MgAPO-11分子筛的合成、表征及其催化正己烷裂解反应的动力学研究

以二异丙基胺为有机模板剂,采用静态水热法合成了具有不同镁含量的镁铝磷酸盐分子筛MgAPO-11,并利用X射线衍射、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、魔角旋转核磁共振和电感耦合等离子体原子发射光谱等方法对其进行表征.当0相似文献   

凝胶中硅含量对SAPO-5分子筛合成及其性能的影响

通过改变反应物凝胶中的硅含量，用水热法合成了系列ＳＡＰＯ－５分子筛，并用ＸＲＤ、ＳＥＭ和ＭＡＳＮＭＲ分别研究了不同硅含量的分子筛结构和形貌．以正己烷的催化裂解为模型反应，用微反色谱研究了不同硅含量的ＳＡＰＯ－５分子筛的催化性能．结果表明，分子筛骨架中的硅含量随反应物中硅含量的增加而增加；硅开始进入ＳＡＰＯ－５分子筛骨架时，是以取代单个磷原子而进行的；当反应物中硅含量较高时，硅进入分子筛骨架是通过两个硅原子取代一对铝和磷原子，从而在ＳＡＰＯ－５中形成富硅区．硅进入分子筛骨架，虽然未改变分子筛的晶体结构，但改变了分子筛的晶形晶貌．ＳＡＰＯ－５分子筛中存在３种酸中心，即弱酸、中强酸和强酸中心．在正己烷催化裂解中，较低温度时，催化活性中心主要是中强酸中心；当反应温度较高时，弱酸中心也可充当活性中心．在强酸中心上易发生结炭现象．     

不同胺合成DG分子筛(ZSM型)性能的研究

本文着重考察了在相同条件下用不同有机胺合成DG分子筛的物化性质和催化反应性能。实验表明,用不同胺合成的DG分子筛均为ZSM-5型分子筛。用它们制成HDG催化剂后,用于甲苯歧化、间二甲苯异构化及烷烃裂化反应时均具有择形催化性能。除二乙胺合成的DG分子筛外,其它DG分子筛用于甲苯歧化反应均具有选择地生成对二甲苯的性能;各种DG分子筛对于甲苯歧化和间二甲苯异构化反应均有抑制二甲苯歧化生成三甲苯的能力;对于正己烷和3-甲基戊烷混合物裂化反应则是优先裂解正己烷。在合成DG分子筛时,原料中SiO_2和Al_2O_3分子比不同,生成分子筛的SiO_2/Al_2O_3及物化性质和催化性能也不同。随着SiO_2/Al_2O_3降低,分子筛的憎水性能和选择吸附对二甲苯的性能降低。用于甲苯歧化反应时,催化剂活性增加,而选择性、歧化率降低。此外随着SiO_2/Al_2O_3降低,催化剂总酸度和强酸中心数目增加,另一方面DG分子筛SiO_2/Al_2O_3变化对其晶体结构特性,如骨架密度等影响不大。     

HZSM-5上正己烷酸催化裂解反应路径及机理的研究（英文）

以正己烷为模型化合物,通过产物分布分析,探讨HZSM-5分子筛上烷烃酸催化裂解反应路径及机理。研究结果表明,反应温度为300℃,不存在热裂解过程的条件下,只有基于碳正离子机理的酸催化反应。催化剂裂化活性与B酸(Br(o|")nsted acid)量成正相关。由裂解产物的分布特点,其中,丙烯的选择性与催化剂硅铝比和剂油比正相关,而乙烷、乙烯和丙烷的选择性呈负相关性,证实了低酸密度有利于单分子裂解路径的进行。值得注意的是,正己烷直接裂解所得C_4产物的总选择性明显高于C_2产物,结合量化计算,证实正己烷裂解生成的C_2H_5~+碳正离子难以通过氢转移反应生成乙烯和乙烷,而是更倾向于与正己烷分子形成新的碳鎓离子(C_8H_(19)~+,继续发生裂解反应生成更多C_4产物,揭示了轻烃催化裂解产物中乙烯选择性低的理论本质。综上可知,通过改变催化剂酸密度和剂油比,可实现反应路径的控制,从而调控轻烃酸催化裂解产物的选择性。本研究可为石脑油催化裂解催化剂和工艺开发提供重要的理论支撑。     

SAPO-34分子筛催化丁烯转化制丙烯的研究

通过水热法合成SAPO-34分子筛,将其制成催化剂用于催化丁烯转化制取丙烯,考察了反应温度、空速和铝磷比等对催化性能的影响;还比较了SAPO-34分子筛与ZSM-5分子筛催化该反应的差异.结果表明,在实验范围内,反应温度升高会使得丁烯的转化率明显增高,且丙烯选择性提高;而空速增加,则丁烯的转化率和丙烯选择性降低;铝磷比越大,对丙烯的选择性越差.在有效的反应时间内,SAPO-34分子筛催化效果好于ZSM-5分子筛,但单程寿命较ZSM-5分子筛短.     

用于费托合成的骨架Co@HZSM-5核壳催化剂

以骨架Co 为内核, 通过水热合成在其表面包覆HZSM-5 分子筛膜, 制备了具有核壳结构的骨架Co@HZSM-5 催化剂. 采用元素分析、氮物理吸附、粉末X射线衍射、扫描电子显微镜、氨脱附等手段对催化剂的物理化学性质进行了表征. 在气相费托合成反应中, 骨架Co@HZSM-5 核壳催化剂显示了比物理混合的骨架Co-HZSM-5催化剂更好的催化裂解作用, 故C₅-C₁₁汽油段产物选择性高. 通过改变水热时间, 对分子筛膜厚进行了调节, 发现适当的分子筛膜厚在保证催化剂具有较高活性的前提下, 使长链费托合成产物完全裂解, 高选择性地得到汽油段产物. 提高反应温度有利于费托合成反应的进行以及分子筛上裂解效率的提高, 但产物分布向短链烃方向移动. 在水热4天制备的骨架Co@HZSM-5核壳催化剂上及反应温度为250 ℃时, 得到了最佳反应结果, 汽油段产物选择性达79%, 说明费托合成活性中心与催化裂解酸中心之间形成了良好的协同作用.     

HZSM-5分子筛上正十六烷裂解反应的研究

用脉冲微反技术研究了临氢条件下正十六烷在硅铝比为31.4—137.1的HZSM-5分子筛上的裂解,发现随Al/u.c.的减小,裂解活性下降,当Al/u.c.<3.64时,活性下降缓慢,表明除了B酸和L酸中心是裂解的活性中心外,非铝酸中心(可能是硅羟基)亦有活性,改变反应条件和表面的酸性质可控制产物的分布,随反应温度增加,产物中非芳烃的平均分子量减小,芳烃增加,烯烃量出现极大值,而液收几乎不变;随接触时间的增加,芳烃量增加,液体产物显著下降;另外产物中芳烃量与形成芳烃的活性中心——B酸的浓度呈线性关系;强的B酸中心被积炭覆盖有利于芳烃的形成,水蒸汽处理可使裂解活性下降,液收提高,芳烃减少,烯烃显著增加,同时可提高HZSM-5分子筛的抗积炭能力。     

MFI/MFI核壳分子筛合成的影响因素及结晶动力学

以低硅铝比ZSM-5 为核, 采用二次生长法水热合成了MFI/MFI核壳分子筛. 发现对核相分子筛进行预处理是合成的关键步骤. 通过控制壳相合成过程(如合成温度、合成时间和核相分子筛加入量)可有效控制核壳分子筛的壳层生长. 以异丙苯(IPB)及1,3,5-三异丙苯(1,3,5-TIPB)裂解为探针反应, 发现与核相分子筛相比, 核壳分子筛的IPB裂解反应活性相当. 而1,3,5-TIPB裂解活性下降68%, 与外表面Al含量下降程度相近, 表明MFI/MFI核壳分子筛较好地保留了分子筛的核相反应活性. 结晶动力学计算结果表明, MFI/MFI核壳分子筛的成核活化能为51.5 kJ·mol-1, 生长活化能为26.5 kJ·mol-1.     

低硅铝比ZSM-5分子筛上C4烃的催化裂解反应

以低硅铝比(n(SiO2)/n(Al2O2)=20-45)的ZSM-5分子筛为催化剂,研究了混合C4烃的催化裂解反应,并对不同硅铝比的ZSM-5分子筛进行了酸性表征.混合C4烃的催化裂解反应结果表明,低硅铝比的ZSM-5分子筛具有较高的低温催化活性,高硅铝比ZSM-5分子筛催化剂上乙烯和丙烯的收率高于低硅铝比ZSM-5分子筛催化剂,低硅铝比ZSM-5分子筛上苯和甲苯的收率高于高硅铝比ZSM-5分子筛催化剂.在反应温度为625℃时,硅铝比为20的ZSM-5分子筛催化剂上乙烯、丙烯、苯和甲苯的总收率可达79.42%.酸性表征结果表明,硅铝比低的ZSM-5分子筛具有更多的Bronsted(B)酸酸量、Lewis(L)酸酸量及总酸酸量,这是低硅铝比ZSM-5分子筛具有低温高活性及高的苯和甲苯收率的原因.     

纳米薄层HZSM-5分子筛催化甲醇制丙烯

在合成系列硅铝比纳米薄层HZSM-5分子筛的基础上,研究了纳米薄层HZSM-5分子筛催化甲醇制丙烯(MTP)的反应性能.在固定床微反装置上详细考察了工艺条件对纳米薄层HZSM-5分子筛催化性能的影响,同时与纳米HZSM-5分子筛对MTP反应的催化性能进行了比较.结果表明,纳米薄层HZSM-5分子筛具有较高的目的产物选择性和较长的催化寿命.在适宜硅铝比(n(SiO2)/n(Al2O3)=213)和反应条件下(温度470°C,甲醇质量空速为3 h-1),丙烯的选择性达到46.7%,三烯(乙烯、丙烯和C4烯烃)选择性达到78.7%.其中,丙烯/乙烯的质量比可达到6.5,是纳米HZSM-5分子筛的2倍,而芳烃的选择性比纳米分子筛明显降低.这是因为纳米薄层HZSM-5分子筛比纳米HZSM-5分子筛具有较宽的(010)晶面、较大的外比表面积和介孔孔容.     

ZSM-5分子筛催化JP-10裂解的研究

考察了ZSM-5分子筛催化高密度碳氢燃料JP-10的裂解情况. 在500～650 ℃温度范围内, 与热裂解相比, 分子筛催化可显著提高裂解转化率, 主要产物有甲烷、乙烷、乙烯、丙烷和丙烯, 以及苯和苯的同系物等. 在较高温度时, 由于氢转移反应, 产物中出现了茚、萘等低氢碳比化合物, 会影响燃料的燃烧性能, 应用时需要根据性能要求在高裂解转化率与低芳烃收率之间进行权衡. 通过裂解产物分析, 结合量子化学计算, 探讨了JP-10催化裂解的可能历程, 并对实验结果进行了解释.     

不同结构的分子筛在1-丁烯中催化裂解性能的研究

我们合成了不同Si含量的SAPO-18,并且利用了XRD、SEM、NH3-TPD进行了表征分析.利用微反固定床反应器评价了代表不同结构的H-ZSM-5(MFI)、H-Beta(* BEA)、SAPO-18 (AEI)系列分子筛的丁烯催化裂解性能.实验结果表明分子筛的结构和酸性对反应结果都有明显影响,分子筛酸量的增加提高了1-丁烯的转化率,但酸量过高会引发氢转移、芳构化副反应,从而降低丙烯的选择性;分子筛孔口大小、孔道结构决定了可以获得的最高丙烯选择性.具有八元环孔口、笼形结构特点的SAPO-18-0.8在线时间20 min时1-丁烯裂解中转化率为60.7％,获得的丙烯选择性达到59.1％.     

含硼杂原子Na-B-ZSM-5分子筛对甲醇脱氢制甲醛反应的催化性能

以白炭黑为硅源、硼酸为硼源、NaOH为碱源、四丙基溴化铵(TPABr)和1,6-己二胺(HMDA)混合模板剂,采用水热合成法制备含硼杂原子Na-B-ZSM-5分子筛,用XRD、SEM、FT-IR、UV-vis、11B MAS NMR、NH3-TPD等方法对其进行表征。在连续流动常压固定床反应器上评价Na-B-ZSM-5分子筛对甲醇脱氢制甲醛反应的催化性能,考察n(Si)/n(B)、n(Na2O)/n(SiO2)、晶化温度和晶化时间等制备参数以及反应温度和质量空速等工艺参数对催化性能的影响。结果表明,硼进入了分子筛的骨架结构中,存在与B酸中心有关的骨架四配位硼和与L酸中心有关的骨架三配位硼,Na-B-ZSM-5分子筛含有较多的弱酸位和少量的中强酸位。催化剂的最佳制备参数为n(Si)/n(B)比值为7.5、n(Na2O)/n(SiO2)比值为0.14、晶化温度170℃、晶化时间48 h。Na-B-ZSM-5(7.5)分子筛在反应温度550℃、质量空速1.85 h-1的反应条件下对甲醇的转化率为62.97%,甲醛的选择性为68.86%。     

超临界和近临界条件下Fischer Tropsch合成研究：溶剂的影响

研究了超临界和近临界条件下费托合成过程中溶剂对反应行为的影响。反应在固定床反应器中进行，催化剂为Co/SiO2，所选择的溶剂有两类：纯溶剂（正戊烷和正己烷）和混和溶剂（由正己烷和少量的C5~10烃组成）。结果表明,正己烷分压对CO转化率影响很小，但是产物中1 烯烃含量随正己烷分压增加而增加，超临界条件下1 烯烃含量明显高于非临界条件下。溶剂的种类对CO转化率、CH4和CO2选择性以及产物炭分布影响不大。这一结果表明为了减少溶剂用量，对含有适量轻组分（C5~10）的正己烷溶剂进行循环使用是可行的。结果同时表明与正己烷相比，混和溶剂（25%正己烷和75%正葵烷）具有较高的1 烯烃选择性。     

有机硅骨架修饰的磷酸铝分子筛VPI-5的合成

分别以1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)、1,2-双(三乙氧基硅基)乙烯(BTESEE)和苯基三乙氧基硅烷(PTES)为硅源, 通过一步法直接合成有机硅骨架修饰的磷酸铝分子筛VPI-5. 系统考察了各反应参数对产物结构与性质的影响, 并对产物的结构进行了表征. 表征结果表明, 有机基团通过硅原子被引入到分子筛骨架中. 有机基团的引入增加了分子筛的亲油性, 并且不同的有机基团对分子筛的亲油性的提高程度不同.     

Evaluation of the thermodynamic parameters for the adsorption of some hydrocarbons on alumina and molecular sieves 3A and 5A by inverse gas chromatography

Inverse gas chromatography has been used to evaluate the adsorption parameters (deltaH, deltaS and deltaG) of some probes, each representing a class of organic compounds (n-hexane, cyclohexane and benzene) on some adsorbents (activated alumina, and molecular sieves 3A and 5A). It was found that benzene exhibits more negative deltaH than for n-hexane and cyclohexane on molecular sieves 3A and 5A and alumina. Also, interactions of the benzene with molecular sieves 3A and 5A were found to be stronger than that on alumina. On the contrary, interactions of the hexane with alumina were found to be stronger than those on molecular sieves 3A and 5A.     

MCM-41/MOR复合分子筛的制备及其烷烃异构化性能研究

以碱处理的MOR浆液为部分硅铝源、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模板剂,采用水热法合成了微孔-介孔复合分子筛MCM-41/MOR,并通过XRD、HRTEM、BET、Py-FTIR以及水热处理等方法对合成的复合分子筛进行了表征。结果表明,合成的复合分子筛具有微孔和介孔双重孔结构,比表面积高达567 m²/g,孔容为0.60 mL/g,平均孔径为3.26 nm,且具有较高的水热稳定性。正己烷在微反装置上的非临氢异构化反应结果表明,适宜的B酸和L酸协同构成了烷烃异构化的活性中心,催化剂表面的Ni离子在活化烷烃的同时还具有较好的酸性调变作用;与Ni-MOR、Ni-MCM-41以及HMCM-41/MOR相比,复合分子筛Ni-MCM-41/MOR由于其适宜的表面酸性和孔道结构,具有更好的异构化催化性能,正已烷转化率为34.40%,i-C₆⁰选择性提高到40.38%。     

Kinetic study on catalytic cracking of Brazilian high-boiling-point petroleum fractions

This work proposed a technique to estimate the kinetic parameters of cracking reaction. High-boiling-point petroleum fractions (>623.15?K) were analyzed. The experiments were performed using a thermal analysis system with a differential scanning calorimetry module at different linear heating rates (15, 20, 25, and 30?K?min^?1) in the temperature range from 303.15 to 823.15?K. The Arrhenius, Kissinger, and Flynn?COzawa?CWall methods were used to determine the kinetic parameters. The compensation effect and the dependence on the activation energy of the conversion degree were evaluated. The catalyst used was a typical FCC regenerated catalyst containing 48.3?mass% of alumina, and particle size of 67???m. The effect of catalyst loading was studied using 3, 5, and 10?mass%. Analysis of the DSC curves showed a major transitional stage between 693.15 and 723.15?K, identified as an endothermic region of high temperature oxidation (HTO). Empirical kinetic models were produced and data were obtained from the kinetic analysis of the HTO region. Under non-isothermal heating conditions higher activation energies were found as the API gravity of the high-boiling-point petroleum fraction decreased. On the other hand, the results showed consistent effects for the dependence of the activation energy on the extent of cracking conversion under non-isothermal conditions, showing a decrease with the extent of conversion. The catalytic loading effect is remarkable, and provides an alternative route for the cracking with lower activation energy with increasing catalyst weight. The kinetic parameters formulated will be used in the mathematical modeling of the reactive molecular distillation process for upgrading high-boiling-point petroleum fractions.     

Hydrocarbon fuel effects in solid-oxide fuel cell operation: an experimental and modeling study of n-hexane pyrolysis

Pyrolysis experiments of n-hexane were performed and the product distribution and fuel consumption were measured as a function of temperature. The experimental temperatures ranged from 550-675 degrees C, with a pressure of approximately 1 atm, and residence times of approximately 5 s. N-Hexane was used as a model compound to represent the linear alkanes that might be found in practical hydrocarbon fuels. Under these conditions, high fuel conversion was observed at the higher temperatures and a wide range of products were formed. The experimental observations were compared to predictions from a plug-flow model using a reaction mechanism consisting of 205 species and 1403 reactions. The hydrogen abstraction and isomerization rate coefficients in this model were based on CBS-QB3 calculations. The only model modification was adjustment of the A-factor of the initiation rates to match conversion at one temperature. This model was able to successfully predict the observed trends in both product selectivities as well as fuel conversion over the temperature range. The mechanism was also used to capture the trends previously observed in n-butane pyrolysis under similar experimental conditions. Significant differences in the sensitivity coefficients for the hexane and butane systems are discussed in terms of the competition between beta-scission and isomerization of the initial radicals formed. The kinetic model predicts that n-hexane will be completely converted within 0.1 s in the higher temperature environment ( approximately 800 degrees C) of the anode channel of a solid-oxide fuel cell (SOFC). This result clearly illustrates the need to explicitly account for gas-phase reactions in SOFC models for those cases where hydrocarbons, especially those larger than methane, are fed directly to an SOFC.