ZSM-5/Y复合分子筛在烃类催化裂化催化剂中的应用研究

以大庆减压蜡油为原料，考察了水热脱铝ZSM-5/Y复合分子筛的催化裂化性能，并与经同样条件水热脱铝的ZSM-5和Y型沸石的机械混合分子筛进行了对比研究。结果表明，与机械混合样品相比，复合分子筛具有较大的柴油产率和气体产率，汽油产率降低。从复合分子筛结构和ZSM-5的择形催化两方面分析了复合分子筛和机械混合分子筛裂化性能差别的原因。复合分子筛的聚集体结构不利于大分子进入分子筛结构中进行裂化，有利于汽油组分的裂化。气体数据分析支持了复合分子筛的结构特点。     

ZrO_2负载量对ZrO_2-脱铝沸石在生物质油催化裂化中的性能影响

用浸渍法制备了ZrO_2负载量不同的ZrO_2-脱铝沸石作为生物质油催化裂化反应催化剂,并用XRD、SEM、TPD和FT-IR等对复合氧化物的晶相结构、酸种类、酸量等进行了表征。结果表明,ZrO_2-脱铝沸石表面存在B和L酸中心,并以B酸为主,随着负载量增多,其B酸中心增加,酸强度增强,对生物质油都有催化裂化的反应活性,其中10%ZrO_2-脱铝沸石表现出较好的裂化反应活性,小分子裂化产物分布较多,较强的酸中心,能促进裂化反应和含氧有机物的脱羰、脱羧,脱氧率较好,但结焦程度亦增大。     

添加剂PVP和MTS对合成Beta分子筛结构与性能的影响

分别以铝酸钠和硅溶胶为铝源和硅源,四乙基氢氧化铵为模板剂,在水热条件下,考察了添加剂(聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和甲基三乙氧基硅烷(MTS))对合成Beta分子筛结构与性能的影响,并通过XRD、TEM、BET、ICP、~(29)Si-NMR和NH_3-TPD等方法对合成样品进行了结构表征和作用机理讨论,同时以催化裂化异丙苯为模型反应评价其催化性能。结果表明,与传统Beta分子筛相比,加入PVP后所得样品具有更高结晶度和较高的硅铝物质的量比(25.68)以及较大的比表面积(772 m~2/g);而加入MTS后尽管具有较大比表面积(657 m~2/g)和较高硅铝物质的量比(25.76),但是结晶度却相对降低,且粒径减小(160-320 nm)。两种添加剂作用下所得样品均具有更多酸量,在催化裂化异丙苯的反应中表现出较高的催化活性。     

高硅Y沸石的研制及吸附热力学性质

Ｙ沸石用ＬｉＣｌ溶液交换得ＬｉＮａＹ沸石,再经ＳｉＣｌ４气相同晶取代进行脱铝补硅,获得高结晶度的高硅Ｙ沸石,硅铝比可大于１００［１］．在脱铝过程中,随着硅铝比的升高其孔结构和表面性质均发生变化,直接关联到Ｙ沸石在炼油中的催化裂化性能．通过对不同大小、结?..     

磷酸三乙酯改性HZSM-5沸石的活性及理论研究

采用XRD表征了水蒸气和磷联合改性的HZSM-5沸石分子筛的结构．通过NH3-TPD和N2吸附脱附研究了样品的酸性和比表面．采用正庚烷的裂化反应研究了样品的裂化活性，研究结果表明，磷改性样品与母体样品相比，经过水蒸气处理后显示出较高的酸量和正庚烷裂化活性．上述结果首次用模型簇和计算量子化学方法进行了解释．采用Gaussian94软件包和PM3半经验量子化学方法对模型簇进行了全优化和频率分析．计算结果显示磷改性后样品的脱铝补硅反应热大于母体样品脱铝补硅反应热，从而显示出磷对骨架的稳定化作用．     

Ω型分子筛脱铝的核磁共振研究

在不同投料比（ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３＝１３．８，１９及２１）条件下，合成了三种Ω型分子筛原粉．对投料比为１３．８的原粉样品进行了四种不同方式的脱铝处理，即水热、ＳｉＣｌ４、ＥＤＴＡ和（ＮＨ４）２ＳｉＦ６处理，而形成了系列脱铝Ω型分子筛样品．对原粉及其脱铝样品进行了２９Ｓｉ和２７ＡｌＭＡＳＮＭＲ测试，确定出样品骨架硅铝比和铝在两种晶体学不等价Ｔ位上的占据比率，以探索四种脱铝方法的效果．实验结果与分析表明：在所有样品中，铝原子的占据具有择优Ｂ位的倾向；且铝在ＴＡ与ＴＢ位上的占据比率与合成条件有关；四种处理方式对Ω型分子筛的脱铝效果不尽相同．     

磷酸和水蒸气联合改性的HZSM-5的物化表征及催化研究

研究了磷和水蒸气联合改性HZSM-5样品的物化和催化性能。XRD和IR研究表明，没有新的晶相出现。NH3-TPD研究样品的酸性表明，经过磷改性后的样品的酸量明显下降。经过水热处理的样品的BET比表面明显降低，这可能归因于磷物种和铝物种对孔道的堵塞。氮吸附－脱附等温线研究表明，等温线为I型和IV型的复合型，滞后环为H4型。联合改性样品的正庚烷裂化转化率高于仅仅由水蒸气改性样品的正庚烷裂化转化率，从而显示出磷物种对沸石分子筛高温水蒸气脱铝的抑制作用。     

脱铝八面沸石的研究(Ⅳ)——异丙苯催化裂化

以脉冲微型反应技术研究了脱铝八面沸石对异丙苯的催化裂化行为,并与反应条件下表面酸性进行了关联。样品裂化活性随骨架Si/Al比增加呈山峰形变化,Si/Al=5.38时最大;反应条件下酸中心数随脱铝深度增加却单调降低。动力学数据表明,样品裂化反应速度常数与强质子酸中心数随骨架Si/Al比增加具有平行的山峰形变化规律,Si/Al比为8.87附近的样品最高。     

丝光沸石的疏水化研究

采用不同的脱铝方法得到Ｓｉ／Ａｌ比为１５～１１２的丝光沸石，用ＩＲ方法测定了样品的脱铝空穴含量，并考察样品的热稳定性和疏水性，实验结果表明，脱铝后形成的大量末端硅羟基仍有亲水性，因而单纯酸脱铝疏水化效果有限，用水蒸汽处理或（ＮＨ４）２ＳｉＦ６补硅的方法使沸石表面硅羟基转变成≡Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ≡键，能显著地提高沸石疏水性。     

不同方法制备的脱铝Y沸石的孔结构

Y沸石脱铝有多种方法。由于在脱铝过程中发生水解、聚合、重排等反应,分子筛的孔结构将发生很大的变化,如形成空穴,甚至可导致骨架结构单元的崩塌,形成二次孔。由于不同的脱铝方法的脱铝机理不同,即使它们的脱铝程度一致,产生的孔结构也将不同,这必将导致它们的酸性质和催化性能的差异。目前关于Y沸石孔结构的研究报导还很少,尤其对SSY,US-SSY沸石孔结构的报导更为鲜见。本文用低温N_2吸附-脱附等温线和层厚t等方法,对四种不同方法制备的脱铝Y沸石(USY,DAY,SSY和US-SSY)的微孔、二次孔及其孔径分布(2.0～60.0nm)进行了初步研究,得到了一些有用的信息,为进一步研究其酸性质和催化性能打下了基础。     

磷改性纳米HZSM-5沸石水热稳定性及其对全馏分FCC汽油烯烃组分催化裂解反应的性能

水热稳定性是决定沸石分子筛工业应用价值的重要影响因素.众所周知,沸石材料的水热稳定性主要受其拓扑机构及骨架硅铝组成的影响,但同时也受其晶粒尺寸的影响.纳米级HZSM-5沸石虽然具有优异的催化性能及抗积碳失活性能,但由于晶粒尺寸较小,导致其水热稳定性较差.如何提高纳米HZSM-5沸石的水热稳定性,使其能够在高苛刻度的水热环境下(如催化裂化过程,催化剂再生需在高于700℃的水热条件下进行)得到应用,是十分有意义的课题.已有研究表明,磷改性可以提高ZSM-5沸石的水热稳定性,但多集中于采用磷酸、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵等无机磷化物进行改性,水热稳定性提高效果不能令人满意.我们研究组采用有机磷化合物磷酸三甲酯改性纳米HZSM-5沸石,在提高纳米HZSM-5沸石水热稳定性方面取得了较好的效果.采用X射线衍射(XRD)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)、氮气物理吸附、氨气吸附红外光谱等手段对改性沸石进行了表征.结果表明,采用磷酸三甲酯改性的纳米HZSM-5沸石水热稳定性得到明显提高,沸石经苛刻的高温水蒸气处理(800℃,4 h)后,在相对结晶度、孔结构、酸度的保留度方面具有较大提高,提高幅度明显高于无机磷化合物磷酸氢二铵改性的纳米HZSM-5沸石.在上述研究基础上,我们采用固定床微反模拟流化床反应条件对磷改性纳米HZSM-5沸石上全馏分FCC汽油烯烃组分催化裂解反应进行了研究.结果表明,在反应温度540℃,剂/油比等于4,油剂接触时间约为4 s的条件下,全馏分FCC汽油在磷改性纳米HZSM-5沸石上经烯烃组分催化裂解反应后,油品烯烃含量(尤其是重烯烃)明显降低,生成了大量高附加值的C2–C4烯烃,同时油品中芳烃含量增加.与此同时,经烯烃组分裂解后的油品还呈现出辛烷值升高,硫含量降低的有利变化.可以看出,磷改性纳米HZSM-5沸石上全馏分FCC汽油烯烃组分催化裂解是解决FCC汽油烯烃含量高的一条有效途径,充分克服了现有FCC汽油加工工艺存在的一些缺陷,如S-zorb工艺功能单一、成本高;加氢脱硫工艺油品辛烷值损失大、氢耗高;以及OTA技术(本研究组之前的工作)烯烃转化率低、催化剂积碳失活快等缺陷.值得注意的是,磷酸三甲酯改性的纳米HZSM-5沸石在全馏分FCC汽油烯烃组分催化裂解反应性能方面,明显比磷酸二氢铵改性的纳米HZSM-5沸石表现优异.通过我们的研究可以认为,磷酸三甲酯改性将会为纳米HZSM-5沸石在高苛刻度水热条件下的应用提供更多的机会.     

高中油型加氢裂化催化剂用Y型沸石的改性研究

采用络合-水热-酸联合处理的方法对Y沸石进行了改性,改性后的沸石用于制备高中油型加氢裂化催化剂,并考察了沸石改性对高中油型加氢裂化催化剂反应效果的影响。氮吸附、XRD、TEM和吡啶吸附 脱附红外光谱法等表征结果表明,酸处理可以有效脱除分子筛中的非骨架铝,增加改性Y沸石的比表面积和二次孔的孔容,并起到优化酸中心的目的。反应评价结果表明,Y沸石经酸处理改性后,由于比表面积、二次孔孔容的增加和酸性的优化,所制得的催化剂可明显提高高中油型加氢裂化加氢裂化的中油收率。     

ZSM-5/Y复合分子筛的酸性及其重油催化裂化性能

 ZSM-5/Y是本研究组合成的一种新型复合分子筛材料. 用“两次交换,两次焙烧”和磷 酸氢二铵浸渍方法对该复合分子筛材料进行了改性,采用红外光谱表征了复合分子筛的酸性,研究了磷改性对复合分子筛样品羟基区谱学性质的影响,并与相应的机械混合分子筛样品进 行了对比. 红外光谱数据表明,磷改性后复合分子筛的B酸(主要是中强酸)增加,而机械混合分子筛在各个酸强度区域的B酸量和L酸量都减少. 以新疆重油为原料考察了改性后复合分子 筛样品和机械混合分子筛样品的催化裂化性能. 与相应的机械混合分子筛催化剂相比,磷改 性复合分子筛催化剂具有较高的柴油选择性,其柴油产率增加了4.1个百分点,柴汽比增加了0.11,总轻油产率与机械混合分子筛相当. 用气体产物中的CMR(裂化机理比)和C3/C4比 值分析了复合分子筛的催化性能与其聚集体结构的关系.     

NH4BF4改性Y沸石的结构和性质

用NH₄BF₄溶液处理普通的Y沸石后,得到了一系列不含B的脱铝Y沸石。本文运用多种实验手段对它们进行了表征,并与其它改性方法得到的脱铝Y沸石进行比较,发现这类Y沸石脱铝羟基空穴较少,晶格热稳定性较高,且具有特殊的表面酸性分布,因而NH₄BF₄处理亦是一种有特色的Y沸石改性方法。     

碱处理脱硅与提高Y型分子筛硅铝比——矛盾的对立与统一

考察了 "水热处理"以及"碱处理+水热处理"两种方法所制得的超稳 Y 分子筛的骨架硅铝比、孔结构特征以及酸量, 并探讨了"碱处理+水热处理"方法对起始 NaY 分子筛的适应性. 结果表明, 在水热处理前, 对 NaY 分子筛进行碱处理脱硅可在不改变最终样品的骨架超稳化水平和酸量的同时, 样品的介孔体积显著增加. 直接水热处理 NaY 分子筛所得样品介孔体积不超过 0.14 cm3/g, 而先碱处理后水热处理, 所得样品介孔体积可达 0.22 cm3/g. 该法适用于制备骨架硅铝比高的 NaY 分子筛. 起始原料的骨架硅铝比较低时, 所得样品的介孔体积增幅小, 而且微孔受损严重.     

Organic-Free Synthesis of Zeolite Y with High Si/Al Ratios: Combined Strategy of In Situ Hydroxyl Radical Assistance and Post-Synthesis Treatment

Zeolite Y, with a high SiO₂/Al₂O₃ ratio (SAR), plays an important role in fluidized catalytic cracking processes. However, in situ synthesis of zeolite Y with high SARs remains a challenge because of kinetic limitations. Here, zeolite Y with an SAR of 6.35 is synthesized by a hydroxyl radical assisted route. Density-functional theory (DFT) calculations suggest that hydroxyl radicals preferentially enhanced the formation of Si-O-Si bonds, thus leading to an increased SAR. To further increase the SAR, a dealumination process was carried out using citric acid, with a subsequent second-step hydrothermal crystallization, giving an SAR of up to 7.5 while maintaining good crystallinity and high product yield. The resultant zeolite Y shows good performance in cumene cracking. Introduced here is a new strategy for synthesizing high SAR zeolite Y, which is widely used in commercial applications.     

改性Y沸石的孔结构与催化性能

测定了不同方法改性的Y沸石样品的N_2吸附和脱附等温线, 并计算了样品的微孔、大孔和二次孔的孔容和表面积, 以及样品的二次孔分布, 证实改性方法对样品的孔结构有显著的影响。同时, 还考察了不同尺码探针分子在改性Y沸石样品上的酸催化反应活性, 将所得数据与样品的酸量、酸强度和二次孔容相关联, 取得了满意的结果。说明对大尺码反应分子, 改性过程中生成的大孔径二次孔, 对提高沸石催化剂的反应活性是有利的。     

Organic‐Free Synthesis of Zeolite Y with High Si/Al Ratios: Combined Strategy of In Situ Hydroxyl Radical Assistance and Post‐Synthesis Treatment

Zeolite Y, with a high SiO₂/Al₂O₃ ratio (SAR), plays an important role in fluidized catalytic cracking processes. However, in situ synthesis of zeolite Y with high SARs remains a challenge because of kinetic limitations. Here, zeolite Y with an SAR of 6.35 is synthesized by a hydroxyl radical assisted route. Density‐functional theory (DFT) calculations suggest that hydroxyl radicals preferentially enhanced the formation of Si‐O‐Si bonds, thus leading to an increased SAR. To further increase the SAR, a dealumination process was carried out using citric acid, with a subsequent second‐step hydrothermal crystallization, giving an SAR of up to 7.5 while maintaining good crystallinity and high product yield. The resultant zeolite Y shows good performance in cumene cracking. Introduced here is a new strategy for synthesizing high SAR zeolite Y, which is widely used in commercial applications.     

Probing the Different Life Stages of a Fluid Catalytic Cracking Particle with Integrated Laser and Electron Microscopy

While cycling through a fluid catalytic cracking (FCC) unit, the structure and performance of FCC catalyst particles are severely affected. In this study, we set out to characterize the damage to commercial equilibrium catalyst particles, further denoted as ECat samples, and map the different pathways involved in their deactivation in a practical unit. The degradation was studied on a structural and a functional level. Transmission electron microscopy (TEM) of ECat samples revealed several structural features; including zeolite crystals that were partly or fully severed, mesoporous, macroporous, and/or amorphous. These defects were then correlated to structural features observed in FCC particles that were treated with different levels of hydrothermal deactivation. This allowed us not only to identify which features observed in ECat samples were a result of hydrothermal deactivation, but also to determine the severity of treatments resulting in these defects. For functional characterization of the ECat sample, the Brønsted acidity within individual FCC particles was studied by a selective fluorescent probe reaction with 4‐fluorostyrene. Integrated laser and electron microscopy (iLEM) allowed correlating this Brønsted acidity to structural features by combining a fluorescence and a transmission electron microscope in a single set‐up. Together, these analyses allowed us to postulate a plausible model for the degradation of zeolite crystals in FCC particles in the ECat sample. Furthermore, the distribution of the various deactivation processes within particles of different ages was studied. A rim of completely deactivated zeolites surrounding each particle in the ECat sample was identified by using iLEM. These zeolites, which were never observed in fresh or steam‐deactivated samples, contained clots of dense structures. The structures are proposed to be carbonaceous deposits formed during the cracking process, and seem resistant towards burning off during catalyst regeneration.     

Untersuchungen an oxidischen Katalysatoren. XXXII. Die Wirkung siliciumreicher Y-Zeolithe beim Spalten und Isomerisieren von Paraffinen

Studies on Oxide Catalysts. XXXII. Effect of High-Silica Y Zeolites in the Cracking and Isomerization Reaction of Paraffins The catalytic properties of high-silica Y zeolites were investigated in the cracking of gasoil and – after addition of platinum – in the isomerization of n-hexane. Number and strength of Brönsted acid centres are influenced by dealumination. Strength and concentration of acid centres control catalytic activity, selectivity, and rate of coking.