不同烃类催化裂解生产低碳烯烃的性能

为了拓宽乙烯裂解原料并合理利用焦化石脑油资源,对比研究了烷烃、烯烃、环烷烃同系物及相同碳数不同结构烃在Cu改性ZSM-5分子筛及其与金属氧化物复合催化材料上的裂解性能。结果表明,同系物烃类裂解性能随着碳数增加,裂解生成低碳烯烃的性能增强,高碳数的烯烃和烷烃的转化率和低碳烯烃收率较高,是较好的催化裂解生成低碳烯烃原料。在相同条件下,烷烃和环烷烃的转化率明显低于相同碳数烯烃的转化率。复合催化材料A中的金属氧化物与Cu改性ZSM-5分子筛之间具有很好的协同作用,能够提高烷烃和环烷烃的裂解活性。     

不同烃类催化裂解生产低碳烯烃的性能

 为了拓宽乙烯裂解原料并合理利用焦化石脑油资源,对比研究了烷烃、烯烃、环烷烃同系物及相同碳数不同结构烃在Cu改性ZSM-5分子筛及其与金属氧化物复合催化材料上的裂解性能。结果表明,同系物烃类裂解性能随着碳数增加,裂解生成低碳烯烃的性能增强,高碳数的烯烃和烷烃的转化率和低碳烯烃收率较高,是较好的催化裂解生成低碳烯烃原料。在相同条件下,烷烃和环烷烃的转化率明显低于相同碳数烯烃的转化率。复合催化材料A中的金属氧化物与Cu改性ZSM-5分子筛之间具有很好的协同作用,能够提高烷烃和环烷烃的裂解活性。     

重油催化裂解制取丙烯的分子反应化学

从分子水平研究了重油催化裂解反应中原料性质的影响、丙烯生成反应化学和丙烯再转化反应化学,创新了重油催化裂解反应理论和知识。在重油催化裂解制丙烯反应中,原料氢含量和饱和烃含量是影响丙烯产率的重要指标,而原料烃分子结构与大小对丙烯产率的影响也很大;丙烯的生成来自重质原料一次裂解和中间产物馏分二次裂解反应的共同贡献;烷烃分子经五配位正碳离子引发链反应是导致干气选择性高而丙烯选择性低的主要原因;催化裂解产物中丙烯存在再转化反应。同时提出了催化裂解增产丙烯并抑制干气和焦炭生成的新技术,并在工业装置上得到了验证;与原技术相比,在相同原料油和操作条件下,其丙烯产率提高了90.29%,而焦炭产率降低了17.53%,干气与丙烯质量产率比降低了34.88%。     

分离石脑油馏分组成优化乙烯原料

为了改进乙烯原料,提高乙烯收率,分别选取正构烷烃、异构烷烃、环烷烃和芳烃为裂解原料,考察模型化合物的蒸汽裂解产物分布,并分别采用分子筛吸附分离和溶剂萃取两种工艺,提出了可以适应三种目的烯烃产品不同比例需求的裂解制乙烯原料分子生产路线。在典型的裂解工艺条件下石脑油中的正构烷烃对裂解产物中乙烯的贡献最大,异构烷烃是产生丙烯的主要来源,而环烷烃主要生成丁二烯,芳烃很难裂解生成烯烃。通过吸附分离工艺富集石脑油中的正构烷烃,富含正构烷烃的脱附油蒸汽裂解制乙烯收率与不富集石脑油原料相比可提高13%。通过溶剂萃取将芳烃和环烷烃从石脑油中萃出,萃余油蒸汽裂解制乙烯和丙烯收率与未萃取石脑油原料相比分别提高3.0%和1.5%。分子筛吸附分离和溶剂萃取工艺相结合可以显著提高裂解烯烃收率。     

重油催化裂解过程中丙烯和干气的生成历程

采用固定床微反实验装置考察了大庆蜡油不同转化深度下的催化裂解反应的产物分布,探讨了重油催化裂解过程中丙烯和干气的生成历程。结果表明,重油催化裂解过程中,丙烯的生成是原料一次裂解和汽油馏分二次裂解共同作用的结果。当原料转化深度较低时,丙烯已由原料中烷烃的一次裂解反应大量生成;随着原料转化深度的增加,汽油馏分二次裂解生成丙烯的反应所占比重增大。在原料一次裂解为主生成丙烯的反应阶段内,干气主要由烷烃发生单分子裂化反应生成,而在汽油馏分二次裂解为主生成丙烯反应阶段内,芳烃和烯烃缩合生焦反应对干气生成的影响更为显著。     

环烷烃催化裂解生成乙烯和丙烯反应探析

采用小型固定流化床装置研究了不同环烷烃催化裂解生成乙烯和丙烯的反应规律。结果表明,环烷烃的催化裂解反应中,无取代基的双环环烷烃比单环环烷烃更有利于生成乙烯和丙烯,但两者容易发生脱氢缩合反应;给电子诱导效应相对最强的正丙基环己烷比甲基环己烷和乙基环己烷更易生成正碳离子,利于生成乙烯和丙烯;对于含有2个取代基的环烷烃,取代基之间的距离越近,环烷烃环上的电子分布越不均匀,越容易生成正碳离子;具有较大环张力和较小动力学直径的甲基环戊烷比甲基环己烷更易催化裂解生成乙烯和丙烯。根据甲基环戊烷催化裂解的产物分析和分子模拟计算结果,推测H⁺优先进攻甲基环戊烷取代基的碳原子,进而发生电荷转移,形成C₍₁₎五配位正碳离子。     

催化裂解多产丙烯过程热力学分析

 近年来催化裂解多产丙烯工艺取得了显著进展,但现有工艺的丙烯单程收率都难以超过30%. 丙烯单程收率有可能存在热力学平衡限制,为此采用Gibbs自由能最小化方法对这一过程进行了热力学分析.结果表明,虽然原料转化率不受热力学平衡的限制,但丙烯收率受到热力学平衡的限制; 与低碳烷烃相比,烯烃和长碳链烷烃都更适合作为催化裂解多产丙烯的原料; 低压有助于丙烯平衡收率的提高,并且在每一固定压力下都存在最优的反应温度,使丙烯平衡收率达到极大值; 与热裂解相比,采用Y和ZSM-5分子筛的混合物为催化剂,虽然改变了产物分布,但并没有显著提高丙烯的平衡收率,而采用对产物有择形作用的小孔分子筛为催化剂,则可明显提高丙烯的平衡收率.     

热裂化和催化裂化联合生产烯烃

<正>本工艺包括热裂化烃进料生产含烯烃和链烷烃混合物的裂解烃,以及催化裂解裂解烃生产烯烃和二烯烃的催化裂解物料。本系统包括一个热裂化烃进料生产含烯烃和链烷烃混合物的裂解烃的反应区,和一个催化裂解裂解烃生产烯     

不同组成C4的催化裂解反应规律

在小型固定流化床装置上考察了3种组成差异较大的C₄催化裂解反应性能，以及催化剂性质对C₄催化裂解反应的影响。实验结果表明，C₄中烯烃的含量越高，转化率、乙烯和丙烯产率越高；催化剂具有更高的活性、更大的比表面积和孔体积、更高的酸量及较低的金属含量有利于C₄烯烃的转化，并生成更多的乙烯和丙烯。在催化裂解过程中，只需考虑C₄烯烃的转化及其对乙烯和丙烯的贡献。C₄烯烃低聚生成的C₈碳正离子先裂解生成1分子丙烯和1分子戊基碳正离子，戊基碳正离子与C₄烯烃进一步发生低聚反应生成C₉碳正离子或不再发生反应，使得产物的丙烯/乙烯摩尔比大于2。对C₄进行预处理或开发其他反应与催化裂解耦合的新技术，能够有效提高C₄的利用率以及乙烯和丙烯的产率。     

基于分子表征的重油丙烯潜产率模型及应用

从烃分子生成丙烯的反应出发,提出原料丙烯潜产率的分子水平模型,通过重油分子水平表征结合催化裂解反应化学研究,归纳出重油丙烯潜产率模型及其数学表达式。基于所构建的重油丙烯潜产率模型,获得催化裂解多产丙烯的较优烃分子类型,可为多产丙烯的原油、重油等原料的甄选以及对中间基等非理想原料的加氢改质提供参考方向。进一步对原油基属类型涵盖石蜡基、中间基和环烷基的几种减压蜡油及其加氢尾油的丙烯产率进行评价,结果表明,催化裂解丙烯实际产率和低碳烯烃产率均随着原料丙烯潜产率PPY指标的增大而相应提高,并且分别存在较好的线性相关性。     

分子筛孔结构对轻烃催化裂解性能的影响

采用无机碱处理脱硅方法制备了具有不同孔结构的ZSM-5分子筛,通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、氨气程序升温脱附(NH₃-TPD)、吡啶红外吸附(Py-FTIR)、N₂吸附/脱附对分子筛进行了表征,将其应用于轻烃催化裂解反应考察其性能差异。结果表明,碱处理脱硅制备的微孔-介孔分子筛结合了微孔的催化性能、择形选择性和介孔的优异扩散性能。对于目的产物是低碳烯烃的烃类催化裂解反应而言,同时具有适宜微孔和介孔孔分布的分子筛体现出更优异的催化性能。同碳数的直链烷烃正辛烷和环烷烃乙基环己烷,虽然其分子结构不同,但在具有更短扩散路径和更大外表面积的4^#-ZSM-5分子筛上,正辛烷和乙基环己烷催化裂解均表现出更高的反应活性稳定性和低碳烯烃产物选择性;在相同孔结构分子筛条件下,环烷烃乙基环己烷的总体反应活性低于相对应的直链烷烃正辛烷。     

分子筛孔结构对正己烷催化裂解性能的影响

采用小型固定床实验装置考察了正己烷在4种分子筛上的催化裂解反应性能。结果表明:孔结构对正己烷催化裂解产物分布和积炭失活有着显著的影响;在所考察的4种分子筛中,孔径越小,越有利于单分子裂解,越不利于氢转移反应,乙烯和丙烯的选择性越高;ZSM-35上乙烯和丙烯的初始选择性虽然最高,但其积炭失活较严重,而ZSM-5分子筛表现出了较好的低碳烯烃选择性和抗积炭性,其双烯选择性为45.06%,且反应4h后转化率仅下降4%左右。     

ZRP沸石对FCC汽油催化裂解产丙烯的影响

 本文研究了550℃，常压，加有水蒸气条件下，FCC汽油在ZRP沸石上的催化裂解反应，研究了ZRP硅铝比变化和稀土改性ZRP对反应的影响。通过实验结果分析和反应前后反应物与产物分布的计算研究表明，丙烯生产是通过FCC汽油中烯烃进行裂化反应实现的。提高烯烃的选择转化率、促进裂化反应和提高丙烯产品的选择性将有利于丙烯产量的增加。提高ZRP沸石硅铝比能够增加沸石的强酸量，提高烯烃的转化率，提高低碳烯烃的选择性，但丁烯选择性高于丙烯的选择性。稀土改性的ZRP沸石能够增加强酸量，提高烯烃的转化率，提高丙烯的产品选择性。     

塔中4石炭系油藏原油轻烃地球化学特征及其控制因素

从轻烃分子及其稳定碳同位素组成两方面刻画了塔中4石炭系油藏原油轻烃地球化学特征,同时结合高分子量烃类生物标志化合物指标初步厘定了蒸发分馏、水溶分馏、有机质熟化、热蚀变等次生作用对石炭系原油的影响程度,并探讨了其地质意义。石炭系不同油组（CI、CII、CIII）原油轻烃地球化学特征显示,CI 和CII-CIII可分别视为两个相互独立的成藏体系。CI原油主要是早期形成的低熟原油,该类原油轻烃富含正构烷烃,贫环烷烃和芳烃,链烷烃/环烷烃比值偏高,稳定碳同位素组成富含¹²C,高分子量芳烃成熟度指标偏低;CI原油保存相对较好,可能只遭受了程度较弱的水溶分馏等次生改造。CII与CIII原油大多是晚期形成的高熟原油,这类原油轻烃富含轻质环烷烃和芳烃,贫正构烷烃,链烷烃/环烷烃比值偏低,稳定碳同位素组成富含¹³C,高分子量芳烃成熟度指标偏高;热蚀变和蒸发分馏次生作用对CII与CIII原油轻烃地球化学特征有重要影响,不同期次及成因原油在CII与CIII油组内相互混合的现象也较为普遍;CII与CIII部分遭受热蚀变改造的原油可能是寒武系-下奥陶统古油藏内的原油热裂解后通过断层运移到石炭系聚集成藏,原油热裂解对该区晚期天然气形成可能具有重要意义。     

新型分子筛上石脑油催化裂解多产低碳烯烃研究

在固定床微反装置上对4种不同结构的分子筛HZSM-5,HIM-5,HEU-1,HAl-ITQ-13的石脑油催化裂解（NCC）反应性能进行对比评价。采用XRD、SEM、N2吸附-脱附及Py-IR等方法表征各分子筛的孔道结构和酸性质。结果表明：与HZSM-5相比,石脑油在HIM-5,HEU-1,HAl-ITQ-13作用下催化裂解反应的转化率均有所提高;孔径较小、酸量较低的HAl-ITQ-13和HEU-1具有较高的催化活性,其作用下的低碳烯烃（乙烯＋丙烯＋丁烯）收率分别比HZSM-5提高13.3百分点和8.6百分点;而在HIM-5作用下的低碳烯烃收率则比HZSM-5降低3.5百分点。同时,考察了NCC反应条件下丙烯的反应性能,发现丙烯在NCC反应条件下具有非常高的反应活性,可通过催化反应转化为乙烯、丙烷、丁烯等产物。抑制氢转移反应有利于提高低碳烯烃的收率,开发NCC新型催化材料时,应综合考虑分子筛的酸性质和孔道结构对低碳烯烃二次反应的抑制作用。     

焦化汽油催化裂解反应特性探析

分析了典型焦化汽油烃类组成特点,重点研究焦化汽油催化裂解反应过程中反应转化率以及低碳烯烃的产率和选择性的主要影响因素。结果表明,催化裂解反应条件下焦化汽油转化率较低,提高反应温度是提高低碳烯烃产率的有效手段,但是目标产物的选择性变化不大;采用高选择性的催化剂可以在提高乙烯和丙烯产率的同时提高其选择性,并达到少产丁烯的目的。焦化汽油的正构烷烃转化程度低,尤其是C5～C7正构烷烃转化程度不足60％,是因其分子碳链短,所形成的正碳离子的β断裂反应不易发生所致。     

催化裂化过程中β分子筛增产丙烯作用的研究

对超稳Y分子筛、改性β分子筛和改性ZSM-5分子筛进行了NH3-TPD酸性表征,结果表明改性β分子筛的酸性质介于超稳Y分子筛和改性ZSM-5分子筛之间。选用不同分子尺寸的正己烷、正癸烷和轻柴油为原料进行了微反评价,结果表明三种分子筛由于孔结构和酸性质的不同,对不同尺寸的烃分子具有不同的裂解能力和产品分布。改性β分子筛能生产更多的C3=优质前身物C5=~C8=。然后对三种分子筛的混合样品进行了重油微反评价,结果表明改性β分子筛在超稳Y分子筛和改性ZSM-5分子筛之间起到了接力作用,三种分子筛的组合物表现出最高的丙烯收率和选择性。     

挥发作用对C5—C8轻烃指标的影响：模拟实验证据

C₅—C₈轻烃指标在石油勘探开发中扮演着重要角色,然而其易挥发的自然属性导致C₅—C₈轻烃指标在实际应用过程中存在诸多不确定性。本研究利用塔中地区奥陶系海相凝析油在实验室内进行了原油挥发模拟实验,基于实验结果遴选和构建了受挥发作用影响较小的系列轻烃指标,具有较强的实用性。模拟实验结果显示挥发作用对C₅—C₈轻烃指标的影响程度受轻烃分子量和分子构型共同控制。nC₅—nC₈正构烷烃挥发量随正构烷烃碳数增加而逐步降低,不同分子构型C₇化合物挥发量由高到低依次为：C₇-支链烷烃>nC₇>甲基环己烷>甲苯,二甲基环戊烷挥发量则大体相当。正（异）构烷烃与环烷烃比值和挥发速率相近的相同分子构型轻烃比值受挥发作用影响相对较小。原油挥发过程中,残留液态原油内C₆—C₈轻烃单体稳定碳同位素组成随挥发量增加逐步富集¹³C,nC₆—nC₈正构烷烃稳定碳同位素组成变化程度随碳数增加逐渐降低。当C₆—C₈轻烃挥发量小于70% 时,C₆—C₈轻烃稳定碳同位素组成变化不大,当其挥发量大于70% 时,正构烷烃、异构烷烃和芳烃稳定碳同位素组成均产生1.0‰ 以上的较大变动,环烷烃稳定碳同位素组成则变化不大。受挥发作用影响较小的轻烃指标即正（异）构烷烃与环烷烃比值和环烷烃稳定碳同位素组成在塔中地区原油成熟度标定和原油类型划分方面取得了较为理想的应用效果,展现了良好的实用性和应用前景。     

甲基环己烷催化转化反应对改性工业Y沸石酸性的表征

以甲基环己烷（MCH）的催化转化反应为模型反应,并结合吡啶吸附红外光谱和羟基红外光谱技术对三种具有不同硅铝比和介孔孔隙的改性工业脱铝Y沸石的酸性(酸量、酸强和酸性点的可接近性)进行了表征研究。通过MCH催化转化反应的反应结果分析,可以得出,MCH的反应活性（总转化率）依赖于Y沸石催化剂表面的酸量, 而TOF值可反映沸石内质子位酸性点的可接近性。MCH催化转化的产品由裂解、芳香烃和异构三类产品构成,其中裂解产物的产率随着沸石微孔中强质子酸位点的浓度的增加而增加;随着Y沸石脱铝程度的增加,沸石内酸量减少,分子的扩散距离缩短从而导致二次反应的几率降低,从而使芳香烃的产率随之降低;同时,裂解产物中C7产物和烯烃/烷烃比率增加。研究结果还显示出,i-C4产物的选择性随脱铝Y沸石在其羟基红外光谱中3600cm-1处的吸收峰强度的增加而增加,即i-C4产物的选择性可反映沸石内强质子酸位点的数目。     

基于多产化工品的重油原料烃类结构导向研究

石油炼制的化工转型及中间基原油供给比例持续增大的趋势均愈发明显。但中间基劣质渣油中硫、氮、重金属等杂原子含量高,稠环芳烃、胶质、沥青质等难裂化重组分多,对多产化工品途径带来挑战,需通过加氢等前处理工艺进行改质。基于重油分子水平组成、烃分子结构结合催化裂解反应化学研究,提出多产化工品的优势原料烃类组成结构为链烷烃、一环～四环环烷烃及烷基苯,需要渣油加氢与催化裂解两个单元很好地耦合。中间基渣油加氢改质的方向为稠环芳烃超深度加氢饱和并适度裂化。从分子水平表征中间基渣油加氢前后烃组成结构的变化显示,中国石化石油化工科学研究院以烃类结构为导向,采用加氢过程实现了多环芳烃、噻吩型含硫芳烃、胶质、沥青质的深度加氢饱和,定向转化为链烷烃和环烷烃尤其是一环～三环环烷烃等可多产化工品的优势烃类结构,进而与高选择性催化裂解技术耦合可实现劣质中间基渣油多产低碳烯烃和BTX（苯、甲苯、二甲苯）等化工品的目标。