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催化裂解多产低碳烯烃催化剂的研究

作　者: 郭天祥
导　师: 张谦温；高俊斌
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: ZSM-5分子筛高岭土复合分子筛催化裂解低碳烯烃
分类号: TE624.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着我国经济的快速发展,市场对以乙烯和丙烯为代表的低碳烯烃的需求增长迅速,目前乙烯和丙烯的生产主要是通过蒸汽裂解技术,然而,随着丙烯衍生物需求量的激增,通过蒸汽热裂解的方法联产得到的丙烯产量已不能满足国内外市场上对丙烯日益增长的需要,此外,蒸气热裂解技术还存在着能耗和设备投资过高、裂解原料操作弹性差、环境污染较严重等问题,催化裂解技术发展可以很好地解决以上问题,因此催化裂解技术成为研究的热点,其核心主要是催化剂及其催化裂解工艺。本文合成了高岭土微球基质表面附晶生长ZSM-5的复合分子筛,并对其进行了XRD、SEM、NH3-TPD、BET表征；在小型固定床微反实验装置上,对该复合分子筛及其它机械混和分子筛/高岭土催化剂的催化裂解反应性能进行了考察,旨在探索和开发出一种多产低碳烯烃的催化剂。首先,以水玻璃、硫酸铝、正丁胺、浓硫酸等为原料通过水热合成出了ZSM-5分子筛,考察了ZSM-5分子筛合成条件的影响,详细考察了晶化温度、晶化时间、pH值、硅铝比、模板剂用量、n(H2O)/n(SiO2)比的影响,结果表明,当pH值为10,硅铝比为60,晶化时间为24h,晶化温度为180℃, n(H2O)/n(SiO2)=30,模板剂用量为5.5ml时,可以合成出较高结晶度的ZSM-5分子筛。其次,合成得到了高岭土微球基质的表面附晶生长ZSM-5复合分子筛,通过XRD、SEM、NH3-TPD、BET方法对附晶分子筛进行了表征,表征结果表明,在高岭土微球上成功地生长了更加微小的ZSM-5晶粒,大小约为3μm,成功地合成出了一种廉价的具有多级孔道结构的新型催化裂解催化剂。第三,在小型固定床微反实验装置上,以直馏柴油为反应原料进行了催化裂解微反活性评价实验,分别考察了HZSM-5、Hβ、HY分子筛与高岭土微球(WQ)机械混和催化剂及高岭土附晶ZSM-5复合催化剂在不同反应温度下的反应性能。结果发现从低碳烯烃收率来看,高岭土附晶ZSM-5复合分子筛>高岭土和ZSM-5分子筛机械混和催化剂>Hβ分子筛机械混和催化剂>高岭土和HY分子筛机械混和催化剂。第四,在小型固定床微反实验装置上,考察了不同类型分子筛、不同硅铝比的ZSM-5分子筛及高岭土附晶ZSM-5复合分子筛对正丁烷原料的催化裂解反应性能,并考察了不同质量空速及反应温度对产品分布的影响。结果表明：高岭土附晶ZSM-5复合催化剂的反应性能最好,在反应条件为：原料气质量空速为5h-1；反应温度为600℃时,正丁烷的转化率达到了89.71%,低碳烯烃收率达到40.46%,干气收率为38.49%。

全文目录

摘要  4-7
ABSTRACT  7-17
第一章文献综述  17-33
  1.1 概述  17-18
    1.1.1 生产现状  17-18
    1.1.2 消费现状  18
    1.1.3 矛盾与发展  18
  1.2 催化裂解研究进展  18-28
    1.2.1 催化裂解反应机理  19-20
    1.2.2 催化裂解催化剂  20-24
    1.2.3 影响低碳烯烃产率的因素  24-25
    1.2.4 催化裂解主要研究成果  25-28
  1.3 沸石分子筛的研究背景  28-31
    1.3.1 沸石分子筛的概述  28-30
    1.3.2 多级孔道沸石分子筛的概述  30
    1.3.3 高岭土系列分子筛的概述  30-31
  1.4 课题研究的主要内容  31-33
    1.4.1 选题的背景  31-32
    1.4.2 研究意义  32
    1.4.3 研究思路与内容  32-33
第二章实验部分  33-43
  2.1 实验药品及仪器  33-34
    2.1.1 实验药品  33
    2.1.2 实验仪器  33-34
  2.2 ZSM-5分子筛合成条件的考察  34-36
    2.2.1 ZSM-5分子筛的合成方法  34
    2.2.2 晶化温度对合成ZSM-5分子筛的影响  34
    2.2.3 晶化时间对合成ZSM-5分子筛的影响  34-35
    2.2.4 pH值对合成ZSM-5分子筛的影响  35
    2.2.5 硅铝比对合成ZSM-5分子筛的影响  35
    2.2.6 模板剂用量对合成ZSM-5分子筛的影响  35
    2.2.7 n(H_2O)/n(SiO_2)对合成ZSM-5分子筛的影响  35-36
  2.3 高岭土附晶ZSM-5分子筛的合成  36-37
    2.3.1 载体高岭土微球(WQ)的预处理  36
    2.3.2 高岭土附晶ZSM-5分子筛的合成方法  36
    2.3.3 模板剂的脱除  36
    2.3.4 Na型ZSM-5分子筛的NH_4~+离子交换  36-37
  2.4 表征方法  37-39
    2.4.1 XRD表征  37
    2.4.2 SEM分析  37
    2.4.3 BET表征  37
    2.4.4 NH_3-TPD测定  37-38
    2.4.5 热重分析方法  38-39
  2.5 催化剂性能评价  39-43
    2.5.1 柴油催化裂解  39-40
    2.5.2 正丁烷催化裂解  40-43
第三章分子筛合成产物的表征结果与讨论  43-55
  3.1 ZSM-5的合成产物XRD表征结果与讨论  43-49
    3.1.1 pH值对ZSM-5合成产物晶相的影响  43
    3.1.2 硅铝比对ZSM-5合成产物晶相的影响  43-44
    3.1.3 晶化时间对ZSM-5合成产物晶相的影响  44-45
    3.1.4 晶化温度对ZSM-5合成产物晶相的影响  45-46
    3.1.5 n(H_2O)/n(SiO_2)对ZSM-5合成产物晶相的影响  46-47
    3.1.6 模板剂用量对ZSM-5合成产物晶相的影响  47-48
    3.1.7 优化条件下合成ZSM-5分子筛  48-49
  3.2 高岭土及高岭土附晶ZSM-5复合材料的XRD表征  49-50
  3.3 SEM分析结果  50-51
  3.4 NH3-TPD酸量测定与BET表征结果  51-54
  3.5 小结  54-55
第四章催化剂催化裂解性能评价  55-75
  4.1 引言  55
  4.2 柴油催化裂解性能评价  55-67
    4.2.1 HZSM-5与高岭土混和催化剂的反应性能  56-59
    4.2.2 Hβ与高岭土混和催化剂的反应性能  59-62
    4.2.3 HY与高岭土混和催化剂的反应性能  62-65
    4.2.4 高岭土附晶ZSM-5复合催化剂的反应性能  65-66
    4.2.5 小结  66-67
  4.3 正丁烷催化裂解反应性能评价结果  67-75
    4.3.1 正丁烷的热裂解反应  67-68
    4.3.2 不同分子筛催化剂对正丁烷的催化裂解性能对比  68-69
    4.3.3 不同硅铝比ZSM-5对正丁烷的催化裂解性能比较  69
    4.3.4 正丁烷质量空速对ZSM-5(50)反应性能的影响  69-70
    4.3.5 不同温度下ZSM-5(50)的反应性能  70-72
    4.3.6 高岭土附晶ZSM-5复合分子筛的反应性能  72-73
    4.3.7 小结  73-75
第五章结论  75-77
参考文献  77-81
致谢  81-83
攻读学位期间发表的学术论文目录  83-84
作者和导师简介  84-85
附件  85-86

催化裂解多产低碳烯烃催化剂的研究

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