Si改性对HZSM-5催化剂MTO性能的影响

以正硅酸乙酯(TEOS)为调控剂,调节HZSM-5(SiO_2/Al_2O_3=50)的孔结构与酸性,采用XRD、BET、NH_3-TPD等表征调节前后HZSM-5催化剂的晶相、孔结构和酸性,考察了Si沉积改性对HZSM-5催化剂MTO催化活性的影响。结果表明,采用TEOS进行Si改性的方法不会改变HZSM-5的骨架结构,焙烧后SiO_2覆盖在HZSM-5的表面,调变了HZSM-5的孔径、钝化了HZSM-5的酸性,提高了其对MTO反应的催化活性。当TEOS与HZSM-5质量比为0.15时,可以达到较好的改性效果,在保持甲醇转化率为100%的前提下,低碳烯烃选择性达到了65.40%,较改性前提高了18个百分点,丙烯的选择性30.97%,提升率为58%。     

Fe改性HZSM-5分子筛上甲醇耦合C4烃制低碳烯烃反应性能研究

用等体积浸渍法制备Fe改性HZSM-5分子筛催化剂（Fe/HZSM-5）。考察了Fe/HZSM-5在不同温度下对甲醇耦合C₄烃制低碳烯烃反应性能的影响,并利用紫外-可见漫反射光谱对Fe/HZSM-5进行了表征。结果表明,在低铁含量条件下,Fe改性HZSM-5分子筛上Fe（Ⅲ）主要以高分散隔离的形式存在于HZSM-5分子筛的表面,Fe改性提高了催化剂上的原料转化率以及乙烯和丙烯选择性,从而获得了较高的乙烯和丙烯总收率。在反应温度为550 ℃时,在Fe（Ⅲ）处理的HZSM-5分子筛上,乙烯和丙烯总收率最高可达42.1%,比未改性的HZSM-5提高了7％。     

钙负载量对Ca/HZSM-5甲醇制烯烃催化性能的影响

以浸渍法制备不同负载量的Ca/HZSM-5催化剂,并采用NH_3-TPD和Py-IR对改性前后样品进行表征。在连续流动固定床反应装置上,详细考察了其甲醇制烯烃(MTO)的催化性能。催化评价结果表明,Ca改性提高了催化稳定性与低碳烯烃(C_2~=～C_4~=)选择性,但负载过多的Ca不利于甲醇制烯烃反应,Ca负载量存在最佳值,约为6%。关联评价结果与酸表征数据,发现HZSM-5上几乎所有的B酸与Ca物种作用后,催化性能达到最佳。通过与Na/HZSM-5和2Ca/1Na/HZSM-5催化性能的比较,探讨了Ca在催化反应中的作用,提出Ca物种与B酸结合形成了催化活性中心,参与甲醇的催化转化。     

甲苯甲醇烷基化反应催化剂改性HZSM-5分子筛的研究进展

甲苯甲醇烷基化具有甲苯利用率高,产物选择性高等特点,是一条很有应用前景的合成路线。综述了改性后的HZSM-5分子筛催化剂用于甲苯甲醇烷基化反应的研究进展,通过负载元素改性或是在HZSM-5分子筛上生长Sillicalite-1层的改性方法,减小孔径或缩小孔口,屏蔽ZSM-5分子筛外表面的酸性位,可提高产物对二甲苯的选择性。     

ZSM-5分子筛在甲醇转化制烯烃领域应用的研究进

综述了ZSM-5分子筛在甲醇制烯烃反应特别是在甲醇制丙烯反应中的应用。介绍在接近工业反应条件下甲醇在ZSM-5分子筛上生成烯烃的反应机理,在较高反应温度下高碳数烯烃裂解是导致轻烯烃形成的主要反应路径;分析ZSM-5分子筛酸性及粒径对产品选择性及催化剂寿命的影响,由于ZSM-5分子筛酸性较强,直接用于甲醇制烯烃反应时低碳烯烃的选择性不高,而粒径小的ZSM-5分子筛扩散性能好,因而丙烯选择性得到提高。重点介绍小晶粒ZSM-5分子筛的研究进展,指出目前ZSM-5分子筛的研究方向一是对其进行酸性改性,二是制备酸度适中、粒径合适和具有介孔的多级结构ZSM-5分子筛。     

ZSM-5分子筛在甲醇转化制烯烃领域应用的研究进展

综述了ZSM-5分子筛在甲醇制烯烃反应特别是在甲醇制丙烯反应中的应用。介绍在接近工业反应条件下甲醇在ZSM-5分子筛上生成烯烃的反应机理,在较高反应温度下高碳数烯烃裂解是导致轻烯烃形成的主要反应路径;分析ZSM-5分子筛酸性及粒径对产品选择性及催化剂寿命的影响,由于ZSM-5分子筛酸性较强,直接用于甲醇制烯烃反应时低碳烯烃的选择性不高,而粒径小的ZSM-5分子筛扩散性能好,因而丙烯选择性得到提高。重点介绍小晶粒ZSM-5分子筛的研究进展,指出目前ZSM-5分子筛的研究方向一是对其进行酸性改性,二是制备酸度适中、粒径合适和具有介孔的多级结构ZSM-5分子筛。     

氟硅酸铵改性纳米HZSM-5分子筛的表征及催化甲醇制低碳烯烃

对纳米HZSM-5分子筛进行氟硅酸铵改性,系统考察氟硅酸铵浓度、改性温度、改性时间及缓冲剂用量的影响。利用X射线衍射、透射电镜、N_2吸附、X荧光光谱和吡啶吸附-红外光谱技术,对改性前后的纳米HXSM-5分子筛进行表征,并在常压、500℃和甲醇空速6 h^(-1)条件下,采用连续流动微型固定床反应器考察其催化甲醇制低碳烯烃的性能。结果表明,通过调变氟硅酸铵改性条件可以有效调节纳米HZSM-5分子筛的孔结构和酸性等,氟硅酸铵改性纳米HZSM-5分子筛的乙烯、丙烯和丁烯选择性可达65.1%,比未改性的纳米HZSM-5分子筛提高了27.8个百分点。     

改性HZSM-5对甲醇制烯烃反应性能的影响研究

分别用非金属、碱金属、碱土金属、过渡金属以及稀土金属对HZSM-5催化剂进行改性,考察了改性催化剂对低碳烯烃的选择性影响,并选取改性效果较好的元素组合制备双金属改性催化剂,以进一步提高低碳烯烃的选择性。结果表明,双金属改性催化剂可明显提高C2=～C4=的总烯烃选择性,副产物得到了有效抑制。其中,钾-钙改性后丙烯的选择性最好,从25%提高到42%;钙-铈改性后,乙烯选择性较高,从25%提高到43%;钾-锌和钙-锌改性后,低碳烯烃选择性下降,二甲醚的选择性呈现不断上升趋势,从5%提高到60%左右。改性催化剂对反应过程的影响从一定程度上验证了本文提出的MTO反应网络。     

改性HZSM-5分子筛在甲醇制汽油中的研究进展

甲醇制汽油(MTG)在生物质、合成气和煤制取高辛烷值汽油中应用广泛。MTG工艺技术既可以解决甲醇产能过剩问题,又可以降低对石油的依赖程度。MTG工艺的核心是HZSM-5分子筛催化剂,提高HZSM-5分子筛催化剂的汽油选择性和催化寿命是MTG工艺过程中的关键。对传统的HZSM-5分子筛改性是提高其催化性能的有效方式。综述了负载过渡金属、制备多级介孔、合成纳米颗粒以及复合其他材料等改性方法制备的HZSM-5分子筛对MTG反应催化性能的研究进展。着重说明了这些改性方法对HZSM-5分子筛酸性、孔径和表面积等性质的影响,同时对改性后的HZSM-5分子筛的汽油选择性和催化寿命进行了比较。指出了各种改性方法的优缺点和对汽油品质的影响,并对今后的研究方向进行了展望。     

稀释气对甲醇在Ca/HZSM-5上制低碳烯烃的影响

使用连续流动固定床反应器,以2%Ca/HZSM-5为催化剂,考察水蒸汽、N₂、H₂和空气等作为稀释气对甲醇制烯烃催化活性稳定性、低碳烯烃选择性以及副产物的影响。低碳烯烃选择性和催化稳定性实验结果表明,水蒸汽较好,N₂、H₂次之,空气较差。水蒸汽条件下,催化活性稳定性大幅提高,甲醇完全转化时间5 000 min以上,丙烯选择性达52.3%。提高水蒸汽分压有利于甲醇制烯烃反应,水蒸汽分压（82.07~89.17） kPa时,催化剂稳定性较好,且低碳烯烃选择性高。实验结果还表明,即使稀释气中含有少量空气,对甲醇制烯烃反应的影响也较大,与空气中的效果接近。对不同稀释气的作用与机理进行了分析。     

ZSM-5分子筛的P改性研究进展

P改性是调变ZSM-5分子筛催化性能的重要手段。ZSM-5分子筛的P改性方法主要由磷酸、磷酸盐水溶液及有机P化合物浸渍或通过气相沉积等方法进行。改性ZSM-5分子筛中,P与Al物种相互作用, P物种主要以四配位形式存在,调变分子筛的酸性,通过对表面的修饰阻止骨架Al的脱除,提高ZSM-5分子筛的水热稳定性。P改性后,HZSM-5分子筛的酸密度,尤其是表面强酸密度下降,降低正碳离子机理反应中的二次反应,减少氢转移及齐聚,促进轻烯烃的生成。P改性修饰HZSM-5分子筛的孔口,提高择形性能,部分进入体相的P减少裂化过程中ZSM-5交叉口处大分子正碳离子的形成,减少双分子裂化机理中间体的生成,提高轻烯烃选择性。P改性ZSM-5分子筛强酸密度降低,择形效应提高,焦炭生成得到抑制,催化剂寿命延长。     

Effects of Aromatics on the Stability and Product Distribution of the Methanol to Olefin Process

Methanol to olefin process was investigated over a steam‐treated Ca‐ZSM‐5 catalyst in a flow‐type fixed bed reactor by adding aromatics to the methanol feed. As a comparison, the catalytic performance in the presence of nitrogen and water was also investigated. The experimental results exhibit that in the presence of aromatics, the total light olefin selectivity and the ethylene selectivity increased, while propylene selectivity increased with adding o‐xylene and m‐xylene to the methanol feed, but decreased with adding benzene, toluene, p‐xylene and ethylbenzen to the methanol feed. The catalyst was characterized by temperature‐programmed desorption of ammonia, N₂ adsorption, and scanning electron microscope. The adsorption of water and aromatics on the catalyst was also studied. Based on the results, it is concluded that aromatics may be responsible for the formation of light olefins and be more favorable for ethylene than propylene in methanol conversion.     

分子筛上甲醇转化过程的热力学和拓扑结构

现代新型煤化工是我国当今基础有机化学工业发展的新亮点,也是世界化工界的又一次革命。煤制化学品路线经历气化、变换、甲醇合成、甲醇制烃类等过程,其中,最为重要的是分子筛上甲醇转化的过程。本文综述了分子筛上甲醇转化的相关研究,一方面从ZSM-5上甲醇转化的生成烃池及烯烃的热力学机制和产物分布出发,介绍了多甲基苯生成烯烃热力学平衡模型和其中的芳烃池生成烯烃热力学机制,另一方面,介绍了基于Ising模型的分子筛离散拓扑结构模型。利用分子筛孔道堵塞与围棋中“气”的有无的类似性,能够很好地再现SAPO-34上的相变失活现象和不均匀的积炭分布现象。以模型为指导,介绍了一些分子筛多级结构构筑的工作,这些工作很好地提升了催化剂选择性和寿命。这些概念对于准确理解甲醇在分子筛上的反应与失活机制、产品分布及提高选择性有指导意义。     

Light olefin production by catalytic co-cracking of Fischer–Tropsch distillate with methanol and the reaction kinetics investigation

Catalytic co-cracking of Fischer–Tropsch(FT) light distillate and methanol combines highly endothermic olefin cracking reaction with exothermic methanol conversion over ZSM-5 catalyst to produce light olefins through a nearly thermoneutral process. The kinetic behavior of co-cracking reactions was investigated by different feed conditions: methanol feed only, olefin feed only and co-feed of methanol with olefins or F–T distillate. The results showed that methanol converted to C_2–C_6 olefins in first-order parallel reaction at low space time, methylation and oligomerization–cracking prevailed for the co-feed of methanol and C_2–C_5 olefins, while for C_6–C_8 olefins,monomolecular cracking was the dominant reaction whether fed alone or co-fed with methanol. For FT distillate and methanol co-feed, alkanes were almost un-reactive, C_3–C_5 olefins were obtained as main products, accounting for 71 wt% for all products. A comprehensive co-cracking reaction scheme was proposed and the model parameters were estimated by the nonlinear least square method. It was verified by experimental data that the kinetic model was reliable to predict major product distribution for co-cracking of FT distillate with methanol and could be used for further reactor development and process design.     

Zeolite catalysis studied by radiolysis/EPR. Transformations of cyclic olefins

The Brønsted acid-catalyzed transformations of cyclic olefins in zeolites HZSM5 and H-mordenite were elucidated by the radiolysis/EPR method. Products of catalytic reactions were spin- labeled by radiolytic means and identified by using EPR spectroscopy. Comparison of reactions on HZSM5 and H-mordenite reveals strong shape selectivity on reactions in these catalysts. The radiolysis/EPR method is a new in situ spectroscopy with excellent sensitivity and structural specificity for the study of reaction mechanisms in zeolite catalysts.