乙苯工艺技术开发及工业应用进展（英文）

乙苯是重要的基本有机化工原料,主要用于生产苯乙烯,进而作为合成橡胶和塑料等高分子材料的单体.乙苯的生产主要采用苯和乙烯的烷基化工艺.传统的AlCl_3法由于存在设备腐蚀和环境污染等问题已逐步被环境友好的分子筛烷基化法取代.分子筛烷基化法分为气相法和液相法.气相烷基化催化剂为ZSM-5分子筛,例如Mobil-Badger气相烷基化工艺;液相烷基化催化剂有Y,Beta和MCM-22分子筛,例如Lummus/UOP的EBOne工艺和Mobil-Raythen的EBMax工艺.近年来,随着经济的发展,全球范围内乙苯需求量逐年增加,产能也逐渐扩大.尤其在中国大陆,目前乙苯产能居世界首位,其乙苯工艺技术的开发也最为活跃.经过20多年的发展,苯烷基化制乙苯工艺取得了长足发展.中国科学院大连化学物理研究所在成功合成ZSM-5/ZSM-11分子筛的基础上,与中国石化、中国石油联合开发了苯与干气气相烷基化制乙苯工艺;中国石化上海石油化工研究院则以ZSM-5分子筛为基础,开发了适应原料多样性的苯气相烷基化制乙苯催化剂和工艺技术,可以采用石油苯、焦化苯、纯乙烯、乙醇和稀乙烯为原料;石油化工科学研究院则开发了基于Beta分子筛的苯与乙烯液相烷基化催化剂及液相循环烷基化工艺.以上催化剂及工艺技术均已工业化应用.此外,实现催化烷基化与分离同时进行的催化蒸馏工艺以及乙烷脱氢再与苯烷基化的两段法制乙苯工艺的研究也取得了一定进展.在苯烷基化制乙苯工艺中,气相法操作温度高,苯与乙烯进料摩尔比高,因而能耗高,同时二甲苯含量高,产品纯度低.液相烷基化工艺则具有温度低和苯/烯比低的特点,其能耗控制及产品质量均优于气相法工艺.但是,液相反应中的扩散阻力大,孔道为10元环的ZSM-5分子筛失活迅速,因而选用了具有12元环孔道的Y,Beta和具有表面12元环碗状半超笼的MCM-22分子筛为催化剂.然而,液相法工艺的苯与乙烯进料摩尔比仍然远高于理论化学计量比,其产品中含有一定比例的多乙基苯(主要是二乙苯),需采用烷基转移过程将多乙基苯与苯反应生成乙苯.进一步降低苯/烯比、提高单乙苯选择性是未来乙苯工艺开发的努力方向.研究表明,介孔分子筛及纳米片状分子筛在苯烷基化反应中具有优于常规分子筛的催化表现,即更高的乙烯转化率和乙苯选择性.其原因在于,扩散是影响苯烷基化反应性能的关键因素,扩散性能的改善使得产物从活性位解吸后更容易扩散出去,进而空出活性位并进一步催化新的底物.同时,单烷基化产物与新的烷基化试剂进一步发生烷基化的几率降低,提高了单烷基化产物的选择性.因而,采用扩散性能更好的催化剂催化苯烷基化反应前景看好,关键问题在于如何简单并廉价地获取该类材料.另外,虽然分子筛催化苯烷基化是一个环境友好的工艺过程,但是在分子筛催化剂制备过程中会产生环境污染.同时,失活催化剂的处理也是需要考虑的问题.开发分子筛的绿色合成技术,减轻甚至消除环境污染是一个值得努力的方向;开发失活催化剂的综合利用技术,如采用失活催化剂为原料用于分子筛的合成,可以作为环境保护的有效手段.     

纳米分子筛在炼油和石油化工中的应用

介绍了纳米ZSM-5分子筛的合成及其在直馏汽油非临氢改质中的应用、纳米β分子筛的合成及其在苯与乙烯液相烷基化中的应用、纳米空心钛硅分子筛(HTS)的合成及其在环己酮氨肟化过程中的应用以及纳米Silicalite-1分子筛的合成及其在环己酮肟气相贝克曼重排生产己内酰胺中的应用,并简要综述了上述纳米分子筛合成和应用方面的最新研究进展. 结果表明,对于炼油和石油化工中易结焦失活的催化反应过程,分子筛的纳米化可抑制催化剂快速失活,延长催化剂寿命.     

在AF-5分子筛催化剂上苯烷基化反应的失活动力学研究

用稀土交换的X型分子筛、ZSM-5分子筛和氢型丝光沸石等催化剂可以催化苯气相烷基化反应.为开发苯烷基化新工艺,有必要建立描述失活过程的动力学方程.国外对失活的研究十分活跃,召开了两次专题会议,出版了论文集.本文采用磁驱动内循环无梯度反应器,以苯、乙烯为原料,AF-5分子筛为催化剂,研究了在340～420℃范围内苯烷基化反应的失活动力学.所用AF-5分子筛属ZSM-5系列,比表面为341.1m~2/g,晶粒度为0.04～0.08μ.产物分析所用色谱柱的担体为10％硅酮Ⅰ/釉化6201,柱温130℃,     

不同粒径ZSM-5分子筛在苯与甲醇烷基化反应中催化性能及反应条件优化

采用水热合成法合成了不同粒径的ZSM-5分子筛催化剂,系统考察了分子筛粒径变化对苯与甲醇烷基化反应的影响。研究结果表明,随着ZSM-5分子筛粒径增大,不但苯的转化率和二甲苯选择性降低,而且催化剂稳定性明显下降。其中,粒径为0.25 μm的ZSM-5分子筛在苯烷基化反应中的催化性能最佳,且催化剂稳定性最好。另外,采用拉曼光谱和热重等方法对催化剂积碳物种和失活机理进行了深入研究,发现催化剂失活主要是由于反应过程中生成的大分子稠环芳烃堵塞了分子筛孔道并覆盖活性位点造成的。最后,考察了反应温度、原料组成及空速对苯烷基化反应的影响并优化出最佳的苯烷基化反应条件。     

晶化时间对ZSM-5分子筛物化性质及催化性能的影响

 考察了ZSM－5分子筛在晶化过程中的变化规律及其在苯与乙烯气相烷基化制乙苯反应中的催化性能．结果表明,当晶化时间为70h时,分子筛晶体开始出现;晶化90h时无定形物相基本消失．晶化时间从90h再延长至150h,ZSM－5分子筛晶粒的大小、形貌和体相硅铝比都基本不变,但分子筛表面的硅铝比逐渐降低．以晶化时间为90h的ZSM－5分子筛原粉为活性组元制备的催化剂,对苯与乙烯气相烷基化制乙苯反应表现出最佳的催化性能．     

气相色谱-质谱联用研究β-甲基萘的长链烷基化

以气相色谱．质谱联用技术为主要分析手段，研究了三氯化铝或HY沸石分子筛催化阻甲基萘的长链烷基化，这里以1-十二烯烃为烷基化剂。结果表明：GC／MS是评价芳烃烷基化反应工艺的有效手段，也是产品有效的表征手段。三氯化铝和HY沸石分子筛均具有较好的催化活性，采用传统的三氯化铝催化剂催化，产物非常复杂。而HY沸石分子筛催化烷基化，产品简单。本文建立一种便捷、可靠的甲基萘长链烷基化工艺评价手段，为反应条件的优化、反应机理的探讨及研究和开发包括沸石分子筛催化，室温离子液催化等绿色烷基化工艺的新型催化体系创造了条件。     

合成乙苯ZSM—5催化剂的FT—IR研究

ZSM-5沸石由于具有独特结构,作为新型的择形催化剂广泛应用于石油化工催化反应中.人们普遍认为这些催化反应是由于沸石的酸中心引起的,尤其是B酸中心,因此对此做了较多的研究.我们选用不同反应时间,苯与乙烯气相烷基化合成乙苯ZSM-5催化剂,用吡啶吸附方法研究了ZSM-5催化剂的酸性,结合催化剂活性考察数据,得到了一些有意义的信息.     

3，5-二甲基苯溴化镁修饰的ZSM-5催化剂乙苯歧化反应

采用尺寸较大的有机分子格式试剂（3,5-二甲基苯溴化镁）修饰ZSM-5催化剂,用乙苯歧化反应研究了修饰催化剂的择形性,并利用探针分子动力学扩散测试结合探针分子吸附红外等手段研究分子筛孔径和内外表面酸性性质等。结果表明,少量的3,5-二甲基苯溴化镁精确地中和了ZSM-5分子筛外表面的酸性中心,导致乙苯歧化反应中极高的对二乙苯选择性。而探针分子动力学结果表明,这种修饰并未引起分子筛孔道结构的变化。     

3,5-二甲基苯溴化镁修饰的ZSM-5催化剂乙苯歧化反应

采用尺寸较大的有机分子格式试剂（3,5-二甲基苯溴化镁）修饰ZSM-5催化剂,用乙苯歧化反应研究了修饰催化剂的择形性,并利用探针分子动力学扩散测试结合探针分子吸附红外等手段研究分子筛孔径和内外表面酸性性质等。结果表明,少量的3,5-二甲基苯溴化镁精确地中和了ZSM-5分子筛外表面的酸性中心,导致乙苯歧化反应中极高的对二乙苯选择性。而探针分子动力学结果表明,这种修饰并未引起分子筛孔道结构的变化。     

分子筛催化剂在苯与烯烃烷基化中的研究进展

介绍了国内外分子筛催化剂在苯与烯烃烷基化中的研究进展情况,侧重介绍了微孔分子筛、介孔分子筛和复合分子筛的应用;指出烷基苯一般通过苯与烯烃烷基化反应制得,分子筛催化剂是催化制取烷基苯的一种环境友好型固体酸催化剂.同时提出,今后应进一步深入研究符合环保要求和工业化需求的新型改性分子筛催化剂.     

高硅无铝Mo-Beta沸石的合成与结构表征

用水热晶化法合成了无铝Mo-Beta沸石,讨论了合成条件对无铝Mo-Beta沸石晶化的影响,通过化学分析、XRD、IR、DTA/TGA、TEM、NMR、ICP和UV-Vis紫外漫反射光谱测定了样品的n(SiO₂)/n(MoO₃)比,并对其结构进行了表征,结果表明,所合成的Mo-Beta沸石晶粒均匀,Mo存在于沸石骨架中,由于Mo的掺入,引起Beta沸石红外光谱、差热分析曲线及晶胞参数, ²⁹SiMASNMR谱等发生变化。     

一种新型共生沸石(T-L)的合成与表征

在Na₂O-K₂O-Al₂O₃-SiO₂-H₂O体系中水热合成了一种新型的共生沸石, 它由L型沸石生长在T型沸石的一端而形成, 称之为T-L型沸石. 通过XRD, SEM, TEM, EDX, IR等手段对其进行了初步的表征. SEM相片表明这种沸石具有特殊的铆钉状外形; 在TEM相片上可以清楚地看到L型沸石的大孔道, 此孔道与L型沸石的表面垂直. 通过EDX的数据计算发现共生沸石的两相有不同的骨架硅铝比: T型沸石部分Si/Al＝3.71, L型沸石部分Si/Al＝3.41. 在该样品中B酸大于L酸.     

ERB-1分子筛的合成与表征

 分别以白炭黑、硼酸和氢氧化钠为硅源、硼源和碱源,以六亚甲基亚胺为模板剂,系统地研究了硅硼比、碱量、模板剂用量和水量对合成ERB-1分子筛的影响,并采用N2物理吸附、吸附NH3的程序升温脱附、热重和差热分析、 X射线衍射和傅里叶变换红外光谱等手段对样品的表面性质、酸性和热稳定性进行了表征. 结果表明,合成ERB-1分子筛较好的原料组成为 n(SiO2)/n(B2O3)=0.6～2, n(H2O)/n(SiO2)=40, n(NaOH)/n(SiO2)=0.1～0.2和n(HMI)/n(SiO2)=0.8～1; ERB-1分子筛上的酸中心以弱酸为主,且酸强度较低; ERB-1的结构在800 ℃以下保持稳定.     

Forming and Gathering of SnO2 Nanoparticles on External Surface of High Silica TON, MFI and FAU Type Zeolites

Tin dioxide （SnO2） nano-particles were prepared on high silica TON, MFI and FAU type zeolites by impregnation of SnC12 solution and subsequent calcination at 873 K. XRD and SAED were used to characterize the crystalline phase, and TEM was used to characterize the morphology, the particle size and the agglomerative state of the formed nano-materials. The nano-particles, which possess 8 nm, 10-80 nm and 6 nm in size, were found to form on the outer surface of TON, MFI and FAU zeolites, respectively. SnO2 microcapsules and SnOz netlike nanostructure were obtained by decomposition of SnO2-TON and SnO2-MFI in 40% hydrofluoric acid at room temperature. Compared with the nano-particles formed on NaY zeolite, the special morphology and the agglomerative state of SnO2 nanostructures on TON and MFI type zeolites with one and two dimension channel system indicate that the heterogeneous framework, surface structure and property perform important function for forming and growing SnO2 nanostructure on the outer surface of the zeolites.     

Y型沸石的铝化及其性能研究

用(NH_4)_3AlF_6溶液对Y型沸石进行铝化,得到了不同硅铝比的铝化Y型沸石。XRD实验表明Al原子进入Y型沸石骨架,晶胞常数α_0增大,而且晶胞常数α_0的增大与铝化程度有一定的关系。铝化Y型沸石的吸附量略有降低。IR研究表明,骨架振动,表面羟基谱峰变化不明显。在铝化Y型沸石上存在B酸和L酸,其主要是B酸中心。     

水热条件下Y型沸石的转晶行为

系统研究了以KOH为结构导向剂,Y型沸石（HY和NaY）在水热条件下转晶为MER型沸石的行为.MER型沸石是硅铝比（Si/Al）在2~3之间且具有四种尺寸8元环孔道（3.1Å×3.5Å,2.7Å×3.6Å,3.4Å×5.1Å,3.3Å×3.3Å）的硅铝沸石分子筛,在小分子催化以及分离方面具有重要的潜在应用.传统水热法合成高结晶度MER型沸石需要7~10 d,将Y型沸石置于KOH的溶液中,经水热处理可在2 d内生成高结晶度的MER型沸石,而水热处理具有等价摩尔组成的无定形硅铝凝胶则得不到高结晶度MER型沸石的纯相.HY沸石可在100和150℃发生转晶,而NaY则只能在150℃发生转晶.KOH/SiO₂比和H₂O/SiO₂比对Y型沸石的转晶行为有重大的影响,只有在最优KOH/SiO₂比和H₂O/SiO₂比条件下才能生成高结晶度的MER型沸石.该转晶合成法显著缩短了MER型沸石的合成周期,对缩短其它有重大工业应用价值的沸石分子筛的合成周期有重要的借鉴意义.     

高效ZSM-5-L二元复合分子筛的合成及正戊烷芳构化性能

通过优化水热陈化条件制备纳米L沸石,再采用水热合成结合原位二次晶化法,合成具有微-介复合孔结构的高效ZSM-5-L二元复合分子筛.考察了体系pH、二次晶化温度等因素对ZSM-5-L复合分子筛合成的影响,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术对复合分子筛进行表征,确定了最佳复合条件:pH=10.5~11.5,晶化温度170℃,晶化时间24 h.ZSM-5-L复合分子筛具有不同于ZSM-5沸石、L沸石及两者机械混合物的物性特征,且具有微-介复合孔结构.以正戊烷催化转化为探针反应,评价了ZSM-5-L复合分子筛轻烃芳构化反应性能.在相同反应条件下,ZSM-5-L复合分子筛具有优于2种单分子筛及二者机械混合物的正戊烷芳构化催化性能.     

Fabrication of Zeolite A Rods with Irregular Macropores by Self-assembly of Zeolite A Microcrystals Using Microwave-assisted Hydrothermal Synthesis

Zeolite A rods by self-assembly of zeolite A microcrystal were successfully synthesized by microwave-assisted hydrotherrnal synthesis. The average size of zeolite crystals consisting of self-assembling materials was about 300 nm and the length of zeolite rods was in the range of 15--30μm.     

纳米分子筛ZSM-5的热稳定性研究

Nanosized ZSM 5 zeolite was synthesized by hydrothermal method and characterized by XRD and TEM techniques. The specific heat of the nanosized ZSM 5 zeolite was measured in the temperature range from 79 to 370 K, and its enhancement in specific heat was observed as compared with the corresponding microsized zeolite, indicating that the nanosized ZSM 5 zeolite possesses higher surface activity. The thermostability of the samples was determined by differential scanning calorimetric (DSC) and thermogravimetric (TG) techniques. The DSC results showed that, for the nanosized ZSM 5, a broad exothermic peak is observed from 1?300 K; for the microsized ZSM 5, the corresponding exothermic peak begins at 1?400 K, and a distinct phase transition can be observed at 1?620 K. The TG results showed that, for the nanozised ZSM 5, the maximum mass loss ratio is 6 9%, and two mass loss stages can be observed in the temperature ranges of 298～663 K and 923～ 1?273 K, respectively; for the microsized ZSM 5, the maximum mass loss ratio is 6 5% and it is more stable than the nanosized ZSM 5.