链烷烃石脑油制芳烃催化剂的开发研究

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链烷烃石脑油的化工利用是我国催化界面临的重要课题,本论文重点以提高链烷烃石脑油芳烃选择性为目的,开展了新型催化剂的研制及应用研究。拥有良好催化性能与物化特性的ZSM-5分子筛是芳构化催化剂的主要组成部分,在催化应用领域,原料分子的活化和定向转化要依托于分子筛的酸性强弱,而加强催化剂活性中心与抑制副产物的产生则需要依托于分子筛的孔结构,分子筛孔结构还会影响产物分子的扩散来实现择型催化。因此,针对不同的催化反应类型,通常要以ZSM-5分子筛本体结构为基础,对其酸性位点和孔结构进行合理调控,提高其催化性能。本论文以链烷烃石脑油催化转化制备芳烃为研究对象,通过ZSM-5分子筛的改性及调控,并对其催化转化链烷烃制备芳烃的芳构化温度、分子筛催化剂的硅铝比(以下简称“Si/Al”)、改性金属及其负载浓度等指标进行评价,成功研制了ZSM-5(Si/Al=40)-Zn-1%催化剂。主要研究内容包括以下两个方面:(1)链烷烃催化转化制备芳烃分子筛的选择:选取不同Si/Al的ZSM-5分子筛,通过高温焙烧的方法除去分子筛模板剂,并对其进行形貌结构表征,通过调控反应温度开展ZSM-5分子筛催化链烷烃石脑油芳构化性能测试,以获得芳烃选择性最佳的温度。基于实验数据,将温度调控为550℃时,发现不同Si/Al的分子筛芳烃选择性最高,其中ZSM-5(Si/Al=40)分子筛催化剂芳构化效果最好。总的来说,在550℃时,不同Si/Al分子筛表现出不同的芳构化性能,这表明ZSM-5分子筛的酸性位点对其芳构化性能有重要影响。(2)ZSM-5分子筛的催化改性及催化性能研究:采用在550℃时链烷烃石脑油芳构化效果最好的ZSM-5(Si/Al=40)分子筛催化剂,通过浸渍法负载不同的金属元素(Ga、Zn、Cu、Cr、Fe、Ni等)对其进行改性,并进行了形貌结构等的表征,在550℃下研究了多种负载不同金属的ZSM-5(Si/Al=40)分子筛催化链烷烃石脑油芳构化的性能,根据最优实验结果确定用Zn作为负载元素改性ZSM-5(Si/Al=40)分子筛来进一步研究其芳构化性能。随后,通过相同的浸渍法负载不同浓度(1%、3%、5%、7%)Zn对ZSM-5(Si/Al=40)分子筛进行改性,并进行了形貌结构等的表征,开展了改性后分子筛在550℃下的芳构化性能研究。为进一步研究Si/Al对芳构化性能的影响,本论文对不同Si/Al的ZSM-5分子筛进行了不同浓度Zn的改性研究,获得改性后不同Si/Al的ZSM-5分子筛芳构化性能的变化,结果表明1%Zn改性的ZSM-5(Si/Al=40)催化剂具有较高的目标产物选择性、较好的高附加值产物选择性以及良好的催化稳定性。该研究可为元素改性ZSM-5分子筛催化石脑油芳构化提供理论基础。
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