多级孔花状ZSM-5分子筛的合成及其正辛烷催化裂解反应性能研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0050

摘要/Abstract

摘要：

高性能催化剂的研发是石脑油催化裂解制低碳烯烃领域的研究热点。使用双子季胺盐表面活性剂［C₁₈H₃₇-N⁺（CH₃）₂-C₆H₁₂-N⁺（CH₃）₂-C₆H₁₃］Br₂作为结构导向剂，成功合成了花状ZSM-5分子筛。利用XRD、SEM、N₂吸附-脱附和NH₃-TPD表征技术研究了晶化温度、n（Si）/n（Al）、n（H₂O）/n（SiO₂）和n（Na₂O）/n（SiO₂）等合成条件对ZSM-5分子筛物化性质的影响，并考察其正辛烷催化裂解反应性能。研究结果表明，花状ZSM-5分子筛的优化制备条件为：n（Na₂O）∶n（Al₂O₃）∶n（SiO₂）∶n（C_18-6-6Br₂）∶n（H₂O）=5∶1∶100∶10∶4 000、晶化时间为72 h、晶化温度为175 ℃。随着n（Si）/n（Al）的增大，花状分子筛颗粒逐渐团聚；当投料n（Na₂O）/n（SiO₂）高于0.05时，分子筛样品中开始出现其他杂相；随着投料n（H₂O）/n（SiO₂）的增大，分子筛层状形貌逐渐不明显。在催化裂解正辛烷制乙烯和丙烯反应中，经过30 h连续测试，花状ZSM-5分子筛的正辛烷转化率始终保持稳定，乙烯和丙烯总收率从62.0%逐渐增加至64.4%。花状ZSM-5分子筛较高的催化活性和优异的抗积炭稳定性主要归结于其独特的层状形貌和多级孔结构。

关键词: 低碳烯烃, 多级孔, ZSM-5分子筛, 催化裂解, 晶化条件

Abstract:

The research and development of high activity catalysts has been a hot topic in the field of catalytic cracking of naphtha to produce light olefins.In this paper，the flower⁃like ZSM-5 zeolite was synthesized by using the Gemini quaternary ammonium surfactant［C₁₈H₃₇-N⁺（CH₃）₂-C₆H₁₂-N⁺（CH₃）₂-C₆H₁₃］Br₂ as structure⁃directing agent.The effects of crystallization temperature，n（Si）/n（Al），n（H₂O）/n（SiO₂） and n（Na₂O）/n（SiO₂） on the physicochemical properties of the ZSM-5 zeolite were investigated by XRD，SEM，N₂ adsorption⁃desorption and NH₃-TPD characterization techniques，and the catalytic cracking performance of n-octane on ZSM-5 zeolite was investigated.The research results showed that formation of flower ZSM-5 zeolite was optimized preparation conditions is the raw material molar composition of n（Na₂O）∶n（Al₂O₃）∶n（SiO₂）∶n（C_18-6-6Br₂）∶n（H₂O）=5∶1∶100∶10∶4 000，crystallization time of 72 h，the crystallization temperature of 175 ℃.With the increase of n（Si）/n（Al），the flower⁃like ZSM-5 particles tended to agglomerate more.When the feeding n（Na₂O）/n（SiO₂） was higher than 0.05，other heterophase appeared in the zeolite samples.With the increase of n（H₂O）/n（SiO₂），the layer morphology of ZSM-5 zeolite gradually became less obvious.In the catalytic cracking of n-octane to ethylene and propylene，the conversion of n-octane on the flower⁃like ZSM-5 zeolite remained stable after 30 h continuous testing，and the total yield of ethylene and propylene was gradually increased from the initial 62.0% to 64.4%.The high catalytic activity and excellent anti⁃carbon stability of the flower⁃like ZSM-5 zeolite were mainly attributed to its unique layered morphology and hierarchical structure.

Key words: light olefins, hierarchical, ZSM-5 zeolite, catalytic cracking, crystallization condition

中图分类号:

TQ426

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参考文献 19

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