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本文从目前国内外对低碳烯烃和高辛烷值汽油的需求出发,研究了高岭土微球原位晶化ZSM-5分子筛的技术,并对所得产品进行了表征和评价。
利用高岭土微球的活性铝作为合成体系唯一的铝源,利用微球上的活性硅和外加水玻璃作为硅源,采用正丁胺为模板剂在高岭土微球内外表面原位生长ZSM-5分子筛。系统地考察了模板剂用量、碱度、水量、外加晶种等因素对合成ZSM-5分子筛结构、性能的影响。XRD数据表明所得ZSM-5分子筛结晶完全,没有杂晶。原位晶化产品中ZSM-5相对结晶度最高可以达到62%,可以通过调整合成条件控制ZSM-5分子筛的生长量;SEM图谱表明ZSM-5分子筛生长在高岭土微球内外表面,非原位反应比例较小;EM、显微镜照片和粒度分析表明微球保留完好;高岭土微球原位生长SM-5分子筛后的磨损指数为2.0wt%/h,表明原位晶化样品耐磨损性能优良;氮气吸附脱附曲线和孔结构数据表明该材料具有复合孔道体系,生长结晶度为51%的,ZSM-5分子筛后增加了高岭土微球比表面积和孔体积分别达到158cm<2>/g和0.126ccg<-1>;NH<,3>-TPD)表征说明高岭土微球生长ZSM-5分子筛后,出现了弱酸和强酸中心,且比机械混合材料酸量多;DSC分析说明该材料有较好的热稳定性和水热稳定性,晶格崩塌温度为1020℃,750℃100%水蒸气水热17小时,结晶保留度在85%以上。
通过碱处理使该材料的孔体积增大,并比较不同过程碱处里对其结果影响。高岭土微球晶化前碱处理再原位合成ZSM-5分子筛,结晶度提高了7个百分点,且微球保留完好。能谱分析数据结果显示,高岭土微球碱处理再合成ZSM-5分子筛使其骨架硅铝比降低了6个单位。研究了原位晶化产物的离子交换性能,通过对高岭土微球和晶化产物ZSM-5/MS-Kaolin进行荧光元素分析,表明处于原位晶化样品中ZSM-5分子筛上的Na<,2>O比处于高岭土上的Na<,2>O容易交换,原位晶化ZSM-5的离子交换性能和普通ZSM-5没有差异。固定流化床评价其催化性能。对大庆重油评价结果可以看出,添加了高岭土原位晶化产物H-ZSM-5/MS-Kaolin或P-ZSM-5/MS-Kaolin,有效的增加了低碳烯烃的产率,丙烯选择性好。对于不同的基础催化剂添加作用效果不一样,以CC-20D为基础催化剂的效果好于LBO-16为基础催化剂。磷改性样品的评价数据表明,C<,2><->、C<,3><->以及C<,4><->产率分别比磷改性前提高。与基础催化剂CC-20D相比,总低碳烯烃产率增加了4.17个百分点,其中丙烯增加了2.02个百分点。比较了磷改性材料和进口多产丙烯添加剂(Intercat)作为添加剂的催化活性,数据表明磷改性材料对低碳烯烃有更高的选择性。