论文部分内容阅读
利用5A分子筛气相择形吸附分离将轻石脑油分离为富含正构烷烃的优质乙烯裂解料、高辛烷值清洁汽油调和料和高纯度异戊烷产品，可有效利用轻石脑油资源，提高企业的经济效益。目前市场上5A分子筛主要用于空气净化、富氧、氧氮分离过程，通常是将5A分子筛原粉与一定量(15～25％)粘结剂混合、成型加工成具有一定强度的球形或条形颗粒，因粘结剂加入稀释了5A分子筛有效成分，降低了吸附容量。由此，本文提出制备低粘结剂含量的5A分子筛，研究5A分子筛原粉晶粒大小、离子交换度及二次孔差异对成型5A分子筛性能的影响，并与工业上（类似）优级品5A分子筛相比较;考察助挤剂和扩孔剂种类对成型5A分子筛孔结构及相关性能的影响;研究低粘结剂5A分子筛对轻石脑油的吸附脱附性能，为制备分离性能优异的5A分子筛提供基础数据。本文主要研究内容和结论如下: (1)制备不同晶粒大小、不同钙离子交换度的低粘结剂5A分子筛(5A-XC、5A-70C、5A-90C);采用SEM、BET、MIP等仪器对本研究制备的低粘结剂5A分子筛和市场上5A分子筛(5A-8、5A-9)的形貌、比表面和二次孔结构等进行表征、对比分析。结果表明，5A-XC为小晶粒5A分子筛，晶粒大小为0.2～1.0μm，比表面为710m2/g;5A-70C和5A-90C晶粒大小为2～3μm，钙离子交换度分别为72.51％和91.77％，比表面分别为686、606m2/g，二次孔分布范围为0.2～5μm;5A-8为二次转晶5A分子筛，粘结剂转晶度约95％，二次孔分布为0.1～2.2μm，介于5A-XC和5A-70C之间，比表面为699m2/g，孔容为0.238cm3/g，比5A-XC、5A-70C、5A-90C小37.7％～51.0％;5A-9是含有较多粘结剂的5A分子筛，比表面为592m2/g。 (2)分别采用真空重量法和IGA-100型智能重量分析仪测定正戊烷在5A-XC、5A-70C、5A-90C、5A-8、5A-9的平衡吸附性能。结果表明，吸附温度25℃、吸附压力5500Pa下，正戊烷在5A-XC、5A-70C、5A-90C、5A-8、5A-9分子筛上的吸附量为13.88～15.51g/100gads;吸附温度145℃、吸附压力5kPa下，正戊烷在5A分子筛上的吸附量为6.02～8.05g/100gads，自制5A-XC吸附量为7.98g/100gads，与无粘结剂5A-8(8.05g/100gads)非常接近。 (3)分析了145℃、8～0.03kPa下，正戊烷在不同5A分子筛上的脱附动力学。结果表明，钙离子交换度对正戊烷的脱附速率影响不大;丰富的二次孔使得5A-70C分子筛表现出非常快的脱附速率;5A-XC晶体表面颗粒越多，覆盖于5A-XC表面的粘结剂堵塞的传质通道越多，传质越困难，同时，小晶粒产生的表面能垒大，对烷烃的扩散影响也大，其脱附速率稍慢，跟很多学者认为的小晶粒分子筛具有更快的扩散速率理论不符。 (4)在自制固定床吸附柱上考察轻石脑油中正戊烷在不同5A分子筛上的动态吸附/脱附性能。结果表明，进料空速0.659～0.702h-1、床层温度250℃时，轻石脑油中正戊烷在不同5A分子筛固定床吸附器上的饱和吸附量顺序为5A-XC＞5A-8＞5A-70C＞5A-90C＞5A-9，为3.54～5.41g/100gads，可见本研究制备的5A-XC较5A-8参比样具有更高的动态吸附容量;在N2吹扫空速为117.2h-1时，脱附60min后，5A-XC对轻石脑油中正戊烷表现出最高的N2吹扫脱附量，为2.47g/100gads，具有很明显的优势。 (5)选用不同助挤剂和扩孔剂对5A-70分子筛进行成型扩孔改性，并对改性的5A-70分子筛进行抗压强度测定;研究正戊烷在扩孔5A-70分子上的脱附动力学，探讨分子筛二次孔结构与抗压强度、脱附扩散速率之间的关系。结果表明，扩孔改性5A-70分子筛二次孔分布仍主要受助挤剂影响，以2％SL-2作助挤剂时，添加2％JYEC对二次孔结构影响最大，以2％SL-1作助挤剂时，2％JYEC能显著增加0.01～0.2μm间二次孔的孔数;1％SL-1和2％JYEC-200扩孔成型的5A-70分子筛强度最高，为41.90N/cm;脱附温度180℃，脱附压力5～0.03kPa下正戊烷在扩孔5A-70分子筛上的有效扩散系数在同一数量级上，说明当分子筛大孔结构在0.2～3μm之间微调变化，且孔容相近时，对正戊烷在分子筛表面的脱附速率影响不明显。