甲醇制低碳烯烃催化剂SAPO-34分子筛的研究进展

从SAPO-34分子筛在甲醇制低碳烯烃过程中(MTO)的催化作用及失活机理出发,分析了影响SAPO-34分子筛催化性能的重要因素,在调节活性位和改善传质两方面综述了近年来在提高SAPO-34分子筛MTO催化单程寿命和双烯选择性方面的研究进展,并对未来高性能SAPO-34分子筛合成的发展进行展望。     

Kinetics of steam regeneration of SAPO-34 zeolite catalyst in methanol-to-olefins (MTO) process

Methanol-to-olefins(MTO) is industrially applied to produce ethylene and propylene using methanol converted from coal,synthetic gas,and biomass.SAPO-34 zeolites,as the most efficient catalyst in MTO process,are subject to the rapid deactivation due to coke deposition.Recent work shows that steam regeneration can provide advantages such as low carbon dioxide emission and enhanced light olefins yield in MTO process,compared to that by air regeneration.A kinetic study on the steam regeneration of spent SAPO-34 catalyst has been carried out in this work.In doing so,we first investigated the effect of temperature on the regeneration performance by monitoring the crystal structure,acidity,residual coke properties and other structural parameters.The results show that with the increase of regeneration temperature,the compositions of residual coke on the catalyst change from pyrene and phenanthrene to naphthalene,which are normally considered as active hydrocarbon pool species in MTO reaction.However,when the regeneration temperature is too high,nitrogen oxides can be found in the residual coke.Meanwhile,as the regeneration temperature increases,the quantity of residual coke reduces and the acidity,BET surface area and pore structure of the regenerated samples can be better recovered,resulting in prolonging catalyst lifetime.We have further derived the kinetics of steam regeneration,and obtained an activation energy of about 177.8 kJ·mol~(-1).Compared that with air regeneration,the activation energy of steam regeneration is higher,indicating that the steam regeneration process is more difficult to occur.     

再生时间对甲醇制烯烃催化剂水蒸气再生过程的影响

对甲醇制烯烃（MTO）过程失活催化剂采用水蒸气再生不仅可以减少二氧化碳排放,而且能提高低碳烯烃选择性,具有很好的应用前景。本文针对工业MTO过程使用的SAPO-34分子筛催化剂,研究了再生时间对水蒸气再生过程的影响。采用XRD、NH₃-TPD、TGA、FTIR、GC-MS以及N₂物理吸脱附表征手段对再生催化剂样品的晶体结构、酸性、残炭性质以及结构参数进行了表征,并考察再生催化剂的MTO反应性能。结果表明,再生时间越长,再生催化剂上残炭量越低,其酸性、比表面积和孔结构等能较好地恢复,在MTO反应中表现出更长的催化寿命。在再生过程中,催化剂上的残炭物种由芘、菲等大分子量的有机物转变为对MTO具有反应活性的萘等小分子有机物;但是可溶性残炭物种随着再生时间的延长而减少,从而使得初始低碳烯烃选择性有所降低。     

硅溶胶粒径大小对SAPO-34合成及甲醇制烯烃催化性能的影响

在合成SAPO-34的过程中加入不同粒径的硅溶胶来考察其对分子筛酸性和甲醇制烯烃（MTO）性能的影响。采用XRD、SEM、FTIR、NH₃-TPD和²⁹Si MAS NMR等表征手段对合成的分子筛进行表征,并通过固定床反应器对制备的SAPO-34分子筛进行MTO催化性能评价。实验结果表明,不同粒径的硅溶胶对合成的分子筛酸性有很大影响,通过NH₃-TPD表征结果可以看出,随着硅溶胶粒径的增大,分子筛的强酸量、弱酸量均降低。由分子筛的NMR表征结果发现,大颗粒硅溶胶合成的SAPO-34分子筛中存在硅岛。从MTO性能评价结果可以发现,适宜的硅溶胶粒径更有利于提高催化剂的双烯选择性和催化寿命。     

Busting the efficiency of SAPO-34 catalysts for the methanol-to-olefin conversion by post-synthesis methods

As an effective non-petroleum based process for producing light olefins, the methanol-to-olefin(MTO) route has become an indispensable alternative to the industrial production of light olefins. The silicoaluminophosphate SAPO-34 zeolite(CHA-type structure) has proven to be an efficient industrial catalyst for the production of ethylene and propylene by the MTO reaction. However, the inherent structure and related diffusion limitations of SAPO-34 limit the mass transport and thus cause rapid deactivation of the catalyst. Fabrication of hierarchical SAPO-34 zeolite is one of the most effective strategies to address the intrinsic diffusion limitation. As simple, inexpensive, and efficient approach, the post-synthetic route has attracted considerable attention and widely used to introduce secondary meso-/macropores into the microporous SAPO-34 material. Significant effort has been dedicated to the development of post-synthesis strategies to prepare hierarchical SAPO-34 zeolite, thereby enhancing its catalytic performance in the MTO process. This mini-review addresses the post-synthesis preparation of hierarchical SAPO-34 catalysts and their MTO performance. Furthermore, some current problems and prospects of the post-synthesis route to hierarchical SAPO-34 catalysts are also revised. We expect this minireview to inspire the more efficient preparation of hierarchical SAPO-34 catalysts for the MTO process.     

Busting the efficiency of SAPO-34 catalysts for the methanol-to-olefin conversion by post-synthesis methods

As an effective non-petroleum based process for producing light olefins, the methanol-to-olefin (MTO) route has become an indispensable alternative to the industrial production of light olefins. The silicoaluminophosphate SAPO-34 zeolite (CHA-type structure) has proven to be an efficient industrial catalyst for the production of ethylene and propylene by the MTO reaction. However, the inherent structure and related diffusion limitations of SAPO-34 limit the mass transport and thus cause rapid deactivation of the catalyst. Fabrication of hierarchical SAPO-34 zeolite is one of the most effective strategies to address the intrinsic diffusion limitation. As simple, inexpensive, and efficient approach, the post-synthetic route has attracted considerable attention and widely used to introduce secondary meso-/macropores into the microporous SAPO-34 material. Significant effort has been dedicated to the development of post-synthesis strategies to prepare hierarchical SAPO-34 zeolite, thereby enhancing its catalytic performance in the MTO process. This mini-review addresses the post-synthesis preparation of hierarchical SAPO-34 catalysts and their MTO performance. Furthermore, some current problems and prospects of the post-synthesis route to hierarchical SAPO-34 catalysts are also revised. We expect this minireview to inspire the more efficient preparation of hierarchical SAPO-34 catalysts for the MTO process.     

利用聚乙烯亚胺对SAPO-34分子筛进行改性

以阳离子聚合物聚乙烯亚胺(PEI)为介孔模板剂对SAPO-34分子筛进行改性,考察了一定晶化温度和晶化时间下PEI分子量对SAPO-34分子筛孔结构以及比表面积的影响。结果表明,PEI的引入会导致SAPO-34分子筛结晶度下降;随着PEI分子量增加,表面积略有下降,孔体积基本不变,孔径逐渐增大。对制备的介孔SAPO-34分子筛的MTO反应性能进行测试,结果表明,与未加入PEI的分子筛相比,利用PEI改性的分子筛在MTO中丙烯选择性明显提高,烯烃总选择性上升,并且随着PEI分子量增加,烯烃总选择性也随之提高。     

甲醇制烯烃催化剂SAPO-34分子筛的制备和喷雾成型

SAPO-34分子筛用于催化甲醇转化制烯烃,乙烯和丙烯选择性高,是很好的甲醇制烯烃催化剂。由于SAPO-34分子筛失活速率快,甲醇制烯烃反应器通常是连续循环再生的流化床反应器,SAPO-34分子筛必须喷雾成型并达到一定抗磨强度后才能使用。在50 L反应釜合成了SAPO-34分子筛,并在中试喷雾装置上,以SAPO-34为活性组分喷雾成型甲醇制烯烃催化剂。结果表明,喷雾成型甲醇制烯烃催化剂的抗磨损指数为1.58%·h-1,抗磨性能达到工业应用要求,与两种工业甲醇制烯烃催化剂对比,喷雾成型甲醇制烯烃催化剂寿命最长,达260 min,乙烯、丙烯选择性以及乙烯+丙烯总选择性在对应的各个反应时间点均最高,260 min分别达到49.09%、35.05%和84.98%。     

复合模板剂诱导合成SAPO-34分子筛及其MTO性能研究

利用传统水热合成方法,分别采用单一模板剂、混合模板剂合成纯相SAPO-34分子筛,采用XRD、BET、SEM、NH3-TPD和FTIR对样品进行表征,考察其在甲醇制烯烃反应中的催化性能。结果表明,混合模板剂诱导合成的SAPO-34分子筛具有较小的颗粒尺寸,较大的比表面积和适宜的酸性,可以在MTO反应中表现出更优的催化性能。结果发现,MORTEAOH混合模板剂合成的SAPO-34分子筛的催化寿命达320 min,双烯选择性超过82%。     

甲醇制烯烃反应工艺、反应机理及其动力学研究进展

甲醇制烯烃工艺近年来已成为煤化工领域的研究热点。不同的甲醇制烯烃催化剂将导致不同的反应过程,以SAPO-34为催化剂时,甲醇主要遵循烃池机理,通过快速的平行反应直接生产乙烯和丙烯(MTO)等低碳烯烃;以ZSM-5为催化剂时,甲醇主要遵循双循环机理中的烯烃循环机理,通过甲基化-裂解等多步反应间接生产丙烯(MTP)。这种反应特征的不同也决定着反应器类型和工艺条件的不同:SAPO-34催化剂易失活的特性决定了工业MTO过程通常采用易再生的流化床反应器从甲醇一步生成乙烯和丙烯,而具有良好抗结焦能力的ZSM-5催化剂使得工业MTP过程通常选择易放大的固定床反应器,通过大量烯烃循环与分离逐步获得丙烯。针对SAPO-34催化剂上MTO过程以及ZSM-5催化剂上MTP过程的不同反应情况,综述了近年来甲醇制烯烃代表性的反应工艺、反应机理以及反应动力学等方面的研究进展,并根据其存在的问题提出了相应的发展方向。