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纳米ZSM-5沸石上C_4液化气低温芳构化反应研究

作　者: 叶娜
导　师: 郭洪臣
学　校: 大连理工大学
专　业: 工业催化
关键词: 纳米ZSM-5沸石液化气芳构化晶粒大小
分类号: O643.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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引　用: 6次
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内容摘要

石油炼制和石油化工过程中副产大量富含丁烯的C₄液化气。长期以来液化气主要作为城市燃气使用,化工利用率低。将液化气进一步优化利用转化成高附加值产品不仅能带来经济效益而且具有重要的社会意义。C₄液化气低温芳构化,目的是将液化气中的烯烃转化成高辛烷值汽油组分,剩余的烷烃可作为蒸汽裂解原料用于生产乙烯、丙烯,或作为车用液化气,是一条非常有意义的液化气综合利用途径。纳米ZSM-5沸石因具有优异的芳构化、异构化、烷基化以及抗积炭性能,已应用在催化裂化汽油降烯烃的OTA工艺中。本文选取不同晶粒大小ZSM-5沸石制成催化剂,在相对低的反应温度下对比研究了其C₄液化气芳构化反应的性能。ZSM-5沸石的颗粒大小是影响催化剂性能的一个重要参数。与微米HZSM-5催化剂相比,纳米HZSM-5催化剂因其粒度小、孔道短、孔口多等优点,在C₄液化气芳构化反应中表现出较强的容炭能力和良好的芳构化性能。在此基础上考察了原料中微量杂质及反应条件对C₄液化气在纳米HZSM-5催化剂上芳构化性能的影响。原料中的二烯烃和碱性氮化物都能加速催化剂失活,其中碱性氮化物的失活作用比二烯烃大。反应过程中氢气的存在有利于抑制催化剂上积炭的形成,从而提高芳构化反应稳定性。反应温度、压力和进料重量空速都对催化剂性能有显著影响,最佳反应条件是450℃、2.0 MPa和WHSV_LPG=0.83h^-1。反应温度、反应压力和进料空速过高都导致催化剂积炭失活速度加快。在相对优化反应条件下,纳米HZSM-5催化剂连续运转1100h,丁烯转化率基本保持在99%左右,同时C₅⁺液体产物中的芳烃含量保持在60%以上,表现出高稳定性和优异的芳构化性能。不同再生方法对三次再生纳米HZSM-5催化剂芳构化性能的影响不明显,表明纳米HZSM-5催化剂具有良好的烧炭再生性能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
引言  10-11
1 文献综述  11-29
  1.1 C_4液化气资源及其利用现状  11-12
  1.2 轻质烃转化为芳烃的国内外研究现状  12-22
    1.2.1 国内外轻烃芳构化的主要工艺过程  12-16
    1.2.2 轻烃芳构化催化剂研究进展  16-20
    1.2.3 轻烃芳构化机理  20-22
  1.3 ZSM-5沸石的应用及微米ZSM-5沸石的局限性  22-24
    1.3.1 ZSM-5沸石的晶体结构和组成  22-23
    1.3.2 ZSM-5沸石的应用  23
    1.3.3 微米ZSM-5沸石的局限性  23-24
  1.4 ZSM-5沸石晶粒尺寸对扩散及催化性能的影响  24-25
  1.5 纳米ZSM-5沸石的特点及其应用  25-28
    1.5.1 纳米沸石的性能特点  25-27
    1.5.2 纳米ZSM-5沸石在催化反应中的应用  27-28
  1.6 选题依据及主要研究内容  28-29
2 实验部分  29-32
  2.1 化学试剂及C_4液化气原料  29
  2.2 催化剂的制备  29
  2.3 催化剂物化性质表征  29-30
  2.4 催化剂芳构化性能评价  30-31
  2.5 产物分析  31-32
3 C_4液化气在不同晶粒大小HZSM-5催化剂上芳构化反应  32-43
  3.1 引言  32
  3.2 不同晶粒大小ZSM-5沸石及HZSM-5催化剂的物化性质  32-36
    3.2.1 ZSM-5沸石晶貌  32-34
    3.2.2 ZSM-5沸石XRD表征  34
    3.2.3 ZSM-5沸石与HZSM-5催化剂的基本性质  34-35
    3.2.4 HZSM-5催化剂总酸度分布  35
    3.2.5 HZSM-5催化剂吸附量比较  35-36
  3.3 不同晶粒大小HZSM-5催化剂上芳构化反应  36-40
    3.3.1 纳米HZSM-5催化剂上芳构化性能  36-37
    3.3.2 不同晶粒大小HZSM-5催化剂上芳构化反应  37-38
    3.3.3 不同晶粒大小HZSM-5催化剂积炭分析  38
    3.3.4 不同晶粒大小HZSM-5催化剂上芳构化产物典型分布  38-40
  3.4 C_4液化气在纳米HZSM-5催化剂上芳构化机理探讨  40-42
  3.5 小结  42-43
4 原料中杂质及反应条件对纳米HZSM-5催化剂芳构化性能的影响  43-53
  4.1 前言  43
  4.2 原料中微量杂质对芳构化性能的影响  43-45
    4.2.1 二烯烃对芳构化性能的影响  43-44
    4.2.2 碱性氮化物对芳构化性能的影响  44-45
  4.3 反应条件对芳构化性能的影响  45-52
    4.3.1 反应气氛对芳构化性能的影响  45-47
    4.3.2 反应温度对芳构化性能的影响  47-50
    4.3.3 反应压力对芳构化性能的影响  50-51
    4.3.4 反应空速对芳构化性能的影响  51-52
  4.4 小结  52-53
5 优化条件下纳米HZSM-5催化剂芳构化稳定性与催化剂再生  53-60
  5.1 前言  53
  5.2 纳米HZSM-5催化剂芳构化稳定性与一次再生  53-57
    5.2.1 优化条件下纳米HZSM-5催化剂稳定性  53-54
    5.2.2 1100小时长运转芳构化液体产物组成  54-55
    5.2.3 优化条件下HZSM-5晶粒大小对芳构化性能的影响  55-56
    5.2.4 氢油比对纳米HZSM-5催化剂芳构化性能的影响  56
    5.2.5 优化条件下纳米HZSM-5一次再生催化剂稳定性  56-57
  5.3 纳米HZSM-5催化剂的三次再生性能考察  57-59
    5.3.1 不同再生方法  57-58
    5.3.2 不同再生方法对纳米HZSM-5催化剂稳定性的影响  58-59
  5.4 小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-67
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  67-68
致谢  68-69
大连理工大学学位论文版权使用授权书  69

纳米ZSM-5沸石上C_4液化气低温芳构化反应研究

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