噻吩及甲基噻吩在Y分子筛活性中心上的吸附与转化机制

来源 :辽宁石油化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lwk2293366
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运用不同深度脱硫技术处理流化催化裂化(FCC)汽油前后发现,噻吩及甲基噻吩一直占FCC汽油中噻吩类硫化物主要比例。故噻吩及甲基噻吩的移除成为了深度降低FCC汽油中硫含量不可避免的挑战。现今,关于它们的转化机制依旧停留在笼统的B酸和L酸作用这样宏观的层面,而与分子筛中活性中心间的关联性研究还鲜有报道。因此,深入分析改性Y分子筛中活性中心的形态、落位及性质和在噻吩及甲基噻吩的吸附与转化过程中所扮演的角色可以为深度降低FCC汽油硫含量提供理论依据和对未来催化剂的设计和开发具有重要的指导意义。本文以NaY、HY、NiY和REUSY分子筛为对象,采用N2吸附、X射线衍射仪(XRD)和电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)等技术表征了样品织构性质。样品的酸性质运用氨气-程序升温脱附(NH3-TPD)和吡啶-原位红外光谱技术(Py-FTIR)进行测定。结果表明,NaY中仅存在Na+活性中心;HY中邻近的非骨架铝物种(AlO+)活性中心增强了硅铝桥羟基位(Si-OH-Al)的酸性。NiY中除了NiOH+活性中心外,Ni2+与非骨架铝形成的Ni4Al O43+等物种结构减弱了Si-OH-Al的酸性;REUSY中分别存在非骨架铝物种[Al(OH)2+]和稀土离子物种[RE(OH)2+]两类活性中心显著加强了其Si-OH-Al的酸性,且强于HY中Si-OH-Al的酸性。采用催化裂化装置和原位红外光谱技术,系统考察了催化裂化条件下,噻吩在HY、Ni Y和REUSY活性中心上的吸附与转化机制。结果表明,对NiY而言,噻吩主要是吸附在NiOH+活性中心上。然而,噻吩在HY和REUSY上的转化机制均以聚合和裂化反应为主,对HY而言,HY中形成的AlO+活性中心对噻吩有弱吸附,导致噻吩在HY中硅铝桥羟基位上易形成三联噻吩,且会进一步发生氢转移和裂化反应形成大分子硫化物。与HY相比,REUSY中存在的RE(OH)2+活性中心对噻吩具有相对较强的吸附,致使噻吩在REUSY中的硅铝桥羟基位上易形成二联噻吩,且同样会进一步发生氢转移和裂化反应生成小分子硫化物,并伴有较多的C13的硫醇或硫醚。采用原位红外光谱法和程序升温脱附-动态质谱法,以NaY、HY和稀土改性超稳Y分子筛(REUSY)为研究对象,运用原位红外光谱技术和智能重量分析仪-质谱联用技术,并联用GC-SCD和GC-MS,系统地分析了2-甲基噻吩和3-甲基噻吩在稀土改性Y分子筛活性中心上的吸附与转化行为。研究结果表明,位于Y分子筛超笼中的硅铝桥羟基活性位优先被甲基噻吩分子占据,并发生质子化和裂化反应。在303和373 K条件下,甲基噻吩在HY中的Al O+活性位和REUSY中的Al(OH)2+和RE(OH)2+活性位上均可发生低聚反应,但在REUSY中的RE(OH)2+活性位上的低聚能力尤其明显。此外,质子化态的2-甲基噻吩和3-甲基噻吩的活性和选择性在低聚路径中均扮演着至关重要的角色。当体系温度大于437K时,低聚反应受限,而裂化反应加剧。由此,稀土活性位在吸附剂中存在的化学环境及体系温度的调变将会为未来超深度脱硫带来重要指导作用。
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