氧化钼基催化剂上正庚烷异构化反应的研究

【摘要】： 在石油工业中，作为提高汽油辛烷值的重要手段，烷烃异构化已经引起了广泛的关注。开发研究高活性和高稳定性的烷烃异构化催化剂对于提高汽油质量、减少环境污染，改善人类生存环境都有重大的现实意义。 本文研究了氧化钼基催化剂上正庚烷的异构化。详细讨论了催化剂的制备条件及反应条件的改变对正庚烷的转化率和异构化选择性的影响。在573K～773K的还原温度范围内，623K下还原MoO_3所得MoO_x催化剂显示了对正庚烷异构化反应的最大的催化活性(正庚烷的转化率达到了40.0％)；在523K-623K的反应温度范围内，598K时6小时还原所得的MoO_x催化剂的活性达到了最大值(正庚烷的转化率达69.7％)。通过XRD的测定结果，推测在MoO_x催化剂上正庚烷的异构化反应中，催化剂的活性相是MoO_xH_y和MoO_2，且MoO_xH_y起的活性作用更大。发现经过H_2还原得到的MoO_x催化剂具有中孔性质，其最可几孔径为41。首次研究了MoO_x催化剂上正庚烷异构化反应的动力学问题。在523K-598K范围内得到了正庚烷的异构化反应和裂解反应的表观活化能分别49.3 kJ／mol和60.6 kJ／mol；反应温度为573K时，H_2对MoO_x催化剂上正庚烷的异构化反应的级数为0.35，正庚烷的反应级数为0.33。发现2％～5％的Ni掺杂于MoO_3中可以有效地缩短催化剂的还原活化时间并较大幅度地提高催化剂的比活性。在6小时还原MoO_x催化剂上，573 K的反应温度下正庚烷的转化率为40.1％，而在相同反应条件下2％Ni-MoO_x(6h)催化剂上正庚烷转化率则提高到了45.3％。相应Ni-MoO_x催化剂上正庚烷异构化的反应活化能为35.3 kJ／mol。发现Ni的存在增大了MoO_x催化剂对氧和水毒化作用的抵抗性能，推测其主要原因是Ni的存在促进了H_2的活化，从而更有利于MoO_x的还原。采用SEM、N_2吸附-脱附、EDS及XRD方法研究了骨架型MoO_x-SiO_2催化剂和担载型MoO_x／SiO_2催化剂的物理化学结构，并初步考察了这两种催化剂对正庚烷异构化反应的催化性能。结果表明，在MoO_x-SiO_2催化剂中44.6、wt.％的SiO_2即可起到很好的骨架支撑作用。MoO_x晶相以足够大的空间区域聚集包裹在SiO_2骨架中，形成类似MoO_x催化剂的独特中孔结构。这一催化剂同MoO_x催化剂相比，显著地提高了机械强 度，并维持了MoO、催化剂的高活性和异构化选择性。担载型MoO、/510:催化剂由于铝 物种和载体之间的相互作用表现出较差的反应比活性。