晶粒大小对ZSM-5分子筛甲醇制低碳烯烃催化性能的影响

对三种HZSM-5分子筛进行Ca改性,获得两组酸性接近的催化剂,考察了晶粒大小对甲醇制低碳烯烃(MTO)反应的影响。通过进一步与Na改性的比较,探讨了Ca在催化反应中的作用。采用扫描电镜(SEM)测定晶粒大小及形貌,氨气程序升温脱附(NH3-TPD)及吡啶红外吸附(Py-IR)表征催化剂的酸性。MTO催化性能测定结果表明,HZSM-5的低碳烯烃选择性较低且下降较快,催化活性降低也快;Ca改性降低酸性,提高了低碳烯烃选择性和催化稳定性;晶粒大小主要影响催化稳定性,小晶粒分子筛催化剂稳定性更好。高Ca含量改性效果更好;钠改性也提高了低碳烯烃选择性,但其稳定性较差。对于HZSM-5和Ca/HZSM-5,小晶粒的催化剂具有较好的催化稳定性。提出Ca参与了催化反应,MTO是一个酸碱协同作用的催化过程。     

氟磺酸改性磺酸型聚合物催化剂在甲醛羰基化中的性能研究

采用水热合成、原位磺化法制备了固体磺酸型聚合物PDS-1.0催化剂,以三氟甲烷磺酸对其进行接枝改性得到PDS-1.0-F催化剂;采用N_2吸附-脱附、TG、FT-IR、~(31)P M AS NMR和XPS等技术对催化剂的物理和化学性质进行了表征,以甲醛羰基化制乙醇酸为探针反应对其催化性能进行了评价研究。结果表明,与PDS-1.0催化剂相比,氟磺酸改性后的PDS-1.0-F催化剂的比表面积、孔容积和酸量均降低,但是酸强度和热稳定性显著增加,由此对甲醛羰基化反应具有较好的催化性能,乙醇酸收率达到91.2%。     

合成气催化转化直接制备低碳烯烃研究进展

合成气直接催化转化制备低碳烯烃是C1化学与化工领域中一个极具挑战性的研究课题,具有流程短、能耗低等优势,已成为非石油路径生产烯烃的新途径。直接转化方式主要包括经由OX-ZEO双功能催化剂直接制低碳烯烃的双功能催化路线以及经由费托反应直接制备低碳烯烃的FTO路线。综述简述了近年来在合成气直接制备低碳烯烃方面的研究进展,重点讨论了低碳烯烃的形成机理、新型催化剂的研发及助剂对其催化性能的影响,并对合成气直接制烯烃的未来进行了展望。     

担载型Fe2O3／ACDM催化剂用于甲醇转化反应的研究

担载型Ｆｅ＿２Ｏ＿３／ＡＣＤＭ催化剂用于甲醇转化反应的研究夏清华，陈国权，王清遐，王公慰（中国科学院大连化学物理研究所大连１１６０１２）关键词ＺＳＭ－５沸石，铁浸渍改性，甲醇转化，低碳烯烃，酸性在煤基甲醇制低碳烯烃的ＭＴＯ过程的研究中，通常是对ＺＳＭ...     

Cu-Fe基催化剂上合成气直接制取低碳烯烃的研究

我们采用浸渍法制备了γ-Al2O3负载的Cu-Fe基催化剂,并结合其反应性能和XRD、H2-TPR和XPS等表征结果研究了其催化合成气直接制低碳烯烃的反应行为.结果表明,合成气直接制低碳烯烃Cu-Fe基催化剂的活性组分Cu和Fe之间存在明显的协同效应,Cu-Fe基催化剂表现出优异的合成气直接制低碳烯烃反应性能;Cu基催化剂中引入少量Fe组分明显提高了活性组分Cu的分散度,促进了Cu活性组分的还原,进而有利于催化剂反应性能的改进.初步推断Cu-Fe基催化剂上合成气转化生成低碳烯烃的主要反应历程为CO加氢生成含氧化合物(醇醚等)后再脱水生成低碳烯烃.     

合成气在铁锰/沸石催化剂上合成低碳烯烃的研究——Ⅱ.碱改性ZSM-5担载Fe-MnO催化剂反应性能的考察

本文首次采用碱改性处理ZSM-5沸石,降低其酸性,以抑制低碳烯烃在ZSM-5沸石酸中心上的二次反应,结果大大提高了C_2~=—C_4~=选择性。尤其是经NaN_3强碱固相改性ZSM-5担载的Fe-MnO催化剂可得52％的低碳烯烃选择性。考察了金属活性组分调变对催化剂性能的影响,表明不同碱改性的催化剂中MnO助烯烃选择性作用也有差异。通过NH_3-TPD、吡啶-IR,CO_2-TPD和~(29)Si-NMR对催化剂表征表明,碱改性消除了ZSM-5强酸中心,大幅度降低了弱酸中心;提高了催化剂体系碱性及SiO_4四面体周围电子云密度。并对催化剂的活性及烯烃选择性随ZSM-5的碱改性不断提高的规律性作了解释。     

C4/C5烃催化裂解制低碳烯烃的研究进展

从催化剂类型、裂解工艺、催化裂解的影响因素和裂解机理4个方面对国内外C4/C5烃催化裂解制低碳烯烃的研究进行了综述。催化裂解制低碳烯烃催化剂主要采用ZSM-5分子筛系列催化剂,在此基础上发展了酸改性或水热改性高硅ZSM系列分子筛及介孔MCM-41分子筛。总结了国内外C4/C5烃的裂解工艺,认为影响催化裂解的主要因素是裂解原料、催化剂类型及工艺条件。目前,裂解机理主要是自由基与碳正离子机理相结合的机理。并简述了本课题组目前有关C4烷烃催化裂解的主要研究进展。     

HZSM-5纳米颗粒中Ca含量对甲醇制烯烃反应及积炭生成的影响（英文）

随着经济发展和能源需求不断增加,资源合理配置显得尤为重要。以天然气为原料的甲醇制烯烃(MTO)技术的发展,为弥合日益扩大的低碳烯烃供需矛盾提供了一条可替代传统石油化工路线、有广阔应用前景的合成路径。酸性调节对MTO催化剂的催化性能及积炭问题的解决至关重要。本研究通过改变Ca含量调节催化剂的酸性并测定系列Ca改性HZSM-5催化剂(9≤Ca/Al≤54)的甲醇转化率和低碳烯烃选择性以及催化剂稳定性,研究了Ca含量对150 nm Si/Al比为230的HZSM-5纳米颗粒催化甲醇制烯烃性能及积炭生成的影响。利用阳离子引入策略调节Lewis酸和Bronsted酸的比例及酸强度,研究了不同Ca离子含量对HZSM-5催化剂催化MTO转化的影响。首先,合成NaZSM-5纳米颗粒并通过离子交换法制备HZSM-5分子筛,然后采用浸渍法制备不同Ca/Al比的Ca-HZSM-5催化剂。其次,分别在390、440以及490℃温度条件及不同的空速条件下对常压固定床中系列Ca改性HZSM-5催化剂进行催化性能测试。在490℃的温度条件及空速为9 h-1条件下对HZSM-5催化剂和Ca27-HZSM-5催化剂进行了约100 h的稳定性测试。采用配备HP-Plot Q色谱柱(30 m×0.53 mm×40μm)、FID检测器的气相色谱仪(Agilent 7890)在线分析气相产物并通过室温冷凝对液相产物进行离线分析。最后,利用XRD、BET、FESEM、IR、NH3-TPD、TGA手段对Ca改性HZSM-5催化剂进行表征,探究催化剂的构成和催化剂催化性能以及催化剂积炭失活之间的关系。从该系列Ca-HZSM-5催化剂催化性能结果结合系列表征结果可以看出,Ca含量对甲醇制烯烃反应及积炭生成影响结果如下:(1)通过调节Ca含量,可获得催化MTO反应性能最佳的Ca27-HZSM-5 (Ca/Al=27)催化剂,该催化剂在490℃反应条件下的乙烯产率为0.11,丙烯产率为0.14。通过FT-IR、吡啶红外吸附以及NH3-TPD结果分析可得,Ca27-HZSM-5催化剂在该类Ca改性催化剂中具有最多的易接触Lewis酸性位点,同时Lewis酸在总酸位点中占比最大并且酸强度也有所增强。(2)通过热重分析及反应后催化剂颜色变化可以推断Ca掺杂的HZSM-5催化剂可显著降低催化剂上积炭的生成。(3)Ca掺杂HZSM-5催化剂上其低碳烯烃产率在研究温度范围内不受温度变化的影响并且该Ca掺杂HZSM-5催化剂相较于未掺杂的HZSM-5催化剂乙烯和丙烯的产率得到了提高。(4)适当的Ca掺杂HZSM-5催化剂上较轻的芳香碳在积炭中的占比较大。通过引入阳离子调节分子筛催化剂的酸性是优化该类催化剂催化脱水反应的有效手段。基于此,本研究通过掺杂Ca阳离子优化了HZSM-5分子筛催化MTO反应的性能。由于Ca掺杂,降低了催化剂的酸性从而抑制了质子转移反应并显著降低了催化剂酸位点上齐聚反应的进行进而抑制芳烃循环路径低碳烯烃的生成。适当数量的Ca掺杂,由于最弱的空间位阻效应,暴露出更多易接触Lewis酸位点使得该催化剂具有良好的活性和较高的低碳烯烃选择性。在研究的温度范围内,Ca掺杂HZSM-5催化剂催化MTO反应的能垒降低。同时Ca掺杂可适当降低积炭的生成速率,长时间进行催化反应仍会导致积炭的生成。     

C4/C5烃催化裂解制低碳烯烃的研究进展

从催化剂类型、裂解工艺、催化裂解的影响因素和裂解机理4个方面对国内外C4／C5烃催化裂解制低碳烯烃的研究进行了综述。催化裂解制低碳烯烃催化剂主要采用ZSM-5分子筛系列催化剂，在此基础上发展了酸改性或水热改性高硅ZSM系列分子筛及介孔MCM41分子筛。总结了国内外C4／C5烃的裂解工艺，认为影响催化裂解的主要因素是裂解原料、催化剂类型及工艺条件。目前，裂解机理主要是自由基与碳正离子机理相结合的机理。并简述了本课题组目前有关C4烷烃催化裂解的主要研究进展。     

烃类催化裂解制低碳烯烃催化剂

在探索替代传统的蒸气热裂解制取低碳烯烃的诸多研究中,烃类催化裂解制低碳烯烃是最具有发展前景的方法之一,其中研究和开发具备良好催化性能的催化剂是该项技术的关键。本文综述了近年来烃类催化裂解制低碳烯烃的催化剂体系,包括分子筛催化剂、金属氧化物催化剂和复合催化剂;比较了各类催化剂的特点并对其今后的发展方向进行了展望。     

Effects of P content in a P/HZSM-5 catalyst on the conversion of ethanol to hydrocarbons

A series of P/HZSM-5 catalysts prepared by impregnation method were used for ethanol conversion to lower olefins. The catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), NH3-temperature-programmed desorption (NH3-TPD) and N2 adsorption-desorption measurements. It was found that the P/HZSM-5 catalysts showed high activity and selectivity toward light olefins. The selectivities of propylene and butylene can be improved with the introduction of phosphorus (P). When the content of P reached 3.0 wt%, more than 18.9% propylene in the gaseous products was obtained over the P/HZSM-5 catalyst at 450 ?C. The introduction of P modified the strong Br?nsted acid sites of the original HZSM-5 catalysts and P/HZSM-5 catalysts could resist coke formation and showed good stability.     

汽油芳构化改质催化剂的覆硅改性研究

采用外表面覆硅改性,内表面金属锌改性制备了ZnS i/HZSM-5芳构化催化剂,以全馏分FCC汽油为原料,在实验室固定床反应装置上进行催化剂的抗积炭及芳构化性能评价,并探讨了催化剂改性机理。采用XRD、BET、Py-IR及元素分析等方法对催化剂晶相、孔结构、酸性及抗积炭性能进行了表征。结果表明,在500℃、1.5MPa及空速为3.0 h-1的条件下,液相产品中烯烃及芳烃质量分数分别为21.75%和27.32%,锌硅改性催化剂具有较高的活性、稳定性及芳构化降烯烃性能。     

Effects of Calcination Temperature on the Acidity and Catalytic Performances of HZSM-5 Zeolite Catalysts for the Catalytic Cracking of n-Butane

The acidic modulations of a series of HZSM-5 catalysts were successfully made by calcination at different treatment temperatures, i.e. 500, 600, 650, 700 and 800 ℃, respectively. The results indicated that the total acid amounts, their density and the amount of B-type acid of HZSM-5 catalysts rapidly decreased, while the amounts of L-type acid had almost no change and thus the ratio of L/B was obviously enhanced with the increase of calcination temperature (excluding 800 ℃). The catalytic performances of modified HZSM-5 catalysts for the cracking of n-butane were also investigated. The main properties of these catalysts were characterized by means of XRD, N2 adsorption at low temperature, NH3-TPD, FTIR of pyridine adsorption and BET surface area measurements. The results showed that HZSM-5 zeolite pretreated at 800 ℃ had very low catalytic activity for n-butane cracking. In the calcination temperature range of 500-700 ℃, the total selectivity to olefins, propylene and butene were increased with the increase of calcination temperature, while, the selectivity for arene decreased with the calcination temperature.The HZSM-5 zeolite calcined at 700 ℃ produced light olefins with high yield, at the reaction temperature of 650 ℃ the yields of total olefins and ethylene were 52.8% and 29.4%, respectively. Besides, the more important role is that high calcination temperature treatment improved the duration stability of HZSM-5zeolites. The effect of calcination temperature on the physico-chemical properties and catalytic performance of HZSM-5 for cracking of n-butane was explored. It was found that the calcination temperature had large effects on the surface area, crystallinity and acid properties of HZSM-5 catalyst, which further affected the catalytic performance for n-butane cracking.     

Fe-modified HZSM-5 catalysts for ethanol conversion into light olefins

A series of Fe/HZSM-5 catalysts with different iron loadings were prepared by impregnation method.Characterization was performed by N2 adsorption-desorption,X-ray diffraction(XRD),NH3 temperature-programmed desorption(NH3-TPD),temperature-programmed reduction (TPR),temperature-programmed oxidation(TPO)and thermogravimetry(TG)analysis.Iron content in the synthesized samples varied from 1.1 wt%to 20 wt%.The obtained samples have been used for ethanol conversion into light olefins.It was found that the amount of strong acidity at 300 -5 50-C on Fe-modified samples was decreased,going with another new acid site appearance at 550- 600-C and that Fe/HZSM-5 catalysts were highly selective towards light olefins,especially the 9FZ sample.In addition,Fe-modified catalysts suppressed the conversion of ethanol to aromatics and paraffins and enhanced their anti-carbon deposit ability.     

Mo/HZSM-5丙烷芳构化催化性能及其吸附量热的研究

采用等量浸渍法制得一系列不同担载量的Ｍｏ／ＨＺＳＭ－５催化剂,运用ＸＲＤ和ＦＴＩＲ方法考察了Ｍｏ物种在催化剂表面的分散状态,首次采用微分吸一热技术对Ｍｏ／ＨｚＳＭ－５催化剂的表面酸性进行表征。同时研究了催化剂对丙烷芳构化的反应活性。结果表明：对于担载Ｍｏ的ＨＺＳＭ－５分子筛催化剂,Ｍｏ物种在ＨＺＳＭ－５分子筛表面上顺序为ＨＺＳＭ－５〉１％Ｍｏ／ＨＺＳＭ－５〉２％Ｍｏ／ＨＺＳＭ－５分子筛本身表面的酸     

Production of Low-carbon Light Olefins from Catalytic Cracking of Crude Bio-oil

Low-carbon light olefins are the basic feedstocks for the petrochemical industry. Catalytic cracking of crude bio-oil and its model compounds (including methanol, ethanol, acetic acid, acetone, and phenol) to light olefins were performed by using the La/HZSM-5 catalyst. The highest olefins yield from crude bio-oil reached 0.19 kg/(kg crude bio-oil). The reaction conditions including temperature, weight hourly space velocity, and addition of La into the HZSM-5 zeolite can be used to control both olefins yield and selectivity. Moderate adjusting the acidity with a suitable ratio between the strong acid and weak acid sites through adding La to the zeolite effectively enhanced the olefins selectivity and improved the catalyst stability. The production of light olefins from crude bio-oil is closely associated with the chemical composition and hydrogen to carbon effective ratios of feedstock. The comparison between the catalytic cracking and pyrolysis of bio-oil was studied. The mechanism of the bio-oil conversion to light olefins was also discussed.     

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.     

Pt/HZSM-5基催化剂双功能协同性对正丁烷催化裂解反应机制的影响

轻质烷烃结构稳定,化工利用率低.催化裂解轻质烷烃是其高值利用的重要途径,相关研究同时对C-C键和C-H键活化和演变调控具有重要意义.本文在基于原子层沉积法构建高稳定Pt/HZSM-5基双功能模型催化剂的基础上,研究了不同酸性HZSM-5分子筛引入脱氢组分Pt对反应路径及目的产物低碳烯烃的影响规律.研究发现,双功能催化剂中, Pt的脱氢性能与分子筛的酸性裂解性能存在协同作用,不同硅铝比的分子筛上引入Pt,高硅铝比分子筛上Pt的引入对脱氢促进效应更明显.同时,将脱氢组分Pt引入到不同裂解能力的酸性分子筛载体上,会改变其低碳烯烃的生成路径,高硅铝比的分子筛上引入Pt后丁烯的生成路径增强,而低硅铝比的分子筛上则会增强乙烯与丙烯的生成路径,当分子筛硅铝比继续降低时,乙烯的生成路径进一步增强.本研究对多相复杂反应中反应路径调控及高效双功能催化剂设计具有指导意义.     

含氧化铝Zn/HZSM-5催化剂芳构化反应性能的研究

考察了在含氧化铝载体条件下,不同Zn负载量改性后HZSM-5催化剂的MTA反应性能。采用BET、XRD、PyFTIR、NH3-TPD和H2-TPR等分析手段对催化剂进行表征。实验结果表明,氧化铝载体的加入使得HZSM-5催化剂产生了介孔并且增强了Zn物种在催化剂表面的稳定性;Zn物种的加入破坏了HZSM-5分子筛的骨架结构、改变了催化剂表面酸性;此外,Zn物种的加入可以促进MTA过程脱氢反应的进行,中间产物烯烃的后续芳构化过程受到抑制;在实验的考察范围内,当Zn负载量为0.5%(质量分数)时,芳烃(C6~11)收率存在最大值21.0%(质量分数);甲醇的芳构化能力会受到生焦的抑制,然而,再生后的催化剂呈现更高的芳烃收率。