催化裂化条件下噻吩与改性Y分子筛的作用机制

以HY、NiY和稀土离子改性的Y分子筛(REY)为研究对象,采用固定床装置评价噻吩模拟油催化裂化性能;运用气相色谱-氢火焰离子发光检测器(GC-FID)、气相色谱-硫化学发光检测器(GC-SCD)和原位红外光谱技术分析产物,关联分子筛的酸性,研究催化裂化条件下噻吩与改性Y分子筛的作用机制。实验结果表明,催化裂化条件下,噻吩与分子筛的作用机制差异主要取决于与B酸或L酸相关的非骨架铝物种或金属离子物种的存在形式。其中,NiY分子筛中,噻吩主要是吸附在与NiOH⁺物种相关的L酸中心,而Ni₄AlO₄³⁺等物种减弱B酸性中心从而降低其裂化性能。对HY来说,噻吩易在与AlO⁺等物种相邻的B酸中心上聚合形成三联噻吩,并发生一定的氢转移和裂化反应;而对REY而言,分子筛中与RE物种相关的L酸位会促进噻吩在与非骨架铝羟基等物种(如Al(OH)₂⁺、Al(OH)²⁺等)相邻的B酸中心形成的二联噻吩发生氢转移和裂化反应。     

减压蒸馏生物油与乙醇在ZSM-5/MCM-41上共催化裂化

采用减压蒸馏生物油为原料,与无水乙醇2:3(质量比)混合,在固定床中ZSM-5/MCM-41分子筛上共催化裂化,考查了反应温度和质量空速(WHSV)对裂化产物的影响。对ZSM-5/MCM-41进行了NH₃-TPD、BET、N₂吸附-脱附等表征,对裂化气体产物通过气相色谱仪分析,减压蒸馏生物油和精制生物油采用气相色谱-质谱联用仪进行定量分析。结果表明,反应温度500 ℃、WHSV 3.75 h^-1为反应优化工况。此反应条件下,精制生物油酸类物质从减压蒸馏生物油中的25.6%降至反应后的0.1%,效果显著,且精制生物油产率为46.8%,气体产物中CO₂和CO的浓度共9.5%。     

预裂化理论研究:基质表面酸性位类型及不同类型酸性位接触顺序对裂化过程小分子烯烃收率的影响

在区分氢负离子转移反应与氢转移反应、非选择性氢转移反应与总的氢转移反应的情况下,通过合成物性相近但酸性不同的氧化铝,用以作为裂化催化剂基质材料,在固定床反应器上考察了催化裂化过程,基质酸性位类型及基质表面Lewis及Brönsted酸性位接触顺序对小分子烯烃(丙烯、丁烯)收率的影响。结果表明,催化裂化生成小分子烯烃过程中,分子筛与基质所呈现出的反应特点存在较大的区别,前者活性虽高,但总的氢转移反应活性过强。基质材料裂化活性虽低但其表面以氢负离子转移反应为主,反应路径角度更有利于小分子烯烃收率的提高。另外,基质表面存在Brönsted酸性位,或原料油首先与基质表面Lewis酸性位相接触再与Brönsted酸性位反应的预裂化过程,会在促进裂化反应发生的同时抑制总的氢转移反应,更有利于小分子烯烃收率的提高。     

全二维气相色谱-飞行时间质谱对催化裂化汽油的定性与定量分析

采用全二维气相色谱-飞行时间质谱(GC×GC-TOF MS)对催化裂化汽油全馏分进行了定性与定量分析,建立了相应的分析方法.结果表明,汽油族组成中的烷烃、烯烃、环烷烃、芳烃在全二维点阵谱图中呈分区域、带状的分布特点.GC×GC-TOF MS根据催化裂化汽油组分内分子的沸点及极性差异对其进行两个维度分离,极大地避免了普通色谱法分析过程中沸点相似化合物共流的弊端,实现催化裂化汽油组分的精确分离和准确定性分析.通过引入响应因子,修正了不同性质的烃类在电离源上电离效率的差异,使得TOF对催化裂化汽油族组成的定量结果与普通气相色谱法的定量结果的相关性较好,且应用GC×GC-TOF MS方法获得了催化裂化汽油更为精确的族组成信息.GC×GC-TOF MS为催化裂化汽油精确表征提供了一种有效方法.     

催化裂化反应对1-己烯叠合反应的影响规律

分别以1,3,5-三异丙苯和正辛烷为不同分子尺寸催化裂解原料,以1-己烯为叠合原料,评估了合成的多级孔ZSM-5分子筛催化剂上催化裂化反应和烯烃叠合反应的耦合机制。模型化合物催化裂解反应结果表明,在合成的多级孔ZSM-5分子筛上不同尺寸分子裂解性能受到抑制,1,3,5-TIPB裂解能力下降,正辛烷裂解初始转化率由70%降低到20%。而多级孔ZSM-5分子筛的1-己烯叠合催化活性得到提升,高于工业ZSM-5分子筛,叠合产物以二聚物为主。分子筛中强酸酸量的降低可抑制催化裂化反应的进行,促进C₆烯烃低聚为二聚物和三聚物（航空煤油的理想成分）的能力。因此,从抑制催化裂化的角度进行催化剂设计,可有效提高催化剂的烯烃叠合反应性能。     

CFD SIMULATION OF FLUID CATALYTIC CRACKING IN DOWNER REACTORS

A mathematical model has been developed for the simulation of gas-particle flow and fluid catalytic cracking in downer reactors. The model takes into account both cracking reaction and flow behavior through a four-lump reaction kinetics coupled with two-phase turbulent flow. The prediction results show that the relatively large change of gas velocity affects directly the axial distribution of solids velocity and void fraction, which significantly interact with the chemical reaction. Furthermore, model simulations are carried out to determine the effects of such parameters on product yields, as bed diameter, reaction temperature and the ratio of catalyst to oil, which are helpful for optimizing the yields of desired products. The model equations are coded and solved on CFX4.4.     

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。     

蒸汽相转化法原位诱导沸石化制备Y-ZSM-5双沸石复合物

针对Y型沸石在ZSM-5沸石干胶制备及晶化过程中易于溶解、坍塌的问题,采用葡萄糖在水热处理条件下对Y沸石进行包膜处理,提高了Y沸石在高温、高碱度环境中的稳定性,并采用蒸汽相转化法制备了同时含有Y和ZSM-5的双沸石复合物。对影响沸石复合物形成的因素如Y沸石表面碳包膜改性、凝胶碱度、晶化时间等进行了详细讨论。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶变换红外（FT-IR）、N₂吸附-脱附,能谱（EDS）以及NH₃-TPD等手段对制备的材料进行了表征。结果表明通过蒸汽相转化法能获得Y和ZSM-5两相共存的双沸石复合物,产物中的ZSM-5沸石相前驱体随蒸汽处理时间的延长逐渐从蠕虫状无定型向纳米多晶ZSM-5沸石转变,纳米多晶聚集体与Y型沸石晶粒之间紧密相连,相互包埋。在异丙苯催化裂化反应中,合成的沸石复合物的活性和稳定性介于Y和ZSM-5之间,优于对应的机械混合物。     

生物油模型化合物催化裂化制备芳香烃的实验研究

通过HZSM-5分子筛催化剂对生物油典型模型化合物(乙酸、愈创木酚、正庚烷和环己烷等)在550℃进行了催化裂化反应,研究模型化合物催化裂化特性和反应机理以及催化剂性质。结果表明,正庚烷和环己烷裂化产物主要是芳香烃(53%和91%,均为积分面积分数),对于此类不含氧的模型化合物,催化裂化反应过程更容易进行;随着催化剂用量的增加,可以有效增加乙酸裂化产物中芳香烃含量(12%到90%,均为积分面积分数);愈创木酚结构比较复杂,HZSM-5催化剂主要脱除了甲氧基,催化剂用量的增加可以使芳香烃类稳定物质更容易形成。     

大庆蜡油催化裂化过程中的质子化裂化反应

在小型固定流化床装置上采用酸性催化剂进行了多系列不同反应深度的催化裂化实验,对大庆VGO催化裂化过程中发生的质子化裂化反应进行了初步的研究。在重质油的催化裂化过程中会出现二次质子化裂化反应。二次质子化裂化反应主要是由于汽油中烷烃重新在酸性催化剂上形成五配位正碳离子随后分解所造成,其产生的原因主要是由于反应后期催化剂对反应中间产物的选择性吸附改变所致。二次质子化裂化反应对温度不敏感。大庆VGO在500℃下反应时二次质子化裂化反应约占整个质子化裂化反应的60%。