庚烯与H2S在酸性催化剂上的反应机理 Ⅰ.硫醇、硫醚生成机理

为了研究催化裂化汽油中硫化物的生成机理,在小型固定流化床(FFB)装置中考察了不同质量分数的庚烯与H2S在固体酸催化剂上的反应.结果表明,庚烯与H2S的反应主要生成噻吩类硫化物、部分硫醇、少量硫醚和痕量四氧噻吩等硫化物;庚烯质量分数越高,生成硫化物的量越多;噻吩类硫化物中生成量最大的甲基苯并噻吩的生成量也随着庚烯质量分数增加而线性增长.烯烃在催化剂B酸活性中心上吸附形成正碳离子,正碳离子与H2S结合生成硫醇,硫醇的生成遵循正碳离子机理.硫醇与烯烃反应生成硫醚.当反应温度为400～500℃,庚烯与H2S反应中,生成硫醇、硫醚的反应均为放热反应,硫醇的平衡收率较低,硫醚的平衡收率更低一些.     

庚烯与H2S在酸性催化剂上反应机理研究II-噻吩/烷基噻吩生成机理

 为了研究催化裂化汽油中噻吩类含硫化合物的生成机理，分别在小型固定流化床(FFB)装置和小型流化床装置(ACE)中考察了庚烯与H₂S、己硫醇在固体酸催化上的反应。结果表明，在固体酸催化剂上己硫醇主要分解为H₂S与烯烃，转化为噻吩类含硫化合物的概率很小。因此，在庚烯与H₂S反应中，噻吩及烷基噻吩的生成不是以饱和硫醇为过渡态，而是以不饱和硫醇为过渡态。烯烃在催化剂的L酸中心作用下失去负氢离子生成烯基正碳离子，烯基正碳离子与H₂S结合生成不饱和硫醇，不饱和硫醇接着进行负氢离子转移、环化，并进一步脱氢生成噻吩或烷基噻吩。在400℃~500℃下, 噻吩及烷基噻吩的生成反应是吸热反应，其平衡收率比较高。不饱和硫醇过渡态经负氢离子转移、环化后再夺氢生成四氢噻吩的反应是放热反应, 平衡收率很低。固体酸催化剂提供了大量具有脱氢活性中心的L酸，且烯烃与H₂S在贫氢的酸催化环境里反应只有生成具有共轭结构的五元噻吩才是最稳定的，因此噻吩或烷基噻吩是烯烃与H₂S反应的主要产物。噻吩与烯烃发生烷基化反应生成烷基噻吩，烷基噻吩在酸性催化剂表面上发生负氢离子转移、环化、脱氢反应生成甲基苯并噻吩。     

H2S对FCC汽油硫化物生成的影响

在小型固定流化床反应器中,在反应温度400～500℃、剂/油质量比6、质量空速10h-1条件下,考察了H2S 对硫醇、噻吩等FCC汽油硫化物生成的影响。结果表明,在FCC催化剂上,H2S与汽油烯烃发生反应主要生成噻吩、烷基噻吩和少量硫醇,且在不同分子筛类型催化剂上,在不同温度下硫化物生成量均随着反应体系H2S质量分数的增加而线性增长。但是,由于受催化剂性质的影响及催化剂对汽油烯烃转化程度的影响,稀土Y催化剂上硫化物生成量及随反应体系H2S质量分数增高生成硫化物的增长幅度高于择形分子筛催化剂;受温度对硫化物生成的热力学与动力学常数影响及温度对烯烃转化程度的影响,硫化物生成量及其增长幅度在450℃时最高,在500℃时最低。     

中性Al2O3载体上异丁硫醇的热转化反应

 以异丁硫醇为研究对象、中性Al₂O₃为载体，探讨了在固定床微型反应器中硫醇的热反应转化规律。实验结果表明，在较低温度下，异丁硫醇热转化反应倾向于生成二异丁基二硫化物，在较高温度下，则倾向于生成H2S。极性小分子特别是甲醇加入到反应体系后，可以改变异丁硫醇转化生成H₂S的反应途径，使生成甲硫醇、甲硫醚、甲基异丁基硫醚、二甲基二硫化物等；乙醇的加入使异丁硫醇的热转化反应生成一定量的乙基异丁基硫醚。异丁硫醇在中性Al₂O₃载体上的热转化反应是按自由基机理进行的反应。     

流化催化裂化汽油含硫化合物生成规律的考察

在小型固定流化床装置上采用流化催化裂化(FCC)催化剂、以FCC汽油轻馏分和H2S标准气为原料,考察了催化剂类型、原料组成和反应条件(反应温度、催化剂与原料油的质量比(剂油比)和重时空速)对硫化物生成的影响。实验结果表明,FCC汽油中的烯烃与H2S反应主要生成噻吩类硫化物和部分硫醇;在REUSY分子筛催化剂(催化剂A)上的硫化物收率比在ZRP型择形分子筛催化剂(催化剂B)上的高;且硫化物收率随H2S和烯烃含量的增加呈线性增长。受反应温度对烯烃转化程度的影响,较高的反应温度有利于抑制烯烃与H2S反应。因为反应机理及催化剂性质对噻吩类硫化物和硫醇的生成影响不同,两者收率随剂油比和重时空速的变化趋势不同,但变化幅度均不大,因而总硫化物收率随重时空速和剂油比的变化幅度也不大。     

临氢条件下NiMoS/γ-Al2O3催化辛烯-1与H2S的反应

 在高压反应釜中临氢条件下研究了NiMoS/γ-Al₂O₃催化辛烯-1与H₂S的反应,考察了反应温度、H₂S含量和烯烃体积分数对反应产物的影响,对反应产物进行GC-MS分析,探讨了辛烯-1与H₂S的反应机理。结果表明,辛烯-1与H₂S反应主要生成硫醇类和硫醚类化合物,辛烯-1本身还会发生加氢饱和反应和双键迁移异构化反应。随着反应温度升高,反应产物中的硫醇硫和总硫的量均逐渐减少,同时促进了辛烯-1的加氢饱和反应。反应体系中H₂S的含量越高,产物中硫醇硫和硫醚硫的含量越大;而且H₂S还会促进辛烯-1的双键迁移异构化反应,抑制辛烯-1的加氢饱和反应。随着反应体系中辛烯-1体积分数增大,产物中总硫的含量不断增大,而硫醇硫的含量先增大后减小,此外,辛烯-1的异构化产物和加氢饱和产物也会随之不断增多。     

FCC汽油选择性加氢硫转移催化剂的研究

 制备了以γ-Al₂O₃为载体的Ni基选择性加氢硫转移催化剂Mo-Ni/γ-Al₂O₃,并用于催化裂化汽油的加氢硫转移反应。对比了预硫化型和氧化型Mo-Ni/γ-Al₂O₃催化剂的活性和选择性,并考察了无氧焙烧温度、活性组分负载量对预硫化型Mo-Ni/γ-Al₂O₃催化剂加氢硫转移催化性能的影响。采用模型化合物研究了硫醇在Mo-Ni/γ-Al₂O₃催化下的反应,考察了烯烃和硫醇对硫转移反应的影响。结果表明,无氧焙烧温度400℃下制备得到的w(NiO)=8.2%、w(MoS₂)=5.6%的预硫化型Mo-Ni/γ-Al₂O₃催化剂具有相对较高的加氢硫转移反应催化活性和选择性;硫醇与烯烃的反应在催化剂表面的加氢活性位上进行,硫醇先加氢脱硫,生成吸附态H₂S,吸附态H₂S再与吸附的烯烃反应生成大分子硫醇或硫醚,达到硫转移的目的。     

CoMo/γ-Al_2O_3选择性加氢脱硫催化剂上硫醇的生成反应

在固定床连续微型反应装置上研究了选择性加氢脱硫过程中CoMo/γ-Al_2O_3催化剂上硫醇的生成反应。考察了不同类型硫化物和烯烃对硫醇生成的影响,研究了催化剂上环己烯与H_2S的反应规律。实验结果表明,烯烃与H_2S反应只生成了硫醇,没有其他硫化物生成。反应产物中硫醇硫的含量不受原料中硫化物种类的影响,但受烯烃结构的影响。空间位阻大的烯烃与H_2S反应生成的硫醇较难加氢脱除,导致产物中硫醇硫含量较高。当H_2S含量较低时,H_2S通过竞争吸附减少了加氢活性位,阻碍了烯烃的加氢反应,从而抑制了环己烯的加氢饱和。继续增大H_2S含量,由于H_2S与烯烃反应生成的硫醇易脱除,故对环己烯的加氢饱和起到了促进作用。升高温度和增加V(H_2)∶V(油)均有利于减少产物中环己硫醇的生成量。     

硫化物对裂解C_9一段加氢Ni/Al_2O_3催化剂加氢活性的影响

在固定床反应装置上考察了噻吩、二丙基硫醚和正丁硫醇对裂解C_9一段加氢Ni/Al_2O_3催化剂加氢活性的影响,采用XPS和XRD对催化剂进行了表征,分析了硫化物影响Ni/Al_2O_3催化剂加氢活性的机理。实验结果表明,在考察的反应条件下,噻吩和二丙基硫醚影响Ni/Al_2O_3催化剂加氢活性的原因是硫化物吸附在催化剂的活性中心,占据了加氢活性位,降低了反应分子与催化剂活性位的接触机会;正丁硫醇影响Ni/Al_2O_3催化剂加氢活性的原因是活性金属Ni与正丁硫醇分解生成的H_2S反应生成硫化镍,催化剂的加氢活性相变为硫化态,同时正丁硫醇和生成的硫醚类硫化物吸附在催化剂的活性中心,占据了加氢活性位,使催化剂活性降低。     

BrØnsted酸性离子液体在萃取氧化二苯并噻吩中的应用

 以具有BrØnsted酸性的吡咯烷酮离子液体N-甲基-2-吡咯烷酮氟硼酸盐([Hnmp]BF₄)为萃取剂和催化剂, 含30%质量分数H₂O₂的双氧水为氧化剂, 二苯并噻吩(DBT)的正辛烷溶液作为模型油, 同时进行萃取脱硫和氧化脱硫, 考察了n(H₂O₂)/n(S)、DBT初始浓度和反应温度对脱硫率的影响. 结果表明, [Hnmp]BF₄-H₂O₂体系产生的羟基自由基能将DBT氧化成相应的砜而进入离子液体相, 从而脱除了模型油中的S; 当n(H₂O₂)/n(S)=3、反应温度为60℃、模型油与离子液体等体积时, 在60min内可将油相中的S质量浓度为1550μg/ml 的DBT完全氧化脱除; DBT初始浓度越高, S的完全脱除就越困难. 离子液体重复再生使用7次后, 脱硫率明显降低.     

Effect of Olefins on Formation of Sulfur Compounds in FCC Gasoline

The effect of olefins on formation of sulfur compounds in FCC gasoline was studied in a small-scale fixed fluidized bed （FFB） unit at temperatures ranging from 400℃ to 500℃, a weight hourly space velocity （WHSV） of 10 h-1, and a catalyst/oil ratio of 6. The results showed that C4--C6 olefins contained in the FCC gasoline could react with HzS to form predominantly thiophenes, alkyl-thiophenes as well as a fractional amount of thiols, while large molecular olefins such as heptene could react with hydrogen sulfide to form benzothiophenes. The amount of sulfur compounds formed at different tem- peratures over different catalysts were in proportion to the mass fractions of olefins in the feedstock, with the amount of sulfur compounds formed over REUSY catalyst exceeding those formed over the shape selective zeolite catalyst owing to the effect of catalyst performance and the impact of catalyst on the degree of olefin conversion. The amount of sulfur compounds generated and their increase reached a maximum at 450℃ and a minimum at 400℃ because of the influence of temperature on the thermodynamic and kinetic constants for formation of sulfur compound as well as on the olefin conversion degree. Based on the above-mentioned study, a reaction network and a model for prediction of sulfur compounds generated upon reaction of olefins in FCC gasoline with HES were established.     

FCC汽油硫化物的形成和转化机理分析

介绍了汽油硫化物在FCC过程中的生成和转化机理,重点对噻吩类硫化物的几种转化途径进行了分析,指出在催化剂酸性中心上噻吩类硫化物主要发生的反应;介绍了FCC汽油硫化物转化和生成反应网络,指出烷基化、环化脱氢反应可以使噻吩、烷基噻吩变成更大分子的硫化物,氢转移反应可以促进硫化物向H2S的转化,同时H2S和烯烃反应生成硫化物;在此基础上,提出了降低汽油硫含量要考虑的几个方面,为新型降硫催化剂的开发提供理论基础。     

多硫烯烃的合成及热分解行为研究

以来源于炼油企业的60 ~140 ℃馏分的FCC汽油和工业硫磺为原料,在多种碱性催化剂作用下合成了系列多硫烯烃并对其进行了纯化,对合成反应和纯化反应可能的历程进行了分析,对合成反应条件进行了优化,对多硫烯烃的热分解行为进行了研究。结果表明：以氢氧化钠为催化剂,在反应温度为170 ℃、反应时间为3 h、硫磺与FCC汽油质量比为0.45:1、催化剂与FCC汽油质量比为0.15:1的条件下,合成的多硫烯烃的硫质量分数为29.47%,密度（20 ℃）为0.953 g/cm3,且油溶性好、分解温度范围较宽(190~260 ℃)。合成产物技术指标达到硫化剂要求,可应用于加氢催化剂的预硫化处理,具有工业应用前景。     

FCC汽油硫化物的生成动力学

 在小型固定流化床反应器中,在反应温度400～500℃、剂/油质量比6、质量空速10h-1条件下,消除内、外扩散影响,考察了FCC汽油烯烃与H2S 在MLC-500催化剂上反应生成硫醇、噻吩等汽油中硫化物的动力学。通过无H2S参与的FCC汽油裂化反应研究消除温度对烯烃催化转化影响,在其基础上建立了关于汽油烯烃与H2S反应生成汽油硫化物的幂函数型本征动力学模型,其中噻吩硫及总硫生成的活化能分别为28810 J/mol、25376J/mol,二者对应烯烃的反应级数分别为0.38、0.36,对应H2S的反应级数分别为0.22、0.27。残差检验和统计检验结果表明,所得动力学模型是合理、可靠的,能够真实反映硫化物生成反应的特性。     

以磷钨酸/半焦为催化剂对模拟油氧化脱硫的研究

以双氧水为氧化剂、磷钨酸/半焦(HPW/Sc)为催化剂、N-甲基吡咯烷酮为萃取剂、Span60为乳化剂,对以苯并噻吩(BT)、二苯并噻吩(DBT)、 4,6-二甲基二苯并噻吩(4,6-DMDBT)为模型含硫化合物的模拟油进行氧化脱硫研究,考察磷钨酸负载量、氧化温度、氧化反应时间和模拟油中烯烃、芳烃和含氮化合物对含硫化合物脱除的影响。结果表明：催化剂的最佳磷钨酸负载量（w）为30%;在反应时间为60 min、反应温度为60 ℃、HPW/Sc2用量（w）为1.0%、Span60用量（w）为0.36%、n(H2O2)/ n(S)=3的条件下,DBT脱除率可达到99%,含硫化合物的氧化活性由大到小的顺序为DBT?4,6-DMDBT＞BT;模拟油中的苯可促进DBT脱出,而喹啉和环己烯则抑制DBT的脱除。     

Ni/Al_2O_3对硫醇与异戊二烯硫醚化反应的催化性能研究

制备了硫醚化反应催化剂Ni/Al_2O_3,对其进行XRD物相分析和扫描电镜表征。在临氢条件下,通过固定床连续微型反应装置,利用模型汽油考察Ni/Al_2O_3、对硫醇与异戊二烯的硫醚化反应催化效果,同时研究了反应条件和汽油中主要组分对催化效果的影响。结果表明,当NiO负载量为15%时,Ni/Al_2O_3催化剂对二烯烃和硫醇的硫醚化反应具有较好的催化作用,对硫醇硫含量为107.4μg/g的模型汽油,在反应压力1.0MPa、反应温度80℃、体积空速2.0h~(-1)、氢油体积比为300的条件下能将油品中的硫醇硫降至1.2μg/g,脱硫醇率达到98%以上;汽油中烯烃含量对醚化反应基本没有影响,苯胺和苯酚对反应催化效果有较大的影响。     

La、Ce改性对ZSM-5分子筛上烯烃裂解制丙烯反应的影响及其作用机理

在550 ℃、常压、加入水蒸气的条件下,研究稀土La和Ce改性ZSM-5分子筛上FCC汽油的催化裂解反应。结果表明,稀土La和Ce改性可以提高ZSM-5分子筛的总酸量和强酸量,从而使FCC汽油转化率,特别是烯烃裂解反应的转化率明显提高,烯烃反应的选择性和气相产物乙烯、丙烯、丁烯,特别是丙烯的选择性显著增加。分子模拟计算结果表明,La3+和Ce4+位于ZSM-5分子筛Z型孔道的拐弯处,距离孔壁的距离为0.3～0.4 nm,使得弯道处的体积明显减小,导致烯烃裂解反应能垒、环化反应能垒、叠合反应能垒均有不同程度的增加,但裂解反应能垒增加的幅度最小,从而提高了烯烃裂解反应的选择性。