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轻烃芳构化作为一种新兴的低碳烃类综合利用技术,近年成为工业催化领域的研究热点之一。其技术核心是催化剂的研发与改进。目前主流的轻烃芳构化催化剂集中在酸性及碱性两大系列。酸性系列催化剂主要包括HZSM-5及其金属改性剂种,其通常具有活性较高,除积碳失活外其他方式失活不太显著等优点,但其液体收率及芳烃选择性等性能尚待提高。碱性系列催化剂主要包括Pt/KL及其改性系列,其通常具有高于酸性系列的液体及芳烃收率,但同时存在再生性能较差,抗积碳和耐硫性能不足等缺点。鉴于此,改进现有催化剂的性能缺欠,加快研发新型高效的轻烃芳构化催化剂,具有重要的战略及现实意义。本文针对现有轻烃芳构化催化剂所存在的问题及缺欠,以研发新型高效的L沸石基轻烃芳构化催化剂为目标和主旨,积极开展研究探索工作,取得了若干有价值的研究成果。分述如下:首先采用改进的水热合成法成功合成出纳米级L型沸石。系统考察了晶化及陈化条件对L沸石合成的影响,筛选优化得到了本实验条件下的最优合成条件,即晶化温度为170℃、晶化时间24 h、陈化温度30℃、陈化时间6 h。并用正交试验进行了验证。SEM及N2吸附-脱附等表征结果显示,采用最优条件制备的L沸石为准纳米尺度。正戊烷催化转化探针反应结果显示,L型沸石对正戊烷只具备一定的异构活性,芳构活性很弱,这是由L沸石的孔道特性及酸碱等性质决定的。采用等体积浸渍技术对L沸石进行单金属Pd改性。正戊烷催化转化探针反应结果显示,单金属Pd改性样品的低碳烷烃异构性能具有一定优势,但芳构性能依旧不佳。当反应温度为480℃时,Pd/L的异构化性能最佳,其原料转化率为95.6%,异构化率为70.6%;而反应温度为500℃时,Pd/L的芳构化性能相对最强,其原料转化率为92.3%,芳构化率为12.4%。反应温度和Pd负载量均是影响其反应性能指标的敏感因素。为改进L沸石的轻烃芳构化性能,进一步尝试对其进行Pd、Pt双金属改性。研究考察了Pd的引入方式(浸渍法及水热法)对催化剂物化性质的影响。结果显示,第二金属Pd的引入方式对Pt/KL的晶体性质影响不大,但对其酸碱性质影响较为明显。采用水热法引入Pd可使催化剂碱性下降,而酸性增强。第二金属Pd的引入方式和掺杂量对正己烷芳构化反应性能及耐硫中毒性能有着重要影响。浸渍法制备的Pt-Pd/KL的反应性能优于水热法制备的Pt/PdKL,且在Pd负载量为0.2%(质量分数)时,芳构化效果相对最佳。对于单功能催化剂Pt/KL来讲,增强催化剂本体碱性及强化Pt的富集容纳电子能力均可提升其芳构转化性能。采用水热原位技术成功合成出ZSM-5-L复合分子筛。首先采用L沸石相单级晶化方式合成ZSM-5-L复合分子筛。考察了原料配比、体系pH等因素对复合的影响,并筛选出最佳复合条件:原料配比n(L)/n(ZSM-5)=1:1,L相单级晶化温度170 oC,晶化时间48 h,体系pH为10.5~11.5。SEM显示,按此条件合成的复合分子筛为附晶型。为了改进及调控复合分子筛的形貌,尝试采用L相二级晶化方式进行合成。结果显示,分级晶化方式确可调控复合产物的形成、生长和形貌,通过对晶化温度及晶化次数的有机调控,可实现核壳型ZSM-5-L复合分子筛的合成。考察得到的最佳合成条件为L相一级晶化温度100℃,晶化时间8h;二级晶化温度175℃,晶化时间28h。以正戊烷芳构化功能反应,考察了不同形貌ZSM-5-L复合分子筛与ZSM-5、L沸石及二者机械混合物的反应性能。实验数据显示,核壳型ZSM-5-L复合分子筛综合性能最优,其原因在于其具有优化的等级孔分布,且同时具备适宜的酸性能。对于正戊烷芳构化探针反应,反应温度为520 oC时活性最高,BTX收率最大,其最佳空速为1.5?2.0 h-1。为了进一步改进ZSM-5-L复合分子筛的轻烃芳构化性能,对其进行单金属Zn的改性研究。考察了分级改性方式对反应性能的影响。结果显示,分级改性方式对催化的反应性能存在显著影响。从正戊烷芳构化活性角度比较,芳构化率从高到低顺序依次为:Zn-ZSM-5/Zn-L>Zn-ZSM-5/L>ZSM-5/Zn-L>ZSM-5-L,其中两相同时改性的催化剂样品Zn-ZSM-5/Zn-L芳构化活性最好,其最佳反应温度为520℃。从正戊烷异构化活性角度比较,异构化率从高到低的顺序依次为:Zn-ZSM-5/L>ZSM-5/Zn-L>ZSM-5-L>Zn-ZSM-5/Zn-L,其中Zn-ZSM-5/L异构活性相对最好,且在480℃时达到最高。在正戊烷芳构化反应实验中,Zn-ZSM-5/Zn-L的单程寿命在36小时左右。进一步采用Ga、Pt双金属对ZSM-5-L复合分子筛进行改性。考察了改性方式、金属负载量等因素对催化剂轻烃芳构反应性能的影响。结果显示,双金属分级改性制备的催化剂性能最优,且Ga1.0-Z/Pt0.6-L(Ga为1.0wt.%;Pt为0.6wt.%)性能最佳。其原因在于,分级改性既可在核壳两相间实现芳构催化接力反应,且能较为连续的调控催化剂酸性质及L/B酸比例,加之孔道性质调变产生的反应分离耦合效应,所以显著改善了催化剂的轻烃芳构化反应性能。考察了工艺条件的影响,筛选出常压下的最佳反应条件:反应温度为520°C,空速(WHSV)为1.5 h-1。Ga1.0-Z/Pt0.6-L单程反应寿命为144 h。