水蒸气处理对P-ZSM-5催化性能的影响

在不同温度下,用水蒸气对P-ZSM-5催化剂进行了处理,利用XRD、NH3-TPD、比表面和孔径物理吸附仪等手段对催化剂进行了表征,研究了水蒸气处理对P-ZSM-5催化1-丁烯裂解反应性能的影响.实验结果表明:P-ZSM-5催化剂具有良好的水热稳定性;合适的水蒸气处理,有利于催化剂孔容和孔径的增加;水蒸气处理降低了P-ZSM-5催化剂的酸量和酸强度,明显提高了丁烯裂解生成丙烯的选择性、收率和催化剂的抗积炭性能.最佳的水蒸气处理温度为580℃,P-ZSM-5催化剂催化1-丁烯裂解反应的丙烯选择性为39.4%,收率为34.2%.     

纳米HZSM-5沸石酸度的调节及对液化气裂解反应的影响

通过对纳米HZSM-5沸石进行钠离子浸渍改性和在小型常压固定床反应器中开展碳四液化气催化裂解制丙烯反应研究,探讨了催化剂酸度对反应选择性的影响.结果表明,钠离子改性能够选择性地去除纳米HZSM-5沸石表面的强酸中心,而对弱酸中心则基本无影响.在用钠离子改性基本上消除催化剂强酸中心的情况下,混合碳四液化气的催化裂解反应主要发生在丁烯分子上,丙烯的最高选择性可达60%,丙烯和乙烯的总选择性可达80%.     

氟硅酸铵改性的HZSM-5催化剂的表征及其碳四烯烃裂解催化性能

 采用X射线衍射、扫描电镜、 N2低温吸附、核磁共振、氨程序升温脱附和吡啶吸附红外光谱等表征手段考察了氟硅酸铵改性对成型后的HZSM-5分子筛催化剂物化性能的影响,并在连续固定床反应器中考察了改性前后催化剂在碳四烯烃裂解制丙烯反应中的催化性能. 结果表明,氟硅酸铵改性不但不会破坏HZSM-5分子筛的骨架结构,而且能起到疏通催化剂孔道的作用,使催化剂平均孔径增大. 改性后催化剂的L酸酸强度降低,而B酸酸强度有所提高. 碳四烯烃裂解反应结果表明,氟硅酸铵改性可使催化剂的催化性能得到改善,其活性稳定性,水热稳定性及丙烯收率都得到了一定程度的提高.     

ZSM-5分子筛晶粒尺寸对C4烯烃催化裂解制丙烯的影响

 采用水热法合成了晶粒尺寸分别为20～30,1～2和0.2～0.3 μm的三种ZSM-5分子筛样品,并用SEM,XRD,氮低温物理吸附,NH3-TPD和TGA等技术对ZSM-5分子筛进行了表征,以考察其晶粒尺寸对C4烯烃裂解生产丙烯过程中催化剂活性和稳定性的影响. 结果表明,在常压,WHSV=10 h-1和550 ℃的条件下,以ZSM-5分子筛为催化剂,通过C4烯烃的催化裂解可以获得高收率的丙烯,反应初期丙烯的单程收率可达38%; 尽管三种晶粒尺寸的分子筛具有相近的比表面积和总酸量,但小晶粒的ZSM-5分子筛(粒径0.2～0.3 μm)具有微孔短、外比表面积大和孔口多等特点,因而表现出较强的容积炭能力和较好的稳定性; 小晶粒的ZSM-5分子筛催化剂经过10次再生重复使用,其催化生成丙烯的收率没有明显降低.     

丁烯在纳米H-ZSM-5催化剂上的催化裂解反应

在小型固定床反应器中考察了纳米H-ZSM-5催化剂(晶粒度为20～50nm)对丁烯催化裂解制丙烯反应的催化性能,并与两种微米H-ZSM-5催化剂样品(晶粒度分别为1～2和1～6μm)进行了比较.结果表明,在相同的反应条件下,纳米H-ZSM-5和微米H-ZSM-5催化剂上的初始丁烯转化率及丙烯收率相当,但纳米H-ZSM-5催化剂在反应中的抗积碳失活性能优于微米H-ZSM-5催化剂.在进料质量空速7h-1,常压和560℃的条件下反应,当丁烯转化率和丙烯收率下降50%时,两种微米催化剂上的反应时间仅为28h左右,而纳米催化剂上的反应时间为120h左右.积碳分析结果表明,纳米催化剂上的积碳速率明显低于微米催化剂.     

分子氧气相环氧化丙烯反应的Ag-Cu-Cl/BaCO3催化剂:Cu和Cl负载量的影响

环氧丙烷(PO)是一种重要的有机化工中间体,可以用来生产聚氨酯、丙二醇和表面活性剂等化工产品,具有很高的工业应用价值.然而,目前PO的生产工艺仍然存在着环境污染、副产物、原料经济性等不足之处.考虑到环保、技术、资金等关键性问题,丙烯气相环氧化工艺是PO生产工艺未来的发展方向,利用分子氧作为氧化剂的丙烯气相环氧化反应是最理想、原子经济性最高的反应,也是当今催化界最具挑战性的课题之一.研究报道Ag基催化剂和Cu基催化剂催化丙烯气相环氧化反应可得到较好的催化性能.尽管Ag催化剂催化乙烯氧化制环氧乙烷反应已成功实现工业化,但是Ag催化剂催化丙烯环氧化反应得到的PO选择性低于10%,这是由于丙烯比乙烯多出的甲基中的α-H受双键影响变得非常活泼,C?H键易断裂,导致丙烯容易发生完全氧化反应生成CO2.因此,研究报道采用不同助剂对Ag催化剂进行改性以提高Ag基催化剂的催化性能.我们在前期研究中制备了Ag-CuCl2/BaCO3催化剂,当CuCl2的负载量为0.036 wt%Cu和0.040 wt%Cl时,催化剂具有最优的催化性能,可以得到1.3%的丙烯转化率和71.2%的PO选择性.适量CuCl2的改性使得催化剂表面吸附分子氧物种,同时抑制原子氧物种的形成,从而提高PO选择性.但是CuCl2作为前驱体有一个不足之处,就是引入的Cu和Cl的比例是恒定的,不可调节.因此,我们以Cu(NO3)2和NH4Cl作为Cu和Cl的前驱体,采用还原-沉积-等体积浸渍法制备Ag-Cu-Cl/BaCO3催化剂,分别通过调节Cu和Cl的负载量来进一步提高Ag-Cu-Cl/BaCO3催化剂的催化性能,采用粉末X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和氧气程序升温脱附(O2-TPD)等表征手段来研究催化剂中Cu和Cl的作用.研究发现,Cl负载量的提高更容易导致大尺寸Ag颗粒的形成,而Cu负载量的提高对Ag颗粒尺寸影响不大.适当的Cl负载量可抑制氧气在催化剂表面解离吸附形成原子氧物种,从而抑制了丙烯的完全氧化,提高PO选择性.过高的Cl负载量会导致催化剂发生Cl中毒,从而降低了催化性能.适当的Cu负载量有利于丙烯气相环氧化反应生成PO,但当Cu负载量过高时容易导致Cu物种发生聚集,更多原子氧物种吸附于Ag颗粒表面,有利于丙烯完全氧化反应生成CO2,降低了PO选择性.适当的Cu和Cl负载量使得催化剂表面吸附的分子氧物种和原子氧物种达到平衡,有利于丙烯气相环氧化反应.当Cu和Cl负载量分别为0.036 wt%和0.060 wt%时,Ag-Cu-Cl/BaCO3催化剂具有最优的催化性能,在200℃,0.1 MPa,3000h-1反应条件下可得到1.2%的丙烯转化率和83.7%的PO选择性.     

掺杂Nb、B等元素对MoVTe催化剂一步催化氧化丙烯制丙烯酸的影响

采用共沉淀法制备MoVTe复合氧化物系列催化剂,研究其一步氧化丙烯制备丙烯酸的催化性能,并采用XRD、ICP、EDS、H2-TPR、NH3-TPD对催化剂的结构、表面进行表征.结果表明,加入适量的Nb显著提高MoVTe复合氧化物对丙烯酸的选择性,可从34.1%提高至83.5%;同时丙烯酸的收率从24.7%提高到48.8%.适量Nb存在可以稳定催化剂表面Te元素,从而提高了丙烯酸的选择性;B、Fe、Ce、W元素掺杂对催化剂催化性能产生不同的影响,B掺杂提高了催化剂的催化性能,加入酸性元素硼可增加MoVTeNb复合氧化物催化剂表面丙烯活化位点(Te4+=O·Te3+─O·)的数目,使得丙烯转化率和丙烯酸收率显著提高,分别高达89.8%和64.8%.     

分子氧气相环氧化丙烯反应的Ag-Cu-Cl/BaCO_3催化剂:Cu和Cl负载量的影响（英文）

环氧丙烷(PO)是一种重要的有机化工中间体,可以用来生产聚氨酯、丙二醇和表面活性剂等化工产品,具有很高的工业应用价值.然而,目前PO的生产工艺仍然存在着环境污染、副产物、原料经济性等不足之处.考虑到环保、技术、资金等关键性问题,丙烯气相环氧化工艺是PO生产工艺未来的发展方向,利用分子氧作为氧化剂的丙烯气相环氧化反应是最理想、原子经济性最高的反应,也是当今催化界最具挑战性的课题之一.研究报道Ag基催化剂和Cu基催化剂催化丙烯气相环氧化反应可得到较好的催化性能.尽管Ag催化剂催化乙烯氧化制环氧乙烷反应已成功实现工业化,但是Ag催化剂催化丙烯环氧化反应得到的PO选择性低于10%,这是由于丙烯比乙烯多出的甲基中的α-H受双键影响变得非常活泼,C-H键易断裂,导致丙烯容易发生完全氧化反应生成CO_2.因此,研究报道采用不同助剂对Ag催化剂进行改性以提高Ag基催化剂的催化性能.我们在前期研究中制备了Ag-CuCl_2/BaCO_3催化剂,当CuCl_2的负载量为0.036 wt%Cu和0.040 wt%Cl时,催化剂具有最优的催化性能,可以得到1.3%的丙烯转化率和71.2%的PO选择性.适量CuCl_2的改性使得催化剂表面吸附分子氧物种,同时抑制原子氧物种的形成,从而提高PO选择性.但是CuCl_2作为前驱体有一个不足之处,就是引入的Cu和Cl的比例是恒定的,不可调节.因此,我们以Cu(NO_3)_2和NH4Cl作为Cu和Cl的前驱体,采用还原-沉积-等体积浸渍法制备Ag-Cu-Cl/BaCO_3催化剂,分别通过调节Cu和Cl的负载量来进一步提高Ag-Cu-Cl/BaCO_3催化剂的催化性能,采用粉末X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和氧气程序升温脱附(O2-TPD)等表征手段来研究催化剂中Cu和Cl的作用.研究发现,Cl负载量的提高更容易导致大尺寸Ag颗粒的形成,而Cu负载量的提高对Ag颗粒尺寸影响不大.适当的Cl负载量可抑制氧气在催化剂表面解离吸附形成原子氧物种,从而抑制了丙烯的完全氧化,提高PO选择性.过高的Cl负载量会导致催化剂发生Cl中毒,从而降低了催化性能.适当的Cu负载量有利于丙烯气相环氧化反应生成PO,但当Cu负载量过高时容易导致Cu物种发生聚集,更多原子氧物种吸附于Ag颗粒表面,有利于丙烯完全氧化反应生成CO_2,降低了PO选择性.适当的Cu和Cl负载量使得催化剂表面吸附的分子氧物种和原子氧物种达到平衡,有利于丙烯气相环氧化反应.当Cu和Cl负载量分别为0.036 wt%和0.060 wt%时,Ag-Cu-Cl/BaCO_3催化剂具有最优的催化性能,在200 ℃,0.1MPa,3000 h~(-1)反应条件下可得到1.2%的丙烯转化率和83.7%的PO选择性.     

Te掺杂对MoPO/SiO2催化剂上丙烷选择氧化制丙烯醛反应的影响

 考察了Te的添加及Te含量对MoPO/SiO2催化剂催化丙烷选择氧化制丙烯醛反应性能的影响. MoPO/SiO2催化剂对丙烷选择氧化制丙烯醛反应的中间产物丙烯选择性较高,而Te的添加促进了丙烯向丙烯醛的转化. N2吸附、XRD、Raman、XPS、H2-TPR、丙烷脉冲、NH3-TPD和Py-IR等实验结果表明,催化剂添加Te后虽然比表面积有所下降,但单位比表面积上的酸量增加,催化剂低温可还原性得到改善,从而有利于丙烷的转化. Te可能有利于丙烯α-H的脱除和/或烯丙基的插氧反应.     

丙烷氧化脱氢M-Fe-O催化剂的研究

采用微波加热草酸盐共沉淀法制备了一系列M-Fe-O(M=V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn)催化剂,考察了其对丙烷氧化脱氢制丙烯反应的催化性能,并对催化剂进行了BET、XRD、H2-TPR、电导测量等表征.实验结果表明V-Fe-O和Cr-Fe-O催化剂表现出较好的丙烷氧化脱氢制丙烯催化性能.反应温度为873 K时,以V-Fe-O为催化剂时丙烷转化率34.46%,丙烯选择性30.91%;在Cr-Fe-O为催化剂上丙烷转化率36.31%,丙烯选择性34.22%.     

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。     

低硅铝比ZSM-5分子筛上C4烃的催化裂解反应

以低硅铝比(n(SiO2)/n(Al2O3)=20-45)的ZSM-5分子筛为催化剂, 研究了混合C4烃的催化裂解反应, 并对不同硅铝比的ZSM-5分子筛进行了酸性表征. 混合C4烃的催化裂解反应结果表明, 低硅铝比的ZSM-5分子筛具有较高的低温催化活性, 高硅铝比ZSM-5分子筛催化剂上乙烯和丙烯的收率高于低硅铝比ZSM-5分子筛催化剂, 低硅铝比ZSM-5分子筛上苯和甲苯的收率高于高硅铝比ZSM-5分子筛催化剂. 在反应温度为625 ℃时, 硅铝比为20的ZSM-5分子筛催化剂上乙烯、丙烯、苯和甲苯的总收率可达79.42%. 酸性表征结果表明, 硅铝比低的ZSM-5分子筛具有更多的Bronsted(B)酸酸量、Lewis(L)酸酸量及总酸酸量, 这是低硅铝比ZSM-5分子筛具有低温高活性及高的苯和甲苯收率的原因.     

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。     

Na对PtSn/ZSM-5催化丙烷脱氢反应性能的影响

以HZSM-5分子筛为载体, 利用分步浸渍法制得不同Na含量的PtSnNa/ZSM-5催化剂, 用于丙烷脱氢反应. 利用XRD、吡啶吸附红外光谱、NH3-TPD、氢化学吸附、TPR等手段, 研究了Na的添加对PtSn/ZSM-5催化剂物化性质的影响. 结果表明: Na的添加对PtSn/ZSM-5催化剂的反应性能影响明显. 适量Na的添加不仅降低了催化剂中的Brönsted酸中心和Lewis中强/强酸中心, 抑制了积碳的发生, 提高了催化反应的稳定性; 而且提高了催化剂表面的Pt金属裸露度, 增加了反应活性. 当Na含量为1.0%(w)时, 催化剂的丙烯选择性和收率达到最大, 反应30 h后, 丙烷转化率仍然保持很高(36.4%). 继续增加Na含量, 催化剂中的Lewis弱酸中心有所增加, 同时Sn组分易于被还原成Sn0, 丙烷裂解、氢解等副反应增加, 不利于脱氢反应的进行.     

H(Fe)ZSM-5分子筛的合成、表征及其催化性能的研究

用水热法合成出含铁ZSM-5沸石,并对其物相、外貌、结构组成、吸附、表面酸性和催化活性等性能作了测试。ESR和XPS测定结果表明Fe~(3+)进入沸石骨架。实验结果表明,表面总酸性较弱,L酸位浓度较大的H(Fe)ZSM-5在甲醇转化反应中有利于低碳烃的齐聚和异构化,而酸性较强的HZSM-5易使低碳烯烃氢转移而生成大量的气态烃。     

以天然凹凸棒石为原料合成Fe/Ti-ZSM-5沸石分子筛及其催化裂化性能

以天然凹凸棒石为硅源、铁源和钛源,一步合成了Fe/Ti-ZSM-5分子筛.X射线衍射、扫描电镜和N₂吸附等温线测定结果表明,所合成的样品具有良好的结晶度和较大的比表面积;NH₃程序升温脱附和H₂程序升温还原结果表明,该样品具有强的酸性和氧化还原性能.更为重要的是,与常规方法制备的ZSM-5沸石相比,Fe/Ti-ZSM-5在催化裂解原料油(LGO,加拿大)的测试中,丙烯的产率提高0.21%,总轻烯烃的产率提高0.33%.由此可见,Fe与Ti物种在ZSM-5沸石分子筛中的存在有利于提高轻烯烃的产率,有望在石油炼制过程中提高烯烃产率.     

Synergistic effect of W and P on ZSM-5 and its catalytic performance in the cracking of heavy oil

In order to develop the conversion of heavy oil with a high yield of propylene in the catalytic cracking process, ZSM-5 zeolite was modified by tungsten and phosphorus, which was proved to be an effective method. Characterization results show that the improvement of catalytic performance could be correlated to the interaction of phosphorus and tungsten species on ZSM-5. P inhibited the aggregation of tungsten species on ZSM-5 and was conductive to convert the tungsten species with octahedral coordination into tetrahedral coordination. And this ultimately led to that more acid sites were reserved after hydrothermal treatment in the tungsten and phosphorus co-modified ZSM-5 catalyst. Phosphorus species played an important role to restrain the dehydrogenation activity of tungsten. In addition, a model reflecting the interaction between tungsten species and ZSM-5 framework was proposed.     

Synergistic effect of W and P on ZSM-5 and its catalytic performance in the cracking of heavy oil

In order to develop the conversion of heavy oil with a high yield of propylene in the catalytic cracking process, ZSM-5 zeolite was modified by tungsten and phosphorus, which was proved to be an effective method. Characterization results show that the improvement of catalytic performance could be correlated to the interaction of phosphorus and tungsten species on ZSM-5. P inhibited the aggregation of tungsten species on ZSM-5 and was conductive to convert the tungsten species with octahedral coordination into tetrahedral coordination. And this ultimately led to that more acid sites were reserved after hydrothermal treatment in the tungsten and phosphorus co-modified ZSM-5 catalyst. Phosphorus species played an important role to restrain the dehydrogenation activity of tungsten. In addition, a model reflecting the interaction between tungsten species and ZSM-5 framework was proposed.     

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.     

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。