高尚耀
,
朱向学
,
李秀杰
,
王玉忠
,
张烨
,
谢素娟
,
安杰
,
陈福存
,
刘盛林
,
徐龙伢
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(16)62550-0
叔丁胺是一种重要的有机化工中间体,广泛应用于制备橡胶促进剂,医药,农药,着色剂等诸多下游产物.目前,叔丁胺主要的生产方法,如叔丁脲水解法,异丁烯-氢氰酸法(Ritter法),卤代烃胺化法等存在产品收率较低,涉及强酸/强碱的使用,对设备腐蚀和环境污染严重等问题.异丁烯直接胺化生产叔丁胺,原子利用率100%,是典型的绿色化学反应.20世纪末,BASF公司以β沸石为催化剂,率先实现了异丁烯胺化技术的工业应用.但是,其反应条件苛刻,压力达28 MPa,生产过程能耗大,对设备材质要求高.目前,关于异丁烯直接胺化的文献较少,且相关研究多在远离工业应用的常压条件下进行.同时,对于异丁烯直接胺化反应过程的热力学,特别是缓和反应条件下的热力学尚待进一步系统和深入地研究分析,以期指导低温低压条件下高性能胺化催化剂的研发和工艺条件优化.我们计算了473?573 K间,异丁烯胺化制备叔丁胺反应的ΔrH,ΔrG,Kp等热力学数据.在此基础上,分析了反应温度,压力和氨烯比(摩尔比)对异丁烯平衡转化率(叔丁胺选择性>99%,未予考虑)的影响.结果表明,异丁烯胺化是中等强度的放热反应,升高反应温度会急剧降低异丁烯的平衡转化率,如在5 MPa,氨烯比1的条件下,反应温度从473 K提高到573 K,异丁烯平衡转化率从40.6%降到6.9%.但从动力学角度而言,升温可提高胺化反应速率,因此在特定的反应条件下和催化剂上,必然存在最佳反应温度.提高反应压力和氨烯比有利于提高异丁烯的热力学平衡转化率.开发在低温和相对较低的压力下具有较高胺化活性的催化剂是提高该过程经济性和实用性的关键.在较缓和的反应条件下(523 K,5 MPa,氨烯比4及异丁烯空速0.5 h?1),考察了ZSM-5(R=50和R=412,R为硅铝比,下同),ZSM-11(R=48),MOR(R=10),SAPO-11(摩尔组成,1.6Al2O3:1.0SiO2:1.4P2O5)等不同拓扑结构分子筛以及氧化铝在异丁烯胺化反应中的性能.结果表明,空白试验中,无叔丁胺产物生成.在ZSM-11上的获得最高的异丁烯胺化转化率,为14.2%(达到平衡转化率的52.2%),在ZSM-5(R=50),ZSM-5(R=412)和MOR上,异丁烯转化率分别为13.9%,6.4%和2.9%,叔丁胺选择性均大于99.8%.而SAPO-11和氧化铝未呈现出胺化反应活性.关联氨气程序升温脱附,吡啶吸附红外表征结果及分子筛孔结构特点,表明分子筛胺化活性与其孔径及Br?nsted酸的酸量和酸强度密切相关.为了进一步验证实际反应体系中反应条件对异丁烯胺化反应过程的影响规律,我们在ZSM-11催化剂上,系统考察了反应温度,压力,氨烯比和异丁烯空速对催化剂胺化反应性能的影响及变化规律.结果表明,在其他条件不变的情况下,异丁烯转化率随着温度的升高呈现出先增大后减小的趋势.适当提高原料中氨烯比和反应压力,以及采用较低异丁烯空速有利于促进异丁烯的转化.上述规律与热力学计算结果呈现出较好的一致性.在ZSM-11催化剂上,异丁烯直接胺化反应的较佳反应条件为523 K,5 MPa,氨烯比4,异丁烯空速0.5 h?1.上述结果可为异丁烯直接胺化合成叔丁胺过程新型高效催化剂的研发和反应工艺条件优化提供参考和指导.
关键词:
热力学计算
,
异丁烯
,
胺化
,
叔丁胺
,
ZSM-11分子筛
刘会娟
,
黄声骏
,
张玲
,
刘盛林
,
王威
,
辛文杰
,
谢素娟
,
徐龙伢
催化学报
在固定床反应器上考察了氢型丝光沸石(HM)-氧化铝双组元负载MoO3催化剂上的 1-丁烯歧化反应性能,通过氨程序升温脱附、X射线衍射和氢程序升温还原对样品进行了表征. 实验结果表明,在110 ℃, 0.1 MPa, WHSV=1.5 h-1 及TOS=1 h的反应条件下, MoO3没有歧化反应活性. Al2O3, HM-Al2O3和HM载体上只生成异构产物,并且载体酸性越强,异构产物越多. MoO3/HM几乎没有歧化活性,而MoO3/Al2O3催化剂上生成了一定量的歧化产物,且各产物收率相近. MoO3/HM-Al2O3具有最高的歧化活性, 1-丁烯转化率为84.9%, 丙烯和戊烯收率分别为28.5%和20.6%. 催化剂本身的酸性和载体表面Mo物种存在状态是影响 1-丁烯歧化制丙烯反应性能的两个关键因素.
关键词:
丝光沸石
,
氧化铝
,
钼
,
1-丁烯
,
歧化
陈福存
,
朱向学
,
谢素娟
,
曾蓬
,
郭志军
,
安杰
,
王清遐
,
刘盛林
,
徐龙伢
催化学报
催化干气制乙苯是利用石化副产干气中的乙烯与苯反应生产乙苯的过程,经过20多年的发展与创新,我们相继开发了具有自主知识产权的干气制乙苯第一代至第五代技术,并在石化行业得到了广泛应用.本文从工艺角度综述了催化干气制乙苯的技术发展历程.
关键词:
催化干气
,
乙烯
,
乙苯
,
乙苯生产工艺
,
烷基化
,
烷基转移
徐龙伢
,
王清遐
,
刘伟成
,
谢素娟
,
孙新德
,
白杰
,
张淑蓉
,
王昌东
催化学报
高温气相反应条件下的催化裂化干气制乙苯过程中,容易生成甲苯和二甲苯等副产物; 在该过程中采用催化蒸馏技术,使苯与乙烯在低温条件下进行反应,可大幅度降低产品中二甲苯的含量. 通过对催化裂化干气与苯烷基化催化精馏过程中的各反应步骤进行分析与热力学计算,结合反应的实际产物组成,提出了苯与乙烯烷基化的反应网络,探讨了苯与乙烯烷基化反应过程中甲苯和二甲苯的形成机理及影响因素. 结果表明,增大苯/乙烯比对提高乙烯平衡转化率及乙苯收率有利; 在较低温度下进行烷基化反应,可大大减缓C-C键裂解速度,抑制甲苯和二甲苯生成,提高乙苯产品质量.
关键词:
苯
,
乙烯
,
烷基化
,
蒸馏
,
乙苯
,
甲苯
,
二甲苯
,
热力学
张大洲
,
李秀杰
,
刘盛林
,
朱向学
,
辛文杰
,
谢素娟
,
曾蓬
,
徐龙伢
催化学报
doi:10.3724/SP.J.1088.2011.10744
在固定床反应器上考察了Mo/HZSM-5-Al2O3催化剂上乙烯与2-丁烯歧化制丙烯反应的性能.结合X射线衍射、NH3程序升温脱附、吡啶吸附红外光谱、H2程序升温还原和程序升温氧化等表征结果发现,载体酸性的差异导致催化剂酸性和 Mo物种落位方式不同.载体酸性较强时,催化剂积炭严重,反应稳定性差;载体酸性较弱时,Mo物种在分子筛孔道内以(Mo2O5)2+团簇形式存在,而在Al2O3表面形成较多易还原的六配位Mo物种,催化活性低,并呈现出一定的诱导期；适中酸性的载体有利于Mo物种的分散和活化,表现出了最佳的歧化反应活性.
关键词:
乙烯
,
丁烯
,
歧化反应
,
丙烯
,
载体酸性
,
HZSM-5分子筛
,
氧化铝
魏会娟
,
谢素娟
,
刘克峰
,
辛文杰
,
李秀杰
,
刘善和
,
谷顺明
,
刘盛林
,
徐龙伢
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60887-7
芳香族化合物的Friedel-Crafts酰基化反应是制备芳香酮的一类重要反应,传统的Lewis酸(如AlCl3)和质子酸(如H2SO4)催化剂易制备,价格便宜,但存在对环境污染严重、与产物难分离等问题.因此,近年来研究者一直致力于环境友好催化剂的研发,其中分子筛因选择性好、与产物易分离、可再生和无污染等优点而日益受到人们的重视,尤其是MWW分子筛,由于具有较多的外表面酸性位,而在酰基化反应中表现出良好的抗积碳性能.本课题组曾讨论了对一系列不同模板剂(六亚甲基亚胺, HMI)含量的MCM-49分子筛进行NaOH与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)共处理的情况,而本文重点考察的是只用CTAB处理不同HMI含量的MCM-49分子筛时,其结构与酸性会如何变化,改性前后样品的结构与酸性借助XRD, N2吸脱附等温线测试,29Si与27Al MAS NMR, NH3-TPD, Py-IR与漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)等技术进行表征.另外,将一系列样品用于催化苯甲醚(AN)与乙酸酐(AA)的酰基化反应,考察CTAB处理对MCM-49分子筛催化性能的影响.将含模板剂HMI的MCM-49分子筛原粉在不同温度(250,350,450或550°C)下焙烧,得到一系列不同孔道系统内保留HMI的样品,随后采用CTAB溶液(0.27 mol/L)对其在70°C下进行后处理1 h.结构表征的结果表明,在脱除模板剂HMI及CTAB处理的过程中,分子筛骨架结构基本未被破坏,同时, CTAB处理不能向分子筛中引入任何形式的介孔,无论是晶内介孔还是晶间介孔.在CTAB处理时,可以清除分子筛中部分无定形物种,尤其是无定形Al物种,同时也可能发生部分非骨架Al原子重新进入分子筛骨架的情况,造成骨架铝的比例相对提高.根据29Si与27Al MAS NMR结果可以推断,进入分子筛骨架的Al原子可能会取代T3位置上的Si原子,亦或直接进入T2或T3位置缺陷位.酸性表征的结果表明, CTAB修饰后样品Br?nsted酸量比HMCM-49明显提高,并随HMI含量的逐渐降低呈现先增加后降低的趋势,而Lewis酸量则相对于HMCM-49有所降低.将一系列CTAB修饰前后的MCM-49样品用于催化AN与AA的酰基化反应,反应条件为：压力1.0 MPa、温度110°C、总质量空速WHSV(AN+AA)为10.2 h?1及原料中AN与AA的摩尔比为5：1.反应数据表明,相对于HMCM-49样品, CTAB修饰后样品对应的AA转化率显著提高(初始转化率由51.4%最高增加至85.0%),并随CTAB处理过程中HMI含量的逐渐降低呈现先增加后降低的趋势,而产物选择性则基本没有变化.各样品的AA初始转化率与其Br?nsted酸量基本呈现正向关联.通过间二甲苯歧化反应预积碳堵塞超笼及碱性探针分子2,4-二甲基喹啉吸附覆盖表面半超笼的方法,研究CTAB修饰前后各样品的不同孔道系统对酰基化反应的催化贡献.结果表明,酰基化反应主要发生在MCM-49分子筛的表面半超笼,其次为超笼,正弦孔道的贡献很小.另外, CTAB修饰后样品催化活性的提高主要来自于不含HMI的孔道系统的贡献,进一步验证在CTAB处理过程中,改性作用主要发生在MCM-49分子筛中不含HMI的区域.结合表征和反应评价结果,提高酰基化反应活性需尽可能提高催化剂的Br?nsted酸量,这是分子筛催化剂今后改进的一个主要方向.
关键词:
MCM-49分子筛
,
模板剂
,
后处理
,
十六烷基三甲基溴化铵
,
酰基化
张琬铄
,
高尚耀
,
谢素娟
,
刘惠
,
朱向学
,
商永臣
,
刘盛林
,
徐龙伢
,
张烨
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(17)62756-6
叔丁胺是一种重要的化工原料和中间体,广泛应用于制备橡胶促进剂、医药、农药和着色剂等下游产品.异丁烯在分子筛催化剂上直接胺化生产叔丁胺是一个经济环保过程,其中ZSM-5和BEA分子筛的催化性能优于其它系列分子筛.ZSM-11与ZSM-5分子筛具有相似的孔道结构,我们以前的实验结果表明,与ZSM-5相比,ZSM-11表现出更优越的芳构化反应性能,在干气中乙烯低温芳构化方面也有明显优势.在此基础上,我们进行无粘结剂ZSM-11分子筛催化剂合成,并应用于异丁烯直接胺化生产叔丁胺反应.传统水热技术合成的分子筛通常为粉末,机械强度不能达到实际应用的要求,在工业化过程中分子筛粉末一般需要加入粘结剂成型使其具备一定的机械强度和形状,但是粘结剂会降低分子筛催化剂的活性和选择性,有可能会引发一些副反应,因此无粘结剂分子筛催化剂引起人们广泛关注.无粘结剂分子筛是指分子筛颗粒中不含惰性粘结剂或只含有少量粘结剂,主要依靠分子筛晶粒间的相互作用支撑存在,具有一定形状、尺寸和机械强度的催化材料.无粘结剂分子筛催化剂中分子筛含量较高,可利用的有效表面积较大,在离子交换及工业催化等方面具有明显优势.本文采用水热合成的ZSM-11分子筛原粉与二氧化硅机械混合(ZSM-11/SiO2=70/30)挤条后,通过气固相合成法制备了无粘结剂ZSM-11分子筛催化剂(Cat-C).作为对比,还分别制备了ZSM-11和SiO2机械混合(ZSM-11/SiO2=70/30)样品HZSM-11+SiO2及ZSM-11和氧化铝机械混合(ZSM-11/Al2O3=70/30)样品HZSM-11+Al2O3.利用X射线衍射、透射电镜、NH3程序升温脱附和吸附吡啶红外光谱等对分子筛催化剂的物理化学性能进行了表征.同时,以这些分子筛样品为催化剂,在固定床反应装置上进行了异丁烯胺化反应评价,反应条件为270℃,5.0 MPa,氨烯比为4和异丁烯空速0.5 h?1.结果表明,与HZSM-11+SiO2和HZSM-11+Al2O3相比,Cat-C上叔丁胺生成速率最高.关联催化剂物化性能和反应性能发现,催化剂孔道结构与叔丁胺生成并不存在明显的关联性,而较多的Br?nsted酸和较少的Lewis酸才是Cat-C具有良好反应性能的主要原因.具有一定机械强度的无粘结剂ZSM-11分子筛催化剂制备简单,在异丁烯直接胺化过程中叔丁胺生成速率高,具有很好的工业化应用前景.
关键词:
无粘结剂分子筛
,
ZSM-11
,
胺化
,
异丁烯
,
叔丁胺
白杰
,
刘盛林
,
谢素娟
,
徐龙伢
,
林励吾
催化学报
通过XRD,N2吸附和吡啶FT-IR等方法考察了Mg的添加对Mo/ZSM-5催化剂物化性质的影响. 吡啶FT-IR结果表明,Mo-Mg/ZSM-5催化剂上Lewis酸中心与Brnsted酸中心的比值随着Mg添加量的增加而增大. 在甲烷芳构化反应中,虽然催化剂上的积碳量随着Mg含量的增加而减少,但只有6%Mo-0.75%Mg/ZSM-5催化剂表现出比6%Mo/ZSM-5催化剂更好的稳定性,6%Mo-2%Mg/ZSM-5和6%Mo-3%Mg/ZSM-5两个催化剂的稳定性均比6%Mo/ZSM-5催化剂差. 根据催化剂稳定性与酸性的关系提出,在有足够Brnsted酸中心存在的前提下,可以通过调变Lewis酸中心和Brnsted酸中心的比值来提高催化剂的稳定性.
关键词:
钼
,
ZSM-5分子筛
,
镁
,
改性
,
甲烷
,
芳构化
胡林彦
,
谢素娟
,
王清遐
,
刘盛林
,
徐龙伢
催化学报
以铝酸钠和硅溶胶作为主要原料,在没有引入晶种或有机添加剂的情况下,通过控制合成体系的水含量以及水热合成条件(凝胶摩尔组成: 5.1 Na2O·Al2O3·10 SiO2·(140～220) H2O, 室温陈化1～3 d及100 ℃晶化9 h), 可获得粒径为0.30～0.35 μm的小晶粒NaY分子筛. 借助于XRD, SEM, XRF和DLS等分析手段对分子筛进行了表征,表明所合成的小晶粒NaY分子筛具有粒度均匀、分散性好的特点. 对比了两种不同粒径的La/Y催化剂对 1-丁烯脉冲芳构化反应的催化性能和反应过程中催化剂的积炭行为,表明粒径较小的催化剂具有较好的稳定性,其容炭能力和抗积炭能力较强.
关键词:
直接合成
,
水热法
,
NaY分子筛
,
小晶粒
,
丁烯
,
芳构化
谢素娟
,
刘克峰
,
刘盛林
,
刘勇
,
张维萍
,
徐龙伢
催化学报
doi:10.3724/SP.J.1088.2010.00510
采用X射线衍射、N2吸附-脱附、扫描电镜和傅里叶变换红外光谱等技术,研究了MCM-49/ZSM-35复合分子筛在Na2O-SiO2-Al2O3-CHA(环己胺)-HMI(六亚甲基亚胺)-H2O合成体系中,先在低温80℃老化4h,再经160℃晶化不同时间的演变过程.结果表明,在该混合胺体系中,首先生成MCM-49分子筛,随着晶化时间的延长,形成ZSM-35含量逐渐增加的MCM-49/ZSM-35复合分子筛,最后生成纯ZSM-35分子筛;ZSM-35的生成是以MCM-49分子筛的消耗为代价的.
关键词:
MCM-49
,
ZSM-35
,
复合分子筛
,
合成
,
晶化过程
,
环己胺
,
六亚甲基亚胺
