甲醇转化制丙烯ZSM-5分子筛催化剂的磷改性研究

为提升甲醇转化制丙烯(MTP)催化剂活性,采用等体积浸渍法对ZSM-5分子筛催化剂进行磷改性,考察了分子筛先磷改性再成型和分子筛先成型再磷改性两种改性工艺对MTP催化剂催化性能的影响.采用堆密度分析仪、ICP-OES和NH3-TPD等对催化剂进行了表征.结果表明,磷改性可以调变催化剂的酸性质,主要降低强酸中心的酸密度,...     

磷改性ZSM-5及其对催化裂化增产丙烯的影响

对催化裂化(FCC)催化剂/助剂进行功能改性是提高丙烯产量、助力炼油厂转型升级的一种简单有效的方法。制备了经过碱处理和不同含量磷改性的ZSM-5分子筛[xP/A/ZSM-5,x表示分子筛磷负载量(以P₂O₅质量分数计),%],将其用于FCC增产丙烯。采用X射线衍射、透射电镜、³¹P固体核磁共振和X射线光电子能谱等表征方法对改性样品的结构、酸性和磷存在形态进行表征,并对其在FCC过程中增产丙烯的性能进行研究。结果表明,所有改性后ZSM-5作用下的丙烯收率均优于改性前ZSM-5分子筛,这与孔体积减小和酸度变化有关。在测试的助剂中,8.0P/A/ZSM-5样品的催化性能最好,丙烯收率为8.62%。对磷与ZSM-5分子筛相互作用机理的研究表明,磷能与骨架铝和非骨架铝相互作用形成AlPO₄物种,并在磷改性分子筛表面检测到了AlPO₄物种。     

改性ZSM-5分子筛高选择性催化甲醇制对二甲苯

采用超声浸渍的方法制备了不同Zn负载量的改性ZSM-5分子筛以及Zn、Mg和P复合改性ZSM-5分子筛,通过X射线衍射、N₂吸附-脱附、氨吸附-程序升温脱附和吡啶吸附-傅里叶变换红外光谱等手段对催化剂进行表征,并在固定床微型反应器上系统探究了不同改性过程对其催化甲醇直接制对二甲苯反应性能的影响。结果表明：Zn改性有效提高了ZSM-5分子筛的芳构化性能,可为甲醇制对二甲苯提供较高的催化活性基础;在最佳Zn负载量时,进一步引入Mg和P对分子筛酸性和孔道结构进行修饰,覆盖孔道酸性位以及窄化孔口,优化了催化剂择形性,有利于目的产物对二甲苯的生成。复合改性分子筛Zn-Mg-P/HZ-5催化剂寿命为36 h,对位选择性为96.00%,对二甲苯选择性（对二甲苯占总二甲苯的比例）高达18.43%,表现出优异的反应性能。     

甲醇转化制丙烯技术进展

简要介绍了丙烯的产需状况和新的丙烯生产技术的开发情况,综述了用于甲醇转化制丙烯的 ZSM-5分子筛催化剂的研究进展,重点介绍了 ZSM-5分了筛的晶粒尺寸、硅铝比和改性方法(磷改性、水热处理和碱土金属改性等)对其催化性能的影响。ZSM-5分了筛晶粒尺寸减小,有利于丙烯的扩散从而使丙烯的收率提高;合适的硅铝比以及适当的化学改性可有效调节 ZSM-5分子筛的表面酸性和孔径大小,提高丙烯的选择性和催化剂的稳定性。     

Ag改性ZSM-5分子筛催化甲醇制烯烃的研究

采用等体积浸渍法制备了不同Ag质量分数(0~12%)的改性ZSM-5分子筛。利用XRD、N_2吸附/脱附、NH_3-TPD和CO脉冲化学吸附对改性前后各催化剂进行了表征分析,并于常压、430℃、水醇比为2,空速(LHSV)为2.2h~(-1)的反应条件下,在固定床反应器中考察了各催化剂催化甲醇制低碳烯烃的性能。结果表明,Ag改性ZSM-5分子筛,提高了其合成低碳烯烃选择性,且其选择性随Ag含量的增加先增大后降低,Ag含量为9%制备的AgZ-9催化剂对合成低碳烯烃选择性最大。Ag改性使催化剂强酸消失,结晶度降低,低碳烯烃选择性提高;其中,AgZ-9催化剂的弱酸量和Ag分散度最大,孔径最小,乙烯+丙烯选择性最高。此外,还考察了焙烧温度和时间对AgZ-9催化剂性能的影响。     

MgO用量对其改性ZSM-5结构及其催化甲醇转化制丙烯、丁烯反应性能的影响

低温水热晶化法制备了SiO_2/Al_2O_3物质的量比为100的纳米ZSM-5分子筛团聚体,采用MgO对其进行改性。考察了MgO用量对ZSM-5分子筛物化性能的影响,并研究了改性前后分子筛在530℃、水热处理17h后物化性能变化对其催化甲醇转化制丙烯与丁烯反应性能的影响。在产品中体相Mg/Al物质的量比为0.05~0.14的范围内,MgO高度分散在ZSM-5分子筛中。镁改性后ZSM-5分子筛的SiO_2/Al_2O_3物质的量比基本不变,随着MgO用量的增加,ZSM-5分子筛负载的MgO量越高,但与向体系中加入的MgO偏差越大。镁改性样品的结构参数变化主要体现在外比表面积和介孔体积略有增加。NH_3-TPD结果表明,未改性的ZSM-5,弱酸及强酸所占的比例都接近50%,MgO改性后,弱酸性位点所占比例增加,强酸性位点所占比例减少。吡啶红外结果表明,与未改性样品相比,改性后样品的弱、中等、强L酸量均有所增加。Mg/Al物质的量比为0.07样品具有较多的中等强度B酸中心,其丙烯与丁烯选择性最高;未改性ZSM-5分子筛具有较多中等以上强B酸位及较高B/L,其寿命最长。     

华东理工大和上海石化院合作研究甲醇分压和ZSM-5晶粒大小对甲醇制丙烯的影响

华东理工大学化学与制药学院和中国石化上海石油化工研究院，研究在以ZSM-5为催化剂的甲醇制丙烯工艺（MTP）中，考察了甲醇分压和ZSM-5晶粒大小对甲醇制丙烯的影响。     

金属离子改性ZSM-5分子筛催化甲醇制烯烃性能研究

采用等体积浸渍法制备金属离子改性催化剂Cu-ZSM-5、Fe-ZSM-5和Ag-ZSM-5,利用XRD、N2吸附/脱附、NH3-TPD和CO脉冲吸附分析催化剂的孔结构和表面酸性,测定各催化剂催化甲醇制低碳烯烃产物的选择性,并考察浸渍温度和时间对Ag-ZSM-5催化活性的影响。结果表明,ZSM-5分子筛经金属离子Cu(II)、Fe(III)和Ag(I)改性后,催化剂孔径降低,表面强酸消失,烯烃的选择性增大。其中Ag-ZSM-5具有最弱的表面酸强度和较好的金属分散度,MTO催化性能最佳,在浸渍温度和时间分别是40℃和18h,乙烯+丙烯的选择性达88.04%,与ZSM-5相比,提高了26.93%。     

非金属元素改性ZSM-5分子筛催化甲醇制烯烃性能研究

采用等体积浸渍法制备非金属元素改性催化剂P-ZSM-5、F-ZSM-5、B-ZSM-5,利用XRD、NH_(3-)TPD和N_2吸附/脱附分析催化剂的表面酸性和孔结构,测定各催化剂催化甲醇制低碳烯烃产物的选择性,并考察磷酸浓度对P-ZSM-5催化活性的影响。结果表明,ZSM-5分子筛经磷、氟改性后,催化剂的孔容和比表面积增大,表面强酸消失,烯烃选择性增大;经硼改性后,催化剂比表面积、孔体积显著减小,烯烃选择性降低。其中磷改性催化剂P-ZSM-5具有较大的孔容、比表面积和弱酸量,烯烃选择性最佳,在磷负载质量分数为6%时,乙烯+丙烯的选择性达85.09%,与ZSM-5相比,提高了22.7%。     

磷改性对ZSM-5分子筛催化甲苯甲醇烷基化反应性能的影响

采用初湿浸渍法制备出不同P负载量(P_2O_5占ZSM-5分子筛的质量分数)的ZSM-5分子筛催化剂,利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、低温N_2吸脱附等测试方法表征了催化剂的结构和性质,并在固定床微型反应装置上评价了催化剂的甲苯甲醇烷基化反应性能。结果表明:当P负载量为7.5%时,ZSM-5分子筛催化剂的催化性能最优,对二甲苯收率为17.78%,甲苯转化率为22.95%,对位选择性高达80.40%;引入的P与分子筛骨架通过氧原子形成化学键,致使分子筛孔道窄化,P还会覆盖分子筛外表面部分酸性位。     

含磷模板和不同硅源对多级孔ZSM-5分子筛结构和催化性能的影响

通过采用不同比例的四丁基氢氧化磷（TBPOH）和四丙基氢氧化铵（TPAOH）混合作为模板剂合成多级孔ZSM-5分子筛,采用XRD,BET,SEM,TEM,NH3-TPD,MAS NMR等方法对分子筛进行物化表征,考察TPAOH和TBPOH的协同作用,期望得到较高结晶度的含P的多级孔ZSM-5。结果表明：以正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,在TBPOH和TPAOH物质的量比为1∶1时,合成的多级孔ZSM-5形貌较为规整,由ZSM-5小晶粒堆积而成并呈现出丰富的介孔结构,具有较大的比表面积和孔体积,平均孔径分布于4～10 nm和50～70 nm。相比常规ZSM-5分子筛,合成的多级孔ZSM-5分子筛表现出更强的弱酸性和更多的总酸量。在1,3,5-三异丙苯的裂解反应中,相同转化率下,微孔ZSM-5分子筛表现出较好的苯和二异丙苯的选择性,而多级孔ZSM-5表现出更加优异的丙烯和异丙苯的选择性。     

多级孔道ZSM-5分子筛的制备及其催化裂解性能

通过直接合成或后改性等方法制备了具有多级孔道结构的ZSM-5分子筛样品,用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、N2吸附-脱附、程序升温氨脱附(NH3-TPD)方法对其进行了表征,并在固定床反应器中对其催化裂解性能进行了评价。结果表明：与常规ZSM-5分子筛相比,多级孔道结构的ZSM-5分子筛具有比表面积高、介孔孔体积大、介微孔比率高等优势。在分子筛内引入多级孔道,在正己烷催化裂解反应中目的产物丙烯更易扩散,氢转移反应得到有效抑制,可提高丙烯收率。具有最高介微孔比率的纳米薄层NZSM-5-300样品上,其乙烯选择性为15.8%,丙烯选择性为40.1%,双烯总选择性为55.9%。通过对比发现：介微孔比率高的催化剂,正己烷转化率下降速度减缓,寿命延长。     

不同形貌和晶粒大小ZSM—5分子筛合成的研究

考察了K2O－AI2O3－SiO2-TPABr(四丙基溴化铵）－H2O体系中水热合成制备ZSM－5分子筛时各因素对晶粒大小和形貌的影响。降低投料硅铝比、增加K^ 含量、使用碱性较弱的K2CO3或升高晶化温度都能促进产品ZSM－5分子筛晶粒的增大。提高投料硅铝经或引入NO3^-易使产物形貌趋于球形。采用晶化前预老化的方法,可以方便地制备出不同晶粒大小（1．0－40μm）且不含微晶、无微晶聚集体的产品。     

卤化钠对ZSM-5分子筛合成及其催化甲醇制丙烯反应性能的影响

在极浓体系下,通过添加卤化钠NaX(X为F,Cl,Br)合成了一系列ZSM-5分子筛,采用SEM、TEM、XRF、N2吸附-脱附、Py-FTIR和NH3-TPD对合成样品进行表征,在常压、温度为723K、质量空速为9.78h~(-1)的条件下,通过微型固定床反应器评价催化剂对甲醇制丙烯(MTP)反应的催化性能。结果表明:NaX的添加能够提高ZSM-5分子筛的MTP催化性能;合成的NaBr-ZSM-5分子筛具有较好的MTP催化活性;添加NaF和NaBr能够合成纳米ZSM-5聚集体,NaBrZSM-5分子筛的一次纳米晶粒更小,介孔体积更大;较大的外比表面积和较大介孔体积有利于提高MTP反应的催化活性。     

磷改性ZSM-5分子筛催化裂解制乙烯性能的研究

对不同硅铝比的ZSM 5进行磷改性 ,改性分子筛经 80 0℃、 4h水热老化后 ,再进行物化表征和微反评价。结果表明 ,磷改性能提高水热处理后ZSM 5 (n(SiO2 ) /n(Al2 O3) <2 0 0 )的酸中心浓度和强度、水热骨架和活性稳定性。ZSM 5分子筛晶型的水热稳定性不仅与磷含量有关 ,也和分子筛的骨架铝含量有关 ,磷改性不能阻止n(SiO2 ) /n(Al2 O3) >10 0的ZSM 5分子筛水热老化时晶型的转变。另外 ,磷改性分子筛的催化活性也与磷含量和分子筛的铝含量有关 ,铝含量高的活性也高 (n(SiO2 ) /n(Al2 O3)为 2 5～ 2 0 0 )。以正辛烷为原料时 ,磷改性的ZSM 5的活性越高越有利于乙烯生成     

锌改性HGaZSM-5分子筛催化甲醇制芳烃（MTA）反应性能

通过水热合成法制得GaZSM-5分子筛,经酸交换成得到氢型分子筛HGaZSM-5。采用浸渍法、机械混合法和离子交换法制备出一系列Zn改性GaZSM-5分子筛,分别记作WI,PM,IE。采用XRD、SEM、FT-IR、XPS、ICP、低温氮气吸脱附、NH3-TPD和Py-IR等技术对其进行物化性质表征,并在连续流动固定床反应器上进行甲醇制芳烃（MTA）反应性能评价。结果表明,改性方法对分子筛的晶体结构没有影响,对孔径分布数量有一定的调变作用。锌改性降低了强酸强度并减少强酸量,提高L酸比例。氧化锌和与骨架有强相互作用的锌均能提高芳烃选择性,浸渍改性的锌负载量（w）超过3.0%时会导致催化剂快速积炭失活。机械混合法所得分子筛的B酸和锌活性中心的协同作用最好,平均芳烃选择性达到44.39%,使用寿命为216 h。     

ZSM-5分子筛酸性修饰及探针分子表征

采用柠檬酸、硫醚、苯胺、二苯胺、磷酸二氢铵及硅油作为改性试剂对二甲苯异构化专用HZSM-5分子筛进行液相浸渍改性,结合甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、乙苯及间二异丙苯的脉冲反应表征,对各种改性手段的效果进行评估。各种改性方法对微孔体积和比表面积的影响很小,均减弱了酸性,对L酸的影响大于B酸。5种探针反应结果表明:柠檬酸改性强化了分子筛酸性,提高了歧化/异构化活性;磷酸二氢铵改性提高了歧化和脱乙基反应活性;苯胺、二苯胺、硫醚改性手段部分钝化了分子筛酸性,降低了歧化异构化活性;随着改性剂分子尺寸的增大,钝化外表面酸性越明显,从而改变分子筛孔内外的酸位分布,产生不同程度的择形效果;硅油改性充分地钝化了外表面酸性,形成最明显的择形效应。     

磷氧化物改性对ZSM—5沸石物化性质及择形催化性能的影响

采用磷氧化物对ZSM-5沸石进行修饰改性,用XRD、NMR、IR、BET等物化手段对改性后沸石的物质性质变化情况进行了表征,并采用轻油微反和小型固定流化床催化裂化装置对改性后的样品进行了反应性能评价。结果表明,采用磷氧化物对ZSM-5沸石的修饰改性能够抑制它在水热条件下的骨架脱铝,并延缓沸石在水热过程中的晶系转变,保持结构的对称性不下降,从而显著改善ZSM-5沸石的水热活性稳定性,而沸石的晶体形貌及孔体积等没有受到大的影响。磷化物的修饰改性还改善了ZSM-5沸石的酸强度分布状况,少量加入FCC催化剂中可使裂化反应中的择形催化性能得到改善,较好地提高了催化裂化汽油的辛烷值,特别是马达法辛烷值。