吸热型碳氢燃料裂解催化剂结焦研究

建立了一套可以同时进行吸热型碳氢燃料催化裂解研究和催化剂结焦评价的装置。选用SAPO－34、HZSM－5以及USY型不同孔径的分子筛催化剂对自行研制的吸热型碳氢燃料S－1进行催化裂解反应，采用注氧烧焦的方法考察了改变反应温度、反应时间等实验条件对催化剂结焦性能的影响，结果发现，当温度达到700℃时，三种催化剂都有最大的结焦量，而USY型分子筛高达55μL/mg。同时还考察了作为结焦母体的小分子烯烃在裂解产物中的分布与催化剂结焦的关系，对燃料S－1在三种分子筛上裂解结焦的规律有了初步的了解，从而为筛选适用于吸热型碳氢燃料催化裂解的催化剂提供了有力的依据。     

USY型分子筛与高岭土的水热热压固化及固化体性能研究

应用水热热压技术制备了各种USY型分子筛-高岭土的固化成型体,并对其进行物相分析、表面酸性以及对正十五烷裂解的催化性能测定。实验结果表明:USY型分子筛与高岭土的固化体具有较强的B酸中心,而几乎没有L酸中心。135℃下得到的固化体对n-十五烷的裂解活性及汽油转化率都高于未经处理的样品。水热热压固化温度是影响固化体性能的重要条件,可以利用固化体组分的改变及固化条件的控制来调节固化体表面酸性及其催化性能。     

氯化钙催化纤维素热裂解动力学研究

用差示热重分析仪对氯化钙纤维素热裂解动力学催化影响进行了研究。结果表明，氯化钙对焦炭的形成具有强烈的促进效果，使热裂解最终残留物产率从5％提升到10％以上，氯化钙的存在影响到热失重初始阶段活性纤维素的生成，使热重曲线向低温侧移动，并在低温段产生了小的失重速率峰。通过热重分析发现，氯化钙催化条件下纤维素热裂解动力学参数被分为了三段，分别对应于活性纤维素的生成、炭化和活性纤维素转化为挥发分产物三个区间，并依次成为整体失重过程的控制步骤。结合Broido-Shafizadeh机理分析以及与纯纤维素热裂解动力学参数的对比，氯化钙对这三个主要反应步骤都产生了促进效果，其中以催化焦炭的生成最为明显，在促进焦炭化的过程中，降低了气体产物的生成比率。     

超声辅助制备Ni-Mo/USY催化剂上正庚烷异构化性能研究

以USY分子筛作为载体,Ni和Mo作为活性组分,利用超声辅助浸渍法（US-IM）和常规浸渍法（C-IM）制备了Ni/USY（US-IM）和Ni-Mo/USY催化剂.采用X射线衍射（XRD）、吡啶-红外光谱分析（Py-IR）和N₂吸附-脱附等对催化剂进行理化性质表征,综合考察了不同改性方法以及单金属和双金属改性前后分子筛酸性和孔结构性质等的变化及其对正庚烷异构化性能的影响.实验结果表明：Mo对于Ni在USY分子筛上的均匀分布以及异构化催化性能具有协同促进作用;超声条件对双金属改性的USY结构基本无影响;超声空化作用降低了催化剂金属粒子的团聚,使其在USY表面均匀分散,增加了催化反应中所需的金属活性位点.超声辅助浸渍制备的Ni-Mo/USY中较高的金属分散度导致了较强的金属-载体相互作用,使其活性和稳定性高于常规浸渍法.在优化超声条件下,反应温度和反应时间分别为250℃和3 h,还原温度和还原时间分别为550℃和5 h,H₂/C₇摩尔比为0.14时,正庚烷的转化率和异构化选择性分别可以达到65.7%和74.1%.     

USY分子筛催化FCC汽油的烷基化脱硫反应研究

以USY分子筛催化FCC汽油中噻吩类硫化物与烯烃的烷基化反应,采用DL-2B-EE微库仑仪测定反应前后硫分布的变化,考察了USY分子筛的制备条件和烷基化反应温度对其催化性能的影响.实验结果表明,水蒸汽处理温度350℃、水蒸汽处理时间5h,反应温度120℃时,USY分子筛催化剂的比表面积为613m2/g,催化活性最佳,使得FCC汽油中<100℃馏分的硫含量减少至16.92mg/L.水蒸汽流速对USY分子筛催化烷基化反应影响不大.不同处理方法所得USY分子筛的吡啶吸附红外光谱结果表明,具有较多的酸中心的USY分子筛更有利于催化FCC汽油的烷基化脱硫反应.     

热态半焦和冷态半焦催化裂解煤焦油研究

对比研究了热态半焦(原位热解半焦)和冷态半焦(热解后温度降至常温的半焦)对煤焦油的催化裂解特性。结果表明,相同条件下,热态煤半焦比冷态煤半焦具有更高的催化裂解焦油能力。当裂解温度为1 100 ℃,热解气体在热态半焦层中的停留时间为1.2 s时,催化裂解后燃气中焦油含量可降至100 mg/m³。BET分析结果表明,热态半焦比冷态半焦具有更大的比表面积和更发达的微孔结构。同时,在不可避免经历相对明显的高温过程中,冷态半焦的碳微晶结构有序度增加,进而导致其活性有所降低。随着气体停留时间的延长或催化裂解温度的提高,燃气中焦油含量迅速降低,但热态半焦与冷态半焦催化裂解焦油的活性差异也变小。半焦催化裂解焦油后,活性明显降低,但使这种半焦与水蒸气发生部分气化反应后,其活性基本得到恢复。     

分子筛USY负载硼化钴非晶态合金催化剂的制备及其在催化硼氢化钠水解制氢中的应用

采用浸渍法与化学还原法相结合制备了一系列USY型分子筛负载非晶态合金硼化钴(CoB/USY)催化剂,并系统探究了该催化剂在催化硼氢化钠水解制氢中的催化活性。 XRD表征表明,USY分子筛载体上负载的活性组分CoB属于非晶态结构。 通过扫描电子显微镜,对比了负载型CoB/USY催化剂和粉末状CoB催化剂的微观形貌,发现非晶态合金活性组分CoB能够很好的分布在USY分子筛载体表面,较粉末状CoB有更高的分散度。 催化硼氢化钠水解制氢实验结果表明,相对于粉末状CoB催化剂,负载型CoB/USY催化剂在硼氢化钠水解制氢中具有更高的催化活性,30 ℃时NaBH₄水解产氢速率约为1.5 L/(min·g)。 反应动力学的计算结果显示,负载型CoB/USY催化剂在催化NaBH₄水解制氢反应中表观活化能约为65.9 kJ/mol,大大低于粉末状CoB催化剂的活化能(72.1 kJ/mol)。     

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。     

压力对USY催化甲苯裂解结焦及其前驱体的影响

研究了压力对USY催化剂催化甲苯裂解结焦及其前驱体的影响。采用热重、红外、13C固体核磁、元素分析、色质联用、程序升温氧化法等手段对催化剂上的焦炭和液相产物中的焦炭前驱体进行了考察。结果表明，沉积在催化剂上的焦炭主要为缩合度较高的多环芳烃，随着压力的升高，总的结焦量减少，液相产物中多环芳烃的环数和质量分数呈增加趋势，证明了超临界流体对焦炭前驱体有萃取效果。并探讨了超临界条件下甲苯催化裂解结焦的机理。     

脱铝八面沸石的催化行为——非晶格铝的影响

经水热处理和SiCl4处理得到了两个系列的脱铝Y沸石USY（W）和USY（T）。经X射线衍射分析、化学分析和ESCA研究确定USY（W）中包含有非晶格铝，通过TPD、IR研究发现，沸石中非晶格铝屏蔽了沸石中的强酸中心，同时产生部分弱酸中心，经异丙苯裂化反应和DTA实验发现非晶格铝的存在虽使反应活性降低，但却提高了抗积碳能力。     

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。     

Effects of Temperature and Catalyst to Oil Weight Ratio on the Catalytic Conversion of Heavy Oil to Propylene Using ZSM-5 and USY Catalysts

It is useful for practical operation to study the rules of production of propylene by the catalytic conversion of heavy oil in FCC (fluid catalytic cracking). The effects of temperature and C/O ratio (catalyst to oil weight ratio) on the distribution of the product and the yield of propylene were investigated on a micro reactor unit with two model catalysts, namely ZSM-5/Al2O3 and USY/Al2O3, and Fushun vacuum gas oil (VGO) was used as the feedstock. The conversion of heavy oil over ZSM-5 catalyst can be comparable to that of USY catalyst at high temperature and high C/O ratio. The rate of conversion of heavy oil using the ZSM-5 equilibrium catalyst is lower compared with the USY equilibrium catalyst under the general FCC conditions and this can be attributed to the poor steam ability of the ZSM-5 equilibrium catalyst. The difference in pore topologies of USY and ZSM-5 is the reason why the principal products for the above two catalysts is different, namely gasoline and liquid petroleum gas (LPG), repspectively. So the LPG selectivity, especially the propylene selectivity, may decline if USY is added into the FCC catalyst for maximizing the production of propylene. Increasing the C/O ratio is the most economical method for the increase of LPG yield than the increase of the temperature of the two model catalysts, because the loss of light oil is less in the former case. There is an inverse correlation between HTC (hydrogen transfer coefficient) and the yield of propylene, and restricting the hydrogen transfer reaction is the more important measure in increasing the yield of propylene of the ZSM-5 catalyst. The ethylene yield of ZSM-5/Al2O3 is higher, but the gaseous side products with low value are not enhanced when ZSM-5 catalyst is used. Moreover, for LPG and the end products, dry gas and coke, their ranges of reaction conditions to which their yields are dependent are different, and that of end products is more severe than that of LPG. So it is clear that maximizing LPG and propylene and restricting dry gas and coke can be both achieved via increasing the severity of reaction conditions among the range of reaction conditions which LPG yield is sensitive to.     

菲加氢裂解制BTX的催化剂研究

采用等体积浸渍法制备了Ni/ZSM-5、Ni/HY、Ni/Al₂O₃和Ni/USY四个系列Ni含量不同的催化剂,在固定床反应器中考察了四类催化剂对菲的加氢裂化制BTX反应的催化性能。借助BET、SEM、热重和差热分析对催化剂的形貌、比表面积、平均孔径及积炭情况进行了表征,结合其结果对催化剂性能进行了分析。结果表明,Ni/HY和Ni/USY催化剂中Ni含量为12%时性能最优,收率可达52%。Al₂O₃催化剂的最佳Ni含量为6%,该系催化剂初始性能尚可,但失活较快;ZSM-5型分子筛催化剂性能较差。     

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。     

FCC轻汽油催化裂化生产丙烯反应规律的研究

在提升管实验装置和脉冲色谱装置上，采用ZSM-5催化剂，考察了不同条件下FCC轻汽油和2M1C5＝的裂化。结果表明,催化裂化过程添加ZSM 5催化剂可提高汽油中C5＝、C6＝的质量分数。轻汽油裂化生产丙烯的性能优于重汽油和全馏分汽油，在相对低的温度下瞬时反应能得到较高的丙烯收率。在脉冲色谱装置上，反应温度和载气流量对轻汽油和2M1C5＝裂化生产丙烯的影响一致，即反应温度升高，载气流量降低，丙烯收率增加。提高反应温度，延长停留时间可以提高丙烯对丁烯的比例。轻汽油在ZSM-5催化剂上反应，催化剂结焦失活速度开始较快，后来减缓。ZSM-5催化剂结焦失活对丙烯生成的抑制作用大于对丁烯的抑制作用，ZSM-5的强酸中心多则更有利于生成丙烯。     

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。     

Cr改性USY分子筛提高裂化催化剂的异构化性能

在催化裂化过程中，烷烃分子在酸性催化剂表面进行一系列的反应，其中氢转移反应能导致汽油中的烯烃质量分数降低，而异构化、环化、芳构化反应则改善裂化产品的分布，对提高裂化汽油的辛烷值有明显的效果。为了解决我国裂化汽油中烯烃质量分数过高的问题，目前大多数催化裂化装置都采用了降烯烃裂化催化剂，以氢转移反应活性高的REUSY分子筛作为裂化催化剂的活性组分。但由于REUSY分子筛的异构化活性较低，因此裂化汽油的辛烷值有所下降，需要对裂化汽油进行加氢异构化处理。若直接对裂化催化剂进行改性，提高其异构化反应活性，     

Thermal degradation of polyethylene and polystyrene from the packaging industry over different catalysts into fuel-like feed stocks

Thermal degradation of waste polymers was carried out as a suitable technique for converting plastic polymers into liquid hydrocarbons, which could be used as feed stock materials. The catalytic degradation of waste plastics (polyethylene and polystyrene) was investigated in a batch reactor over different catalysts (FCC, ZSM-5 and clinoptillolite). The effects of catalysts and their average grain size on the properties of main degradation products (gases, gasoline, diesel oil) are discussed. The temperature range of 410-450 °C was used in the process. Both equilibrium FCC catalyst and natural clinoptilolite zeolite catalyst had good catalytic activity to produce light hydrocarbon liquids, and ZSM-5 catalyst produced the highest amount of gaseous products. Gases and liquids formed in cracking reactions were analyzed by gas chromatography. The liquid products consisted of a wide spectrum of hydrocarbons distributed within the C₅-C₂₈ carbon number range depending on the cracking parameters. The composition of hydrocarbons had linear non-branched structure in case of polyethylene, while from polystyrene more aromatics (ethyl-benzene, styrene, toluene, and benzene) were produced. The yields of volatile products increased with increasing degradation temperature. The olefin content of liquids was measured with an infrared technique and an olefin concentration of 50-60% was observed. The concentration of unsaturated compounds increased with decreasing temperature, and in the presence of catalysts. The activation energies were calculated on the basis of the composition of volatile products. The apparent activation energies were decreased by catalysts and catalyst caused both carbon-chain and double bond isomerisation.     

Model-free kinetics analysis of ZSM-5 catalyzed pyrolysis of waste LDPE

Both thermal and catalytic decomposition of waste LDPE sample is studied to understand the effect of catalyst (ZSM-5) on the decomposition behaviour. The nonlinear Vyazovkin model-free technique is applied to evaluate the quantitative information on variation of E_α with α for waste LDPE sample under both catalytic and noncatalytic nonisothermal conditions. The literature reported data on such variation under noncatalytic condition and effects of different catalysts on the LDPE sample are compared with the results of the present study.Results show that the optimum catalyst composition is around 20 wt.%, where the reduction in maximum decomposition temperature is around 70 °C. Presence of ZSM-5 shows similar reduction in maximum decomposition temperature as reported for Al-MCM-41 and MCM-41. Similar trend to literature reported data is observed for variation of E_α with α for LDPE under nonisothermal noncatalytic condition. ZSM-5 catalyzed decomposition of the LDPE sample in the present study indicates that E_α is strong and increasing function of α and consists of four steps. Cracking of large polymer fragments on the external surface of the catalyst, oligomerization, cyclization, and hydrogen transfer reactions inside the catalyst pores might be the possible reaction mechanisms involved during catalytic decomposition.