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目前环境保护、能源节约、高效生产已经成为世界各国工业生产的首要目标。炼油工业是最重要的能源生产过程之一,而在炼油工艺单元中最为重要的便是催化裂化过程。Y沸石的出现,使裂化催化剂的活性和裂化汽油的辛烷值都有了大幅度的提高,同时也使得Y沸石成为世界范围内用量最大的沸石。然而,目前工业生产沸石都是采用常规水热合成法,此方法存在投料水量高、废液多、形成生态环境污染、存在产率低、设备利用率低等缺陷。
β沸石是目前世界上唯一的一种具有三维十二元环孔道体系的沸石,其孔径与Y沸石相近,而孔结构比ZSM-5沸石更加优越,它集成了Y沸石和ZSM-5沸石的优点,更重要的是其硅铝比可在很大的范围内调变,保障了其酸性和高的稳定性。大量关于β沸石作为优异的催化裂化助剂的报道不断被公布出来。可是β沸石工业生产成本极高,这是长期以来一直制约其应用的关键因素。因此,若能开发出一种节能高效、环境友好的合成工艺路线;而在此基础上通过原位复合制备具有Y沸石与β沸石的复合沸石,则有可能大大优化现行催化裂化催化剂体系,推动我国催化裂化工艺的技术进步。
因此,本论文基于固相转化工艺开发出合成工业上用量最大的Y沸石与β沸石的新方法,并在此基础上进一步开发出具有协同作用的Y-β复合沸石原位复合路线。
本研究工作获得如下成果:
(1)实现了Y沸石的固相转化方法制备,考察了导向剂、微量水等因素在合成过程中的影响。采用XRD、FT-IR、SEM、N2-sorption和TG-DTG等技术对固相Y沸石产物的晶体结构、骨架、外观形貌、孔性质、热性质进行了表征。本方法效率是常规水热合成的3倍以上。
(2)实现了几种不同硅铝比β沸石的固相转化方法制备(硅铝比30-100)。采用XRD、FT-IR、SEM、N2吸附、TG-DTG等技术对β沸石进行了全面表征,随着β沸石硅铝比的降低,比表面积与孔体积减小,酸密度增加。
(3)在上述工作的基础上,首次采用两段晶化法原位合成了同时具有Y沸石和β沸石结构的双微孔复合沸石。采用XRD、FTIR、SEM、N2-sorption和TG—DTG等技术对复合沸石进行了全面表征。详细的考察了两段晶化法的过程控制,初步设想了复合机理模型。
(4)以模型油为原料,考察了Y-β复合沸石的催化裂化性能,并与Y沸石和β沸石的机械混合样品进行了对比研究。结果表明,与机械混合样品相比,复合沸石具有较大气体产率,尤其是烯烃产量。