Zn-Pt/ZSM-5催化CO2辅助丙烷脱氢的密度泛函理论研究

通过密度泛函理论(DFT)计算研究了Zn-Pt/ZSM-5催化丙烷脱氢的反应机理,筛选出最优能量途径。研究发现丙烷在Zn-Lewis和Pt-Lewis酸位点上具有不同的反应路径和限速步骤。Bader电荷计算结果表明,丙烷分子吸附后,[Zn-O-Pt]²⁺活性位点中Pt上的电子密度增加,有利于丙烷活化,Pt位点对H的吸引能力更强,导致Pt—H键断裂生成H₂需要克服较高能垒。Pt的引入改变了Zn/ZSM-5的电子性质,影响其催化剂性能。在反应体系中引入CO₂改变了丙烷脱氢反应路径,降低了限速步骤能垒,促进反应正向进行。     

丙烷催化脱氢制丙烯Pt系催化剂研究进展

综述了近年来国内外主要的丙烷脱氢制丙烯工艺技术现状,详细介绍丙烷在Pt系催化剂上脱氢的反应机理、载体及助剂,简介了其他丙烷催化脱氢催化剂存在的问题及化学链脱氢技术的优势。不断优化Pt系催化剂,降低成本。减少催化剂中Pt含量的同时提高催化剂的稳定性以及开发非铂非铬环保型脱氢催化剂是今后的主要研究方向。     

丙烷催化脱氢制丙烯Pt系催化剂研究进展

综述了近年来国内外主要的丙烷脱氢制丙烯工艺技术现状，详细介绍丙烷在Pt系催化剂上脱氢的反应机理、载体及助剂，简介了其他丙烷催化脱氢催化剂存在的问题及化学链脱氢技术的优势。不断优化Pt系催化剂，降低成本。减少催化剂中Pt含量的同时提高催化剂的稳定性以及开发非铂非铬环保型脱氢催化剂是今后的主要研究方向。     

丙烷脱氢Pt催化剂稳定性研究进展

丙烷脱氢技术是增产丙烯的重要手段,目前以Pt系催化剂为基础的研究工作得到了广泛关注。但Pt系催化剂的稳定性问题是目前面临的关键问题,阻碍了进一步工业规模的发展。从助剂、载体、制备方法和再生条件等方面综述了国内外对于丙烷脱氢Pt系催化剂稳定性的研究进展。     

Pt纳米簇-Sn催化剂上丙烷脱氢反应本征动力学

采用管式连续固定床积分反应器,在消除内外扩散阻力的基础上,在反应温度590℃～630℃、空速300h^-1～1000h^-1、压力0．1MPa、原料气组成C3H8／H2=1（mol）条件下,研究了丙烷在Pt纳米簇-Sn催化剂上脱氢反应的本征动力学。基于Langmuir—Hinshelwood机理,建立了反应的本征动力学模型,采用单纯形法估算了模型中的动力学参数,并对模型的显著性进行了检验。结果表明,以丙烷氢键断裂为速率控制步骤的模型可以较好地描述实验数据,模型可为工业反应器的设计提供重要依据。     

甲烷在钯基催化剂上脱氢的分子模拟

为探明甲烷在钯基二聚体催化剂上脱氢反应过程的微观机理,对甲烷燃烧催化剂的设计与使用提供指导。在M06L/6-311++G(d,p)+SDD//M06L/6-311G(d,p)+LANL2DZ基组水平上,采用密度泛函理论(DFT)对甲烷在钯基二聚体催化剂(Pd2、PdPt和PdNi)上的脱氢过程进行了研究。对比了甲烷在催化剂Pd2、PdPt和PdNi上反应的能垒(Eb)、活化能(Ea)及反应速率常数(k),结果表明:CH2→CH是甲烷在二聚体Pd2反应的速率控制步骤(RDS),而CH3→CH2是催化剂PdPt和PdNi反应的RDS;钯基二聚体催化剂对甲烷脱氢的催化活性顺序为PdPt>Pd2>PdNi;抗积炭性能顺序为PdNi>Pd2>PdPt。PdPt适用于要求催化效率较高的项目,而抗积炭性能较好的PdNi催化剂可用于大型工业催化。     

Pt系催化剂丙烷脱氢结焦性质比较

丙烷脱氢是重要的丙烯生产工艺,但催化剂结焦仍是这一工艺存在的重要问题。本文考察了Pt/Al_2O_3、Pt Sn/Al_2O_3催化剂和一种工业催化剂的丙烷脱氢反应性能,利用XRD、TG、Raman、FI-IR、氮气物理吸附等方法对结焦催化剂进行表征,研究了催化剂在不同反应时间下结焦性质的变化。实验结果表明,Sn和K等助剂的引入可以显著降低催化剂的结焦速率;Sn具有转移结焦的作用同时会增加结焦的石墨化程度;三种催化剂上结焦均为芳香烃类物质,具有二维片层结构。     

MgO-Cr2O3/Al2O3催化剂对丙烷脱氢反应的再生性能

制备了Mg改性Cr₂O₃/Al₂O₃催化剂,利用XRD,UV-Vis,XPS,H₂-TPR,NH₃-TPD,TG等方法考察了新鲜和再生后催化剂的结构与性能。实验结果表明,助剂Mg的添加有利于催化剂再生后的物相结构稳定;随再生次数的增加,催化剂孔径增大,比表面积降低,催化剂表面Cr⁶⁺含量降低,Cr⁶⁺组分逐渐不可逆还原为Cr³⁺等稳定状态;催化剂表面主要为弱酸和中强酸,随再生次数的增加,酸量减少,但酸强度增加,Cr物种价态及其与载体的相互作用影响了表面酸性进而影响了催化剂活性;新鲜催化剂催化活性略高于再生催化剂,经多次再生后催化剂性能趋于稳定,丙烷转化率稳定在30%左右,丙烯选择性在88%以上。     

丙烷在Ni-Mg-Mo-O催化剂上的氧化脱氢

探讨了Ni Mg Mo O催化剂在丙烷氧化脱氢制丙烯中的催化作用。考察了Mo含量及n(Ni) /n(Mg)比对催化剂催化性能的影响。结果表明 ,NiMoO4和MgMoO4是活性相 ,且存在双相协同作用。催化剂中含少量的MoO3可提高催化性能。     

Pt系催化剂在丙烷脱氢反应中的研究进展

丙烯是重要的有机化工原料和石油化工中间体,近年来,受丙烯下游产业的拉动,国内外对丙烯的需求持续增长。丙烷直接脱氢技术是只以丙烷为原料生产丙烯的工艺,具有收率高,技术成熟,投资成本低的特点,受到广泛重视。针对丙烷直接脱氢技术的Pt系催化剂的作用机理、制备方法、动力学及失活行为等内容进行了综述,也对新型纳米碳材料催化剂在该技术中的应用研究进行了初步讨论,最后总结了目前催化剂研究中存在的一些问题,并提出了相应的改进方法。     

Al_2O_3载体对丙烷脱氢制丙烯Pt-Sn-Na/Al_2O_3催化剂性能的影响

以七种拟薄水铝石为原料得到不同Al_2O_3载体,一步制备了Pt-Sn-Na/Al_2O_3催化剂并应用于丙烷脱氢制丙烯反应。借助XRD、N2吸附-脱附、NH3-TPD和热分析等表征手段研究了Al_2O_3载体的物理结构、Pt-Sn-Na/Al_2O_3催化剂的表面酸性特征及催化剂的积碳行为。实验结果表明,与γ-Al_2O_3相比,θ-Al_2O_3的比表面积和孔体积较小,平均孔径较大,表面酸中心数量较少,酸强度较弱;氧化铝载体的孔道特征能够直接影响到丙烷脱氢催化剂的性能,只有使用平均孔径较大且孔体积较大的氧化铝载体制备的Pt-Sn-Na/Al_2O_3催化剂才能在丙烷脱氢制丙烯反应中表现出优异的催化性能。     

丙烷在Pt-Sn-K/Al_2O_3催化剂上的临氢脱氢反应

制备出Pt-Sn-K/Al_2O_3催化剂,考察了丙烷在这种催化剂上高温临氢脱氢反应的行为,与Pt-Sn/Al_2O_3催化剂比较,Pt-Sn-K/Al_2O_3催化剂的丙烯收率明显提高,稳定性也有所改善。对催化剂的脱氢活性与催化剂中Pt、Sn、K含量关系的研究表明,催化剂的Sn/Pt原子比应调整在较低数值(0.66—1.64),催化剂中K含量不宜过高,适宜的K含量为≤2.0％(w)。     

丙烷/异丁烷脱氢Pt系催化剂的研究进展 Ⅲ.Pt的存在形态、颗粒大小与脱氢性能

在脱氢反应过程中,Pt催化剂中Pt以金属形式存在并发挥脱氢作用。引入Sn后,部分Pt会与Sn形成合金,Pt-Sn合金的脱氢活性低。Pt的分散度高,颗粒小,其脱氢活性高;但是,在没有Sn的情况下,生成的烯烃不易脱附,导致选择性不高。Pt的分散度与Pt的前驱体、载体、助剂、制备方法和条件等因素有关。     

负载型Ni-Zn-Ce氧化物催化剂上CO_2氧化丙烷脱氢反应研究

以γ-Al2O3为载体,采用浸渍法制备系列Ni-Zn-Ce氧化物催化剂,在常压连续流动固定床微反应器上研究了上述催化剂对CO2氧化丙烷脱氢制丙烯反应的催化性能。采用BET、SEM和XRD等分析测试技术对催化剂形貌和结构进行表征。实验结果表明:催化剂中各成分的作用不同,NiO能明显提高丙烷的转化率,适量的ZnO可提高丙烯的选择性,CeO2能显著改善催化剂的抗积炭能力。     

载体成型方法对丙烷脱氢催化剂性能的影响

焙烧拟薄水铝石得到氧化铝粉末,分别采用压片成型、挤条成型和油柱成型3种方法得到不同的氧化铝载体颗粒。分别以氧化铝粉末和成型氧化铝为载体制备Pt-Sn-Na/Al₂O₃催化剂,并考察了催化剂在丙烷脱氢制丙烯(PDH)反应中的催化性能。通过XRD、N₂吸附-脱附和颗粒强度测定等表征手段研究了氧化铝载体和Pt基催化剂的物理结构,借助TG-DTG表征研究了反应过程中催化剂的积碳特征。实验结果表明,3种成型过程均会导致氧化铝孔道尺寸变小和比表面积下降,其中影响最显著的是挤条成型方法。Pt-Sn-Na/Al₂O₃催化剂在PDH反应中的催化性能与氧化铝载体颗粒的物理结构有直接关系。孔体积和孔径较大的氧化铝载体有利于活性组分分散,使得制备的催化剂具有更高的丙烷转化率和丙烯选择性。使用挤条成型方法得到的氧化铝制备PDH催化剂时,催化剂在反应中易积碳;而油柱成型方法得到的氧化铝载体则有助于抑制反应中积碳物种的沉积。     

丙烷在Pt/γ-Al2O3催化剂上低温催化燃烧研究

采用自制的2种γ-Al2O3载体制备Pt/γ-Al2O3催化剂,研究丙烷在其上的低温催化燃烧活性,并通过改变Pt负载量、空速以及预还原等手段,考察催化剂的活性.     

二甲基二硫醚对Pt/Al_2O_3催化丙烷脱氢反应性能的影响

制备了Pt/θ-Al_2O_3催化剂,在该催化剂上进行丙烷脱氢反应过程中引入不同用量的二甲基二硫醚(DMDS),考察了DMDS对Pt/θ-Al_2O_3催化剂性能的影响。实验结果表明,在一定浓度范围内,在丙烷脱氢反应中引入DMDS可大幅提高Pt/θ-Al_2O_3催化剂的丙烯选择性及稳定性,同时降低结焦速率和结焦的石墨化程度,但催化剂活性有所降低。采用HRTEM、XPS、TG和拉曼光谱等方法对催化剂结构和结焦性质进行了分析。表征结果显示,丙烯选择性以及稳定性的提高主要是由于DMDS在Pt表面解离生成的含硫物种吸附于Pt表面,使Pt处于富电子状态,促进了丙烯的脱附并抑制了深度脱氢反应;但同时也提高了C—H键断裂难度,导致催化剂活性有所降低。     

助剂对Pt/γ-Al_2O_3催化剂丙烷脱氢性能的影响

采用一系列金属氧化物助剂(Ce,Sn,Zn,V,La,C r,Fe,Zr,M n的氧化物)对Pt/γ-A l2O3催化剂进行修饰,通过丙烷催化脱氢反应考察了不同助剂对Pt/γ-A l2O3催化剂脱氢性能的影响。研究结果表明,经修饰的Pt/γ-A l2O3催化剂的脱氢性能有不同程度的改善。加入CeO2,SnO2,ZrO2助剂,Pt/γ-A l2O3催化剂的丙烷脱氢活性显著提高,丙烷的初始转化率分别提高了9.2%,8.2%,8.1%;加入ZnO助剂,丙烯选择性显著提高,丙烯初始选择性高达97%;SnO2助剂对改善Pt/γ-A l2O3催化剂的稳定性效果最好。采用氢气程序升温还原对催化剂进行表征,表征结果显示,金属氧化物助剂经还原后仍以氧化态形式存在,未以单质形式与铂形成合金。     

丙烷/异丁烷脱氢铂系催化剂研究进展 Ⅰ.烷烃脱氢反应的热力学、动力学及反应机理

介绍了丙烷、异丁烷脱氢的反应机理和动力学,并对脱氢平衡转化率与温度、压力的关系,H2分压、空时对小分子烷烃在铂(Pt)系催化剂上脱氢的影响进行了综述。指出脱氢是一个高能耗的反应过程,提高单程转化率是降低脱氢能耗最有效的手段,单程转化率与操作条件和催化剂密切相关。     

丙烷在MoCexOy催化剂上氧化脱氢制丙烯

以钼酸铵、硝酸铈为原料,硅胶为载体,采用浸渍法制备了不同负载量的MoCexOy催化剂。在丙烷氧化脱氢制丙烯固定床反应器中,评价了催化剂的性能。结果表明,最佳工艺条件为：Ce离子／Mo离子（摩尔比）0．15,负载量（质量分数）10％,反应温度420℃,空速120h^-1。在此条件下,丙烷转化率为11．2％,丙烯选择性为94．5％。