Fe离子改性对C_4液化气低温芳构化反应的影响

【摘要】： 本文在研究了不同过渡金属离子改性对纳米ZSM-5沸石催化剂芳构化性能影响的基础上,选择了芳构化活性较强、液体收率较高和异丁烷转化活化性能较好的Fe/HZSM-5催化剂作为考察对象；系统地研究了不同Fe离子改性方法对混合C4液化气在Fe/HZSM-5沸石催化剂上芳构化性能的影响。改性方法包括：常规液体浸渍法(室温水溶液浸渍法、80℃水溶液热浸渍法、80℃强酸溶液浸渍法、室温乙醇溶剂浸渍法)和固态离子交换法。 采用X射线衍射(XRD)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)、傅里叶骨架振动红外光谱(FT-IR)、紫外可见光谱(Uv-Vis)等表征手段对改性前后纳米HZSM-5沸石催化剂的晶体结构、酸度、骨架结构和Fe负载状态等物化性质进行了分析,并用小型固定床反应器评价了改性前后纳米HZSM-5沸石催化剂在混合C4液化气芳构化反应中的性能。 结果表明(1)与Cu和Co相比,Fe离子改性的纳米HZSM-5催化剂在混合C4液化气低温芳构化反应中表现出较高的芳烃收率、液体收率和(初期)较好的异丁烷活化转化能力。(2)用常规浸渍方法和固态离子交换法在纳米HZSM-5沸石(颗粒母体或粉末母体)负载适量Fe制备的Fe／HZSM-5催化剂都能提高混和C4液化气低温芳构化反应中的异丁烷转化率,并且能提高液体产物中的芳烃含量。相比之下,用固态离子交换法制备的Fe／HZSM-5催化剂效果较好(液体中芳烃含量可达50％以上,异丁烷转化率可达70%以上)。用紫外可见光谱和骨架振动红外光谱表征发现,在纳米HZSM-5沸石’(颗粒母体或粉末母体)上负载Fe,可使部分铁离子进入沸石骨架。与常规浸渍法相比,采用固态离子交换法有助于减少聚合态氧化铁物种的产生,从而有利于制备性能良好的芳构化催化剂。(3)混合C4液化气原料中的甲醇对芳构化反应性能有明显不利的影响。原料中的甲醇能加速催化剂失活,甲醇含量越高,催化剂的失活速度越快。 【关键词】：纳米HZSM-5 C_4液化气芳构化 固态离子交换法 Fe离子改性 异丁烷转化
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：O643.32
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 文献综述11-30
• 1.1 C_4馏分的组成及工业应用11-13
• 1.1.1 C_4馏分的组成11
• 1.1.2 C_4馏分的工业应用11-13
• 1.2 轻质烃芳构化技术研究进展13-18
• 1.2.1 国内外轻质烃芳构化技术研究现状13-17
• 1.2.2 轻质烃芳构化催化剂的研究进展17-18
• 1.3 工业上生产汽油的途径及清洁汽油的标准18-21
• 1.3.1 工业上生产汽油的途径18-19
• 1.3.2 清洁汽油的标准19-21
• 1.4 轻质烃芳构化机理21-27
• 1.5 纳米沸石的特点及其在催化反应中的应用27-29
• 1.5.1 纳米ZSM-5沸石分子筛的性能特点27-28
• 1.5.2 纳米ZSM-5沸石分子筛在催化中的应用28-29
• 1.6 选题依据及主要研究内容29-30
• 2 实验部分30-33
• 2.1 化学试剂及实验原料30-31
• 2.1.1 化学试剂30
• 2.1.2 芳构化原料及组成30-31
• 2.2 催化剂的制备31
• 2.3 催化剂物化性质表征31
• 2.4 反应装置及催化剂芳构化性能评价31-33
• 3 过渡金属元素改性对纳米HZSM-5催化剂芳构化性能的影响33-38
• 3.1 引言33
• 3.2 不同过渡金属元素改性纳米ZSM-5沸石催化剂的制备33
• 3.3 过渡金属元素改性对纳米HZSM-5催化剂的物化性质的影响33-34
• 3.4 不同过渡金属元素改性的低温芳构化性能34-36
• 3.5 小结36-38
• 4 HZSM-5颗粒为母体,Fe离子改性的催化剂低温芳构化反应38-55
• 4.1 引言38-39
• 4.2 不同浸渍法制备Fe/HZSM-5催化剂的低温芳构化反应39-42
• 4.2.1 Fe/HZSM-5催化剂的制备39
• 4.2.2 Fe/HZSM-5催化剂的低温芳构化反应39-42
• 4.2.3 小结42
• 4.3 热浸渍法制备Fe/HZSM-5催化剂的低温芳构化反应42-50
• 4.3.1 Fe/ZSM-5催化剂的制备42
• 4.3.2 热浸渍法制备的Fe/HZSM-5催化剂的XRD表征42-43
• 4.3.3 热浸渍法制备的Fe/HZSM-5催化剂的NH3-TPD表征43-44
• 4.3.4 热浸渍法制备的Fe/HZSM-5催化剂的紫外可见光谱表征44-45
• 4.3.5 热浸渍法制备的Fe/HZSM-5催化剂的骨架红外振动光谱表征45-46
• 4.3.6 热浸渍法制备的Fe/HZSM-5催化剂低温芳构化性能46-48
• 4.3.7 小结48-50
• 4.4 强酸水溶液热浸渍法制备Fe/HZSM-5催化剂的低温芳构化反应50-54
• 4.4.1 Fe/HZSM-5催化剂的制备50
• 4.4.2 强酸水溶液法制备Fe/HZSM-5催化剂的紫外可见光谱表征50
• 4.4.3 强酸水溶液热浸渍法制备的Fe/HZSM-5催化剂低温芳构化性能50-54
• 4.4.4 小结54
• 4.5 小结54-55
• 5 HZSM-5粉末为母体,Fe离子改性催化剂的低温芳构化反应55-74
• 5.1 引言55
• 5.2 水溶液冷浸渍法制备Fe/HZSM-5催化剂的低温芳构化反应55-60
• 5.2.1 Fe/HZSM-5催化剂的制备55
• 5.2.2 水溶液冷浸渍法制备Fe/HZSM-5催化剂的紫外可见光谱表征55-56
• 5.2.3 水溶液冷浸渍法制备的Fe/HZSM-5催化剂低温芳构化性能56-59
• 5.2.4 小结59-60
• 5.3 醇溶剂冷浸渍法制备Fe/HZSM-5催化剂的低温芳构化反应60-65
• 5.3.1 Fe/HZSM-5催化剂的制备60
• 5.3.2 醇溶剂冷浸渍法制备Fe/HZSM-5催化剂的紫外可见光谱表征60-61
• 5.3.3 水溶液冷浸渍法制备的Fe/HZSM-5催化剂低温芳构化性能61-64
• 5.3.4 小结64-65
• 5.4 固态离子交换法制备Fe/HZSM-5催化剂的低温芳构化反应65-72
• 5.4.1 Fe/HZSM-5催化剂的制备65
• 5.4.2 Fe/HZSM-5催化剂的XRD表征65-66
• 5.4.3 Fe/HZSM-5催化剂的NH_3-TPD表征66
• 5.4.4 Fe/HZSM-5催化剂的紫外可见光谱表征66-68
• 5.4.5 Fe/HZSM-5催化剂的红外骨架振动68
• 5.4.6 固态离子交换法制备的Fe/HZSM-5催化剂低温芳构化性能68-72
• 5.4.7 小结72
• 5.5 小结72-74
• 6 C_4液化气中甲醇含量对纳米ZSM-5催化剂芳构化性能的影响74-78
• 6.1 引言74
• 6.2 原料中甲醇含量对混合C_4液化气芳构化性能影响74-76
• 6.3 小结76-78
• 结论78-79
• 参考文献79-85
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况85-86
• 致谢86-88

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