張孔遠(yuǎn),張朋偉,楊 光,劉晨光
(中國石油大學(xué)(華東)化工學(xué)院,山東 青島 266580)
異構(gòu)化汽油具有辛烷值高、低硫、低烯烴和低芳烴的特點,是一種高質(zhì)量的汽油調(diào)合組分,輕質(zhì)烷烴異構(gòu)化是提高汽油質(zhì)量的重要方法。目前異構(gòu)化催化劑主要有低溫型異構(gòu)化催化劑、中溫型異構(gòu)化催化劑和固體超強酸催化劑。固體超強酸催化劑一般為貴金屬固體超強酸型,具有反應(yīng)溫度低、異構(gòu)化活性高、環(huán)境友好等特點[1]。
ZrOCl2·8H2O、Al(NO3)3·9H2O,均為分析純,上海阿拉丁生化科技公司產(chǎn)品;氯鉑酸、H2SO4、氨水、正己烷,均為分析純,國藥集團化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品。
X射線熒光(XRF)分析:采用荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的Axios 型波長色散X射線熒光光譜儀進行熒光分析,儀器功率為4 kW,最大電流為180 mA。將待測催化劑樣品研磨成粉,與硼酸混合壓片制樣,測定樣品中的元素Pt含量,其定量誤差不大于0.3%。
X射線衍射(XRD)表征:采用荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的 X′Pert PRO MPD 衍射儀,Cu靶Kα射線作為光源,管電壓為40 kV,管電流為 40 mA,掃描速率為 10(°)min,掃描范圍2θ為10°~70°,測定催化劑的晶相結(jié)構(gòu)及相對結(jié)晶度。
吡啶吸附紅外光譜(Py-IR)表征:采用美國Thermo Nicolet公司制造的Nexus傅里葉變換紅外光譜儀,通過吡啶吸附紅外光譜法表征樣品的表面酸性。
氨氣程序升溫脫附(NH3-TPD)表征:采用美國Quantachrome 公司生產(chǎn)的CHEMBET-3000型TPDTPR分析儀,通過NH3程序升溫脫附法測定樣品酸量和酸強度。
以正己烷為原料,在固定床小型反應(yīng)裝置上評價催化劑的臨氫異構(gòu)化性能。評價方法為:在反應(yīng)壓力2.0 MPa、體積空速1.0 h-1、氫油體積比700的條件下,依次調(diào)溫至180,200,220,240 ℃進行催化劑的活性評價。在每個反應(yīng)溫度下穩(wěn)定2 h后放空,再穩(wěn)定2 h后取樣分析。
以正己烷轉(zhuǎn)化率、異構(gòu)化率作為評價指標(biāo),計算式如下:
正己烷轉(zhuǎn)化率=(1-產(chǎn)物中正己烷的質(zhì)量
進料中正己烷的質(zhì)量)×100%
(1)
異構(gòu)化率=(產(chǎn)物中異構(gòu)己烷的質(zhì)量
進料中正己烷的質(zhì)量)×100%
(2)
表1 不同Al2O3含量催化劑的孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)和硫含量
圖1 不同Al2O3含量催化劑的XRD圖譜▲—單斜晶相ZrO2; ●—四方晶相ZrO2。圖6和圖11同
圖2 不同Al2O3含量催化劑的NH3-TPD曲線
表2 不同Al2O3含量催化劑的酸強度分布
圖3 不同Al2O3含量催化劑的Py-IR圖譜
圖4 不同Al2O3含量催化劑上正己烷轉(zhuǎn)化率反應(yīng)溫度,℃:■—180; ●—200; ▲—220; 圖5同
圖5 不同Al2O3含量催化劑上正己烷異構(gòu)化率
表3 不同焙燒溫度下制備的ZrO2-Al2O3催化劑的孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)
圖6 不同焙燒溫度下制備的催化劑的XRD圖譜
圖7 不同焙燒溫度下制備的催化劑的NH3-TPD曲線
圖8 不同焙燒溫度下制備的催化劑的Py-IR圖譜
圖9 不同焙燒溫度下制備的催化劑上正己烷轉(zhuǎn)化率反應(yīng)溫度,℃:■—180; ●—200; ▲—220; 圖10同
圖10 不同焙燒溫度下制備的催化劑上正己烷異構(gòu)化率
表4 不同硫酸加入量下制備的ZrO2-Al2O3催化劑的硫含量
圖11 不同硫酸加入量下制備的催化劑的XRD圖譜
圖12 不同硫酸加入量下制備的催化劑的NH3-TPD曲線
圖13 不同硫酸加入量下制備的催化劑的Py-IR圖譜
圖14 不同硫酸加入量下制備的催化劑上正己烷轉(zhuǎn)化率反應(yīng)溫度,℃:■—180; ●—200; ▲—220; 圖15同
圖15 不同硫酸加入量下制備的催化劑上正己烷異構(gòu)化率
從圖14和圖15可以看出,隨著硫酸加入量的升高,正己烷轉(zhuǎn)化率和異構(gòu)化率先升高后降低,硫酸加入量(w)為15.0%的催化劑在各溫度下的轉(zhuǎn)化率和異構(gòu)化率最高,其在反應(yīng)溫度為240 ℃時正己烷轉(zhuǎn)化率達88.72%,異構(gòu)化率達80.07%。結(jié)合催化劑表征結(jié)果,硫酸加入量(w)為15.0%時,催化劑四方晶相ZrO2含量最高,中強酸酸量和強酸酸量最大,B酸酸量最多,評價結(jié)果與表征結(jié)果相一致。