磷改性ZSM-5及其对催化裂化增产丙烯的影响

对催化裂化(FCC)催化剂/助剂进行功能改性是提高丙烯产量、助力炼油厂转型升级的一种简单有效的方法。制备了经过碱处理和不同含量磷改性的ZSM-5分子筛[xP/A/ZSM-5,x表示分子筛磷负载量(以P₂O₅质量分数计),%],将其用于FCC增产丙烯。采用X射线衍射、透射电镜、³¹P固体核磁共振和X射线光电子能谱等表征方法对改性样品的结构、酸性和磷存在形态进行表征,并对其在FCC过程中增产丙烯的性能进行研究。结果表明,所有改性后ZSM-5作用下的丙烯收率均优于改性前ZSM-5分子筛,这与孔体积减小和酸度变化有关。在测试的助剂中,8.0P/A/ZSM-5样品的催化性能最好,丙烯收率为8.62%。对磷与ZSM-5分子筛相互作用机理的研究表明,磷能与骨架铝和非骨架铝相互作用形成AlPO₄物种,并在磷改性分子筛表面检测到了AlPO₄物种。     

β沸石的催化裂化反应性能

分别以催化汽油、直馏柴油、重油为原料,对硅/铝比(n(SiO2)/n(Al2O3))为14的β沸石和硅/铝比(n(SiO2)/n(Al2O3))为31的ZSM-5分子筛催化剂的催化裂化反应性能进行了对比评价.结果表明,β沸石对汽油组分的选择裂化能力弱于ZSM-5分子筛,而对柴油组分的裂化能力强于ZSM-5分子筛.β沸石作为助剂在催化裂化反应中有利于减少汽油损失、提高重油转化和轻油收率,也可起到增产丙烯、提高汽油辛烷值的作用.     

磷-过渡金属复合改性ZSM-5分子筛及其在增产丙烯催化剂中的应用

以磷酸氢二铵和过渡金属盐溶液为改性剂,ZSM-5分子筛为原料,采用过量溶液浸渍法制备了磷-过渡金属复合改性ZSM-5分子筛,并对其性质进行了表征。在此基础上,制备了用于增产丙烯的催化裂化(FCC)催化剂。选用中国石油兰州石化公司300万t/a FCC装置的混合原料,在ACE微反装置及XTL-5提升管装置上,对制备的催化剂反应性能进行了评价。结果表明:与改性前相比,改性后ZSM-5分子筛的颗粒分散均匀,粒径较小,B酸量/L酸量高,微反活性稳定性提高;采用改性后ZSM-5分子筛制备的FCC催化剂,催化性能明显提高,丙烯收率和选择性分别提高了2.63,2.01个百分点,重油收率降低了2.52个百分点,液化气和总液体收率分别提高了6.29,2.24个百分点,研究法辛烷值提高了0.85个单位。     

以苏州高岭土为原料合成ZSM-5分子筛

以苏州高岭土为原料,在水热体系中成功地合成了ZSM-5分子筛.采用XRD,SEM,FT-IR及N2吸附手段对合成的ZSM-5分子筛的结构及酸性分布进行了表征;以大庆VGO为原料,在重油微反装置上对合成的ZSM-5分子筛催化剂进行了催化性能评价.结果表明,这种ZSM-5分子筛与化学合成法得到的ZSM-5分子筛物化性质类似,具有良好的结晶度.这种合成的ZSM-5分子筛中强酸都是以B酸为主,L酸量较少,有利于催化裂化反应的进行;这种合成的ZSM-5分子筛催化剂作为普通催化裂化催化剂的添加剂,使丙烯收率由7.12%上升到9.78%,液化石油气收率由22.97%上升到29.88%,对丙烯具有较好的选择性,增产丙烯效果明显.     

金溶胶法制备Au/ZSM-5催化剂及其轻柴油催化裂化多产丙烯反应性能

以柠檬酸钠为保护剂,硼氢化钠为还原剂制备金溶胶,然后将金溶胶负载在ZSM-5分子筛上再经焙烧去除保护剂得到不同载金量的Au/ZSM-5催化剂,并以轻柴油催化裂化增产丙烯为探针反应,考察了载金催化剂的催化性能。采用XRD、FTIR、ICP-AES、N₂吸附-脱附、NH₃-TPD、Py-IR、HRTEM等方法对所得催化剂的物理化学性质进行表征。实验结果表明,微量金纳米粒子(不高于0.1%(w)Au)的引入,在几乎不影响ZSM-5分子筛酸性质及孔道结构的情况下,有效实现了丙烯的高产率,同时降低反应温度。表征结果显示,该制备过程最大程度地保留了母体ZSM-5分子筛的物理化学性质,同时又凸显出纳米金独特的催化性能。     

甲醇转化制丙烯技术进展

简要介绍了丙烯的产需状况和新的丙烯生产技术的开发情况,综述了用于甲醇转化制丙烯的 ZSM-5分子筛催化剂的研究进展,重点介绍了 ZSM-5分了筛的晶粒尺寸、硅铝比和改性方法(磷改性、水热处理和碱土金属改性等)对其催化性能的影响。ZSM-5分了筛晶粒尺寸减小,有利于丙烯的扩散从而使丙烯的收率提高;合适的硅铝比以及适当的化学改性可有效调节 ZSM-5分子筛的表面酸性和孔径大小,提高丙烯的选择性和催化剂的稳定性。     

烯烃催化裂解增产丙烯和乙烯的技术

从小晶粒ZSM-5分子筛的合成、分子筛的修饰改性、烯烃裂解反应机理等方面介绍了上海石油化工研究院在烯烃催化裂解增产丙烯技术方面的研究工作.水热方法合成了晶粒大小在0.2～30μm之间3种规格的ZSM-5分子筛,对3种催化剂进行了表征,并考察了它们对烯烃裂解反应的催化活性.实验结果表明,小晶粒的分子筛具有较高的容碳能力和更好的催化稳定性;通过多种金属氧化物对ZSM-5分子筛进行复合组装、改性,大大提高了催化剂的水热稳定性,催化剂的再生周期达到3 100h,丙烯、乙烯单程收率分别达到38%和13%;反应机理研究表明,分子筛上的B酸中心是烯烃催化裂解反应的活性中心,碳四烯烃首先通过聚合反应生成C8烯烃,然后根据正碳离子、β键断裂机理发生断链反应.     

混合C4烯烃催化裂解制丙烯

以固定流化床工艺研究了不同硅铝比的改性ZSM-5分子筛对混合C4烯烃催化裂解制丙烯、乙烯的影响,并进行了工艺条件实验.结果表明,提高分子筛催化剂的硅铝比对丙烯选择性有利,而乙烯的选择性降低;在温度550℃、空速10 h-1、水油质量比0.6/1的条件下,丙烯收率31%,选择性45.6%.适量磷改性的催化剂在经过700℃17 h的水热老化后,丙烯的收率仍达到28%以上,表现出良好的水热稳定性.     

增产丙烯助剂LPI-1的工业应用

LPI-1是催化裂化增产丙烯助剂，该助剂使用改性ZSM-5择形分子筛选择性裂化轻油中的烯烃和烷烃，提高对丙烯的选择性，达到增产丙烯的目的。经工业催化裂化装置的应用结果表明：LPI-1约占催化裂化系统藏量5％时，可使催化裂化装置的丙烯收率提高1．02个百分点以上，总液收基本保持不变。使LPI-1增产丙烯助剂后，装置的经济效益有明显提高。     

催化裂化过程中影响丙烯和丁烯选择性的因素

采用ACE评价装置研究了重油催化裂化过程中丙烯和丁烯选择性的影响因素。结果表明:随着反应温度的升高,丙烯、丁烯选择性存在极大值,且丁烯选择性的极值温度低于丙烯;随反应剂油比的增大,丙烯和丁烯选择性均呈下降趋势,但丁烯选择性的下降幅度明显大于丙烯;随择形分子筛ZSM-5含量的增加,丙烯选择性有所提高,但丁烯选择性下降;ZSM-5改性方式同时影响丙烯和丁烯选择性;随Y型分子筛晶胞常数的增大,丙烯、丁烯选择性均下降,且丁烯选择性下降幅度大于丙烯。     

基于Y型沸石的解聚制备ZSM-5/Y沸石催化材料

以工业NaY沸石在碱性环境下解聚形成的硅、铝物种作为ZSM-5沸石生长的部分原料,通过补加适宜的硅物种和模板剂等,成功得到了具有核-壳结构的ZSM-5/Y沸石催化材料。采用XRD、FT-IR、NH3-TPD、SEM、EDS等对合成的材料进行表征,并以异丙苯和正庚烷的催化裂化反应评价了该复合材料作为裂解催化剂的催化活性,并与对应的机械混合物比较。结果表明,ZSM-5/Y沸石复合物的形成是一个由Y型沸石向ZSM-5沸石转变的过程,后合成的ZSM-5沸石包裹Y型沸石进行生长,形成以多晶Y型沸石为核,ZSM-5沸石为壳的复合物。ZSM-5/Y沸石复合物与对应的机械混合物的性质存在显著差异,并非两种沸石的简单加和。与对应的机械混合物相比,ZSM-5/Y沸石复合物催化正庚烷裂化反应的正庚烷转化率更高,低碳烃,特别是乙烯和丙烯的选择性更高;催化异丙苯裂化时,异丙苯转化率较低,壳层的孔道结构是其主要影响因素。     

Zn/ZSM-5中Zn的赋存状态对其催化性能的影响

利用原位水热合成法、液相离子交换法、等体积浸渍法、机械混合法以及固相离子交换法制备具有不同赋存状态的Zn/ZSM-5分子筛，并通X射线衍射、透射电镜、27Al魔角旋转核磁共振谱等手段对Zn的赋存状态进行全面表征。结果表明：利用原位水热合成以及液相离子交换法可使Zn物种以Zn2＋形式迁移至分子筛阳离子位；机械混合法以及固相离子交换法可使Zn物种以骨架外ZnO的形式赋存于分子筛表面；等体积浸渍法引入的Zn物种同时以赋存于阳离子位的Zn2+以及分子筛外表面的ZnO颗粒形式存在；Zn物种与分子筛之间的协同作用使得Zn/ZSM-5分子筛在正庚烷催化裂解反应中提高了BTX（苯、甲苯、二甲苯）的收率及选择性。     

Zn/ZSM-5中Zn的赋存状态对其催化性能的影响

利用原位水热合成法、液相离子交换法、等体积浸渍法、机械混合法以及固相离子交换法制备具有不同赋存状态的Zn/ZSM-5分子筛,并通X射线衍射、透射电镜、27Al魔角旋转核磁共振谱等手段对Zn的赋存状态进行全面表征。结果表明：利用原位水热合成以及液相离子交换法可使Zn物种以Zn2＋形式迁移至分子筛阳离子位;机械混合法以及固相离子交换法可使Zn物种以骨架外ZnO的形式赋存于分子筛表面;等体积浸渍法引入的Zn物种同时以赋存于阳离子位的Zn2+以及分子筛外表面的ZnO颗粒形式存在;Zn物种与分子筛之间的协同作用使得Zn/ZSM-5分子筛在正庚烷催化裂解反应中提高了BTX（苯、甲苯、二甲苯）的收率及选择性。     

催化裂化过程中β分子筛增产丙烯作用的研究

对超稳Y分子筛、改性β分子筛和改性ZSM-5分子筛进行了NH3-TPD酸性表征,结果表明改性β分子筛的酸性质介于超稳Y分子筛和改性ZSM-5分子筛之间。选用不同分子尺寸的正己烷、正癸烷和轻柴油为原料进行了微反评价,结果表明三种分子筛由于孔结构和酸性质的不同,对不同尺寸的烃分子具有不同的裂解能力和产品分布。改性β分子筛能生产更多的C3=优质前身物C5=~C8=。然后对三种分子筛的混合样品进行了重油微反评价,结果表明改性β分子筛在超稳Y分子筛和改性ZSM-5分子筛之间起到了接力作用,三种分子筛的组合物表现出最高的丙烯收率和选择性。     

高硅ZSM-5分子筛介孔化及其催化裂解性能

采用不同浓度的Na2CO3溶液对高硅ZSM-5分子筛进行改性使其介孔化。对改性前后的ZSM-5分子筛进行了XRD、SEM、N2-吸附脱附和NH3-TPD等表征,并在小型固定床装置上考察了介孔化对正己烷催化裂解反应性能的影响。结果表明,调变Na2CO3溶液的浓度可以在保持骨架的同时产生介孔,增大分子筛的介孔孔容和总孔容,有效地调变分子筛的孔径分布;Na2CO3溶液改性ZSM-5分子筛对其正己烷的催化裂解活性几乎没有影响,但是由于介孔化处理优化了分子筛的扩散性能,在一定程度上减少了氢转移等二次反应,从而提高了丙烯的收率,丙烯的选择性明显增加。     

催化剂中Y与ZSM-5分子筛比例对裂化、齐聚和氢转移反应的协作影响

本研究的目的是通过考察催化剂中Y分子筛和ZSM-5分子筛的优化组成,来开发新型催化剂以实现催化裂化过程中同时获得低烯烃含量汽油和高丙烯产率。本研究中制备了5种不同Y分子筛和ZSM-5分子筛比例的复配催化剂,采用小型固定流化床反应器,以催化汽油为原料,在480℃反应温度下考察了复配催化剂中Y和ZSM-5的协同作用对质子化裂化、β-断裂、齐聚和氢转移反应选择性的影响。结果表明：复配分子筛催化剂（Y：ZSM-5=1：4）具有最高的质子化裂化和β断裂反应的能力,甚至高于纯ZSM-5分子筛催化剂。另一方面,复配分子筛催化剂（Y：ZSM-5=3：2）的氢转移反应能力最高,而纯Y分子筛催化剂具有最高的齐聚反应能力。对所有5种催化剂而言,提高转化率均会增强质子化裂化和氢转移反应的选择性,但会减少β-断裂反应的选择性。然而,转化率增加时,齐聚反应的选择性未见明显增加。     

分子筛孔结构对正己烷催化裂解性能的影响

采用小型固定床实验装置考察了正己烷在4种分子筛上的催化裂解反应性能。结果表明:孔结构对正己烷催化裂解产物分布和积炭失活有着显著的影响;在所考察的4种分子筛中,孔径越小,越有利于单分子裂解,越不利于氢转移反应,乙烯和丙烯的选择性越高;ZSM-35上乙烯和丙烯的初始选择性虽然最高,但其积炭失活较严重,而ZSM-5分子筛表现出了较好的低碳烯烃选择性和抗积炭性,其双烯选择性为45.06%,且反应4h后转化率仅下降4%左右。     

ZSM-5分子筛介孔化及其在多产低碳烯烃中的应用

以ZSM-5分子筛为原料,分别采用碱或酸碱协同改性制备出介孔ZSM-5分子筛,运用X射线衍射仪、N₂吸附-脱附仪、傅里叶红外光谱仪等仪器对其进行了表征,并在先进催化裂化装置(ACE)上考察了其催化裂化反应性能。结果表明：单纯碱处理或酸碱协同处理均可对分子筛进行介孔化,使介孔体积和比表面积增加,B酸增多,但介孔分子筛的水热稳定性有所降低。ACE评价结果表明：与工业ZSM-5分子筛相比,酸碱协同处理ZSM-5分子筛具有更强的多产低碳烯烃能力,低碳烯烃收率增加了1.37个百分点,其中丙烯、丁烯收率分别增加了0.77,0.60个百分点。