甲醇制烃改性分子筛催化剂的制备及性能研究

【摘要】：甲醇是一种连接煤炭资源和清洁能源的重要纽带,应用十分广泛,大量的煤制甲醇项目投产,造成甲醇产能严重过剩。甲醇制烃工艺可以消耗过剩的甲醇产能,具有较好的经济效益。甲醇制汽油工艺是煤基可获得汽油的路线,可以降低对外石油的依存度。HZSM-5分子筛采用过渡金属改性,可以提高催化剂性能。对改性分子筛进行MTG动力学研究,获取分子筛动力学相关参数,来指导MTG反应器的改造和优化反应条件。本论文采用原位合成方法,制备出HZSM-5、Fe-HZSM-5和Zn-HZSM-5分子筛,并采用XRF、XRD、BET等表征进行分析。在固定床绝热反应器上,在内外扩散影响排除下,对Fe-HZSM-5和Zn-HZSM-5分子筛进行活性评价。在此基础上对MTG反应的热力学规律进行相关探究,并对性能最好的Fe-HZSM-5和Zn-HZSM-5分子筛催化剂进行甲醇制汽油反应动力学研究。研究结果如下:(1)3.62wt%Fe-HZSM-5分子筛上汽油选择性最高,分子筛催化剂的寿命较长同时液烃中芳烃含量较低。因此,采用Chen和Reagan构建的三集总动力学模型对3.62wt%Fe-HZSM-5分子筛进行MTG动力学研究。得出的反应速率表达式分别为k1= 0.921 × 1012exp(-108600//RT)、k2=0.155 × 1012exp(-116400/RT)和/k3 = 1.008× 107e×p(-96130/RT)该模型可以准确地阐述Fe-HZSM-5分子筛催化剂上MTG动力学。(2)2.54wt%Zn-HZSM-5分子筛催化MTG反应性能明显高于其它Zn含量的Zn-HZSM-5分子筛,因此研究该分子筛催化剂上甲醇制汽油动力学。三集总动力学反应速率表达式k1 = 1.154× 1012exp(-97600//RT)、k2 = 0.687 × 1012exp(-105200/RT)和 k3= 31.739 × 107exp(-84700/RT)。不同温度下,各组分在的实验值与模拟值随空时增大的变化趋势基本吻合。因此,三集总动力学模型能够表达Zn-HZSM-5分子筛催化剂上的甲醇制汽油动力学行为。