ZSM-5催化丙烯芳构化反应构效关系及反应特性

甲醇两步制芳烃反应中低碳烯烃芳构化反应稳定性优异,为分析其内在机制,制备了不同硅铝比（n_SiO2/n_Al2O3）及Zn负载量的ZSM-5催化剂,以丙烯芳构化为模型反应,分析ZSM-5表面酸性对低碳烯烃芳构化反应性能的影响规律,并探究反应微观特性。发现当硅铝比由150降至75时,增加的酸密度促进了烯烃氢转移芳构化过程,使芳烃选择性由31.0%增至34.4%,但丙烯直接参与的氢转移过程也被强化,使丙烷产物选择性由28.2%增至36.0%。引入Zn助剂可将部分Brønsted酸转变为Zn-Lewis酸,强化烯烃脱氢芳构化过程,使芳烃选择性进一步显著增加到62.4%。丙烯芳构化过程中芳烃烷基化深度比甲醇芳构化过程低,提升总芳烃选择性的同时,也明显抑制了难溶性积碳的形成,使反应稳定性明显提升。由此得出,甲醇两步制芳烃过程中甲醇制低碳烯烃过程对甲醇的预先消耗,抑制了低碳烯烃芳构化反应芳烃产物的深度烷基化,是该反应表现出优异稳定性的重要原因。     

ZnHZSM-5上甲醇芳构化反应的研究

通过浸渍法改性制得ZnHZSM-5催化剂,并采用XRD、BET、NH₃-TPD和Py-IR方法对催化剂进行表征。在连续流动固定床反应装置上考察了Zn负载量和反应条件对甲醇芳构化反应(MTA)的影响。结果表明,0.5%Zn负载量可使芳烃收率提高5%。当Zn负载量超过2%时,不仅不能提高芳烃收率,反而促使甲醇裂解成CO和CO₂,Zn负载量为1.0%～2.0%时芳构化活性较高。最佳反应条件为液体体积空速0.36h^-1~0.6h^-1,温度350℃。并对Zn改性下的甲醇芳构化反应过程进行了探讨。     

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。     

ZSM-5分子筛催化苯与甲醇烷基化反应研究进展

我们综述了近年来苯和甲醇烷基化反应研究取得的进展.重点从ZSM-5催化剂的Si/Al、晶粒尺寸、改性等方面介绍了苯和甲醇烷基化催化剂的研究进展,总结并展望了苯和甲醇烷基化反应的研究方向,为ZSM-5分子筛催化剂的改性和苯-甲醇烷基化反应工艺创新提供参考.     

HF改性的Pt/ZSM-5催化剂在苯和甲醇烷基化反应中的应用

以HF改性的Pt/ZSM-5为催化剂,研究了其在苯和甲醇烷基化反应的应用,并用XRD、NH₃-TPD、BET等表征方法研究了改性前后催化剂酸性和孔结构变化。 结果表明,经HF改性后,Pt/ZSM-5催化剂的酸性增强、酸量增加,苯和甲醇烷基化反应性能明显提升。 3%HF-0.2%Pt/ZSM-5催化剂催化苯和甲醇烷基化反应时,甲苯和二甲苯选择性达到92.20%。 但是,HF负载量大于6%时,HF脱除的部分骨架硅和骨架铝会堆积在催化剂孔道内部,限制了反应物和产物的扩散,造成其催化性能下降。 通过计算得到了HF改性的Pt/ZSM-5催化剂上苯和甲醇烷基化反应的活化能为118 kJ/mol。     

金属氧化物和硅沉积改性 ZnO/SiO2/ZSM-5的甲醇择形芳构化反应催化研究

采用真空浸渍法对ZSM-5分子筛进行硅沉积和负载金属修饰,制备了复合改性的ZnO/SiO₂/ZSM-5催化剂,并将它应用于甲醇择形芳构化反应中。采用XRD、BET、NH₃-TPD、SEM、TEM等方法对制备的催化剂进行了物化表征。考察硅沉积次数和ZnO负载量对甲醇芳构化反应(MTA)中对二甲苯(PX)的选择性和收率的影响。结果表明,两次硅沉积改性并负载2.0%金属ZnO的ZSM-5分子筛具有较高的PX收率,在优化的反应温度420 ℃、反应压力0.2 MPa、甲醇空速WHSV为1.25 h^-1下,PX收率在28%以上。     

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。     

十元环分子筛在甲醇芳构化反应中催化性能的研究

合成了ZSM-5、ZSM-22、EU-1、MCM-22和ITQ-13具有十元环孔道结构的5种分子筛,研究了分子筛结构、酸性分布等因素对其在甲醇芳构化反应中催化性能的影响。研究表明,不同结构分子筛的形貌、酸性及孔径均存在较大差异,进而影响了其在甲醇制芳烃反应中的催化活性和稳定性。研究的5种分子筛中,ZSM-5表现出最佳的芳构化活性,芳烃收率达34.8%,MCM-22芳烃收率约为21.9%,而其他3种结构的分子筛催化剂基本未表现出甲醇芳构化活性。通过添加具有芳构化性能的Ga物种对ZSM-5和MCM-22进行改性,可显著提升芳烃收率,Ga/ZSM-5上芳烃收率达到40.8%,Ga/MCM-22上芳烃收率可提高到27.1%。另外,采用TG/DTA、GC等方法研究了失活催化剂的积炭情况,发现分子筛结构对积炭量、积炭组成及积炭分布存在显著影响。     

Zn/H-ZSM-5催化剂上的二甲醚芳构化反应

 考察了 H-ZSM-5 和 Zn/H-ZSM-5 催化剂的二甲醚芳构化性能. 结果表明, H-ZSM-5 分子筛催化剂酸性的增强和酸中心的增多有利于二甲醚芳构化. 当在 H-ZSM-5 催化剂中加入 2% Zn 时, 在 360 oC 下反应时总芳烃收率从 50.0% 增加至 66.2%, C8 芳烃收率从 28.6% 增加到 39.0%. 反应温度升高到 480 oC 时, 总芳烃收率增加至 78.0%.     

四丙基氢氧化铵改性Mo/HZSM-5催化甲烷甲醇共芳构化反应性能

采用四丙基氢氧化铵（TPAOH）处理HZSM-5分子筛,并负载金属Mo。利用XRD、低温氮气吸附、27Al MAS NMR、29Si MAS NMR和NH3-TPD等表征技术对TPAOH改性前后催化剂的结构和酸性进行了研究,考察了其对甲烷甲醇共芳构化反应的催化性能。结构表征结果表明,适量的TPAOH改性可提高HZSM-5分子筛的相对结晶度,样品中介孔含量明显增加并且弱酸量和强酸量也有所增加。反应性能测试表明,以6 % Mo 负载的HZSM-5（6Mo/HZSM-5）为催化剂,在700 ℃、甲烷体积空速为2000h-1的反应条件下,甲烷中添加少量甲醇（nCH4/nCH3OH=20）时,甲烷转化率稳定在10 %左右,苯选择性在70 %以上,C7-C9高碳芳烃的选择性为4 %。在0.1 M TPAOH改性6Mo/HZSM-5催化剂上,甲烷转化率为8%左右,苯选择性稳定在60%以上,C7-C9高碳芳烃的选择性提升到10-17 %。利用TG和TPO技术对反应后样品的积碳情况进行了表征,发现甲烷甲醇共进料时催化剂积碳量由甲烷单独进料时的15%降低至5%,0.1 M的TPAOH改性后积碳量则进一步降低至1.4 %。TPAOH改性的催化剂上介孔含量的增加和强酸中心上的稠环芳烃含量的减少是反应后积碳量显著下降的主要原因,这有利于提高芳构化催化剂的稳定性和碳原子的有效利用率。     

高性能甲苯烷基化合成二甲苯催化剂研究

通过对比不同孔结构分子筛的甲苯甲醇烷基化催化性能,发现分子筛孔道尺寸与目标芳烃分子动力学尺寸的有效匹配以及孔道空间限制效应对反应路径的约束管理,对实现高性能烷基化至关重要。并结合XRD、BET、NH₃-TPD和SEM表征分析,通过先后负载La₂O₃和P₂O₅对硅铝比为60的ZSM-5进行复合改性修饰,提升其骨架水热稳定性的同时,选择性地消除内外表面大部分强酸中心,保留弱+中强酸作为烷基化催化活性位,所得MAT-HZSM-5催化该反应表现出很高的甲醇烷基化效率和良好的反应稳定性,在氮气反应气氛下,连续运行500 h无明显失活迹象,甲苯转化率维持在35%-38%,二甲苯选择性60%-77%,甲醇烷基化效率大于90%。     

ZSM-5沸石结晶度对乙苯叔丁基化对位选择性的影响(英文)

Highly crystalline ZSM-5 zeolites are important for para-selective alkylation of alkyl aromatics, because they carry few external acid sites for isomerization of p-dialkyl products. Such zeolites (Si/Al = 25, 50, and 75) were synthesized in a fluoride medium between pH 4 and 6. Their crystallinities, crystal sizes, and surface areas were higher than those of a commercial ZSM-5 zeolite. Their para selectivities in alkylation were tested for vapor-phase tert-butylation of ethylbenzene between 200 and 400 °C. As expected, all the catalysts showed more than 90% para selectivity. At 300 °C, ethylbenzene conversion decreased in the order ZSM-5(25, commercial) > ZSM-5(25) > ZSM-5(50) > ZSM-5(75). The catalysts had weak, medium, and strong acid sites, but all the acid sites of ZSM-5(75) were weaker than those of ZSM-5(25) and ZSM-5(50). The high activity of commercial ZSM-5 was caused by its strong acid sites being stronger than those of the synthesized zeolites. Although the activity of the commercial catalyst was higher than those of the present catalysts, the selectivity for 4-t-butylethylbenzene (4-t-BEB) was low. The optimum feed ratio (ethylbenzene:t-butyl alcohol) was 2:1 and the feed rate was 1.65 h?1 for high ethylbenzene conversion and 4-t-BEB selectivity. Time-on-stream studies showed slow catalyst deactivation. Highly crystalline ZSM-5 zeolites are therefore better than a commercial zeolite for para-selective alkylation of alkyl aromatics. They do not require much post-modification for high para selectivity. A fluoride medium is therefore better than an alkaline medium for obtaining highly crystalline para-selective ZSM-5 zeolites.     

Promoted effect of zinc–nickel bimetallic oxides supported on HZSM-5 catalysts in aromatization of methanol

Zn/ZSM-5(NZ2) and Zn/Ni/ZSM-5(NZ3) as the catalysts for methanol to aromatics(MTA) were synthesized by a simple ultrasonic impregnation. The textural and acid properties of all catalysts were characterized using XRD, HRTEM, NH_3-TPD, Py-IR, XPS, XRF and TG techniques. The XRD and HRTEM results showed that the basic zeolite structures were not affected much with the incorporation of Zn and Ni species. However, great changes have taken place in acid properties. The Py-IR and XPS results indicated that the Zn-Lewis acid sites(ZnOH~+ species), which have stronger interaction with the zeolite framework compared with ZnO species, were generated at the expense of B acid sites with the incorporation of zinc species. Moreover, the product analysis results showed that the incorporation of zinc species promoted the primary aromatization by enhancing the dehydroaromatization and suppressing the cracking and subsequent H-transfer reaction. Furthermore, the addition of Ni species well inhibited the loss of zinc species by converting partial ZnO species to ZnOH~+ species, and thus improved the aromatization activity and catalyst stability. The catalytic performance results showed that the NZ3 possess higher conversion of methanol in a longer time and lower average rate of coke formation compared with NZ2. In addition,the NZ3 also exhibited the highest yield of BTX as the reaction proceeds.     

Synthesis of Cumene from Lignin by Catalytic Transformation

Cumene is an important intermediate and chemical in chemical industry.In this work,directional preparation of cumene using lignin was achieved by a three-step cascade process.The mixture aromatics were first produced by the catalytic pyrolysis of lignin at 450℃ over 1% Zn/HZSM-5 catalyst,monocyclic aromatics with the selectivity of 85.7 wt% were obtained.Then,the catalytic dealkylation of heavier aromatics resulted in benzene-rich aromatics with 93.6 wt% benzene at 600℃ over Hβ catalyst.Finally,the cumene synthesis was performed by the aromatic alkylation,giving cumene selectivity of 91.6 C-mol% using the[bmim]Cl-2AlCl₁₃ ionic liquid at room temperature for 15 min.Besides,adding a small amount of methanol to the feed can efficiently suppress the coke yield and enhance the aromatics yield.The proposed transformation potentially provides a useful route for production of cumene using renewable lignin.     

甘油脱水合成丙烯醛ZSM-5催化剂的孔结构和酸性调控

研究了ZSM-5 孔结构和表面酸性对甘油脱水合成丙烯醛反应性能的影响. 在碱浓度为0.2 mol·L^-1的NaOH溶液中, 分别在65和85 ℃条件下对ZSM-5进行化学刻蚀, 成功地制备了含微介孔的ZSM-5催化剂, 提高了催化剂的表面强酸密度. 碱处理后的ZSM-5催化剂在甘油脱水反应中的稳定性得到显著提高, 在ZSM-5-at85 (经85 ℃碱处理的ZSM-5)催化剂上甘油转化率在反应10 h 后仍可保持95%以上, 丙烯醛选择性达到78%. 采用N₂吸附-脱附等温线、X射线粉末衍射(XRD)、²⁷Al 固体核磁共振(²⁷Al MAS-NMR)和透射电子显微镜(TEM)等手段对ZSM-5 结构和表面性质进行了表征, 实验结果表明在碱处理过程中骨架中的硅发生了溶脱现象, 在分子筛表面上形成了大量介孔, 但是ZSM-5 的MFI 拓扑结构没有发生变化, 骨架中的大部分铝得到保持. X射线光电子能谱(XPS)、X射线荧光光谱(XRF)和氨气程序升温脱附(NH₃-TPD)证实了在碱处理后ZSM-5分子筛外表面的Si/Al 摩尔比低于其骨架中的比例, 由此表明脱硅现象主要发生在ZSM-5 的外表面, 在新产生的介孔区域由于Si/Al 摩尔比的降低使得强酸密度得到提高. 具有微介孔结构和较高酸密度的ZSM-5催化剂增强了反应物扩散性能和容碳能力, 这对于提高甘油脱水合成丙烯醛催化剂的活性和稳定性起到了关键作用.     

不同硅铝比ZSM-5分子筛作为助催化剂在渣油裂化中的应用

采用不同方法表征了硅铝比(SiO2/Al2O3)为33、266和487的质子型ZSM-5分子筛,并研究了ZSM-5分子筛作为助催化剂在渣油裂解中的应用。与USY分子筛基催化剂混合后,在固定流化床上,评价了ZSM-5分子筛助催化剂的催化裂化性能。研究发现,提高ZSM-5分子筛硅铝比,可以有效抑制混合催化剂对汽油烯烃的裂解,从而避免了汽油烷烃的大量损失。加入ZSM-5助催化剂后,伴随着液化气(LPG)产率的增加,异丁烷和异戊烷产率增加,这可能是由USY基催化剂和ZSM-5助催化剂的综合效应引起的。汽油烷烃和芳烃含量的变化,引起了汽油辛烷值的增加。高硅铝比ZSM-5分子筛(硅铝比为266和487)不仅可以显著改善汽油的辛烷值,而且有效避免了汽油的大量损失。催化汽油辛烷值的改善主要是由于高硅铝比ZSM-5分子筛具有适宜的芳构化和异构化活性,这些变化主要源于高硅铝比ZSM-5分子筛小的孔道直径和适宜的酸性。     

酸碱处理对ZSM-5分子筛物化性质和反应性能的影响

考察了碱处理、先碱后两步酸处理对HZSM-5分子筛物化性质以及苯与甲醇烷基化反应性能的影响。结果表明,碱处理在脱除分子筛中非骨架硅的同时,提高了晶孔的利用率,也中和了分子筛的强酸中心,使催化剂活化甲醇的能力减弱,苯与甲醇反应活性降低;先碱后两步酸处理既脱除了分子筛中的非骨架铝,也恢复了一部分强酸中心,提高了苯与甲醇的反应活性。进一步考察了先碱后两步酸处理中不同碱浓度的影响,结果表明,适宜浓度的碱处理后再两步酸处理,一方面,能脱除分子筛的非骨架硅铝物种,使分子筛的颗粒粒径更加均匀;另一方面,分子筛的强酸中心有所减少,降低了催化剂的积炭失活速率,苯转化率提高15%以上。     

Acidity effects of Hβ zeolite on olefin alkylation of thiophenic sulfur in gasoline

Olefin alkylation of thiophenic sulfur process was carried out in model gasoline, using Hβ zeolites with different Si/Al2 ratios as catalysts. In particular, the influence of acid properties of Hβ zeolites on its catalytic ability for the thiophene alkylation, xylene alkylation and hexene oligomerization was investigated. The results showed that the acidity of the Hβ zeolite was increased with the decrease of Si/Al2 ratio, but its catalytic ability was not always increased. In fact, it reached the maximal catalytic ability at Si/Al2 ratio of 66, and under the reaction conditions of 60 ℃, 1.5 MPa, WHSV 3.0 h-1and time on stream 2 h. At the ratio, the conversion of thiophene, xylene, and oligomerized hexene were 96.6%, 2.7% and 2.8%, respectively. An optimal Si/Al2 ratio exists for the catalytic performance of H/3 zeolite. By investigating the coke deposition of the used H/3 zeolite catalysts, it has been found that the optimal Si/Al2 ratio is attributed to the combined effect of the carbocation activation capability and the hydrogen transformation capability of the H/3 zeolite catalyst.