沸石分子筛的发展及在石油化工中的应用

无机合成期末小论文
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沸石分子筛的发展及在石油化工中的应用
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沸石是一种低密度、软性的矿石。

这种矿石有一种特殊性质．即在水中煮沸时会冒泡．因此把它叫做沸石。

沸石有交换离子的性质,用于核能废水中阳离子处理剂、工业废气的吸收剂和工业废水的净化荆等。

直到五十年代后期，发现在沸石结构内部能进行催化反应，这一发现标志着沸石催化研究的真正起点。

由于分子筛的多样性和稳定性，它的独特的选择与择形选择相结合的性能已经在吸附分离、催化及阳离子交换工业上广为应用。

低硅铝比沸石被称为第一代分子筛；以ZSM一5为代表的高硅三维交叉直通道的新结构沸石，称之为第二代分子筛；非硅、铝骨架的磷酸铝系列分子筛，这就是第三代分子筛。

沸石是一族结晶型硅铝酸盐的总称。

目前同天然产物具有相同结晶结构的拂石以及按分类属于非天然产的沸石．太多数都能够人工合成出来。

天然产的沸石其化学组成是碱金属或碱土金属的硅铝酸盐，而合成沸石是硅铝酸钠。

至于沸石的催化机理，首先反应物分子必须小于沸石分子洞口，分子才能进行分子筛内，其次进入分子筛后发生路易斯酸催化反应，最后生成产物分子必须适合从洞口出来，这样才能使催化完成。

沸石分子筛在石油化工中的应用主要包括：1催化裂化2分子重排3分子间的偶合4碳碳键的生成5异构化
催化裂化包括：
1流化催化裂化：流化催化裂化是最早应用拂石催化剂的，其主要目的是使生产能力和汽油馏分的辛烷值达到最大，并使副产物最少。

在这类催化剂中，目前应用的主要是由稀土离子交换的具有较好的稳定性及较高硅铝比的Y型沸石。

2加氢裂化：加氢裂化是石油馏分在载有金属和具有酸功能的催化剂存在下，在高氢分压下的裂化，其沸石催化剂的用量居第二位。

大孔径Y，x型沸石和丝光沸石最适宜石脑油的加氢裂化。

但对于重质原料最好选用稀土离子交换的高硅八面沸石。

3选择性裂化：在石油加工过程中应用ZSM一5作催化剂，其中直链烷烃择形催化裂化为汽油馏分．在ZSM—5中，链烷烃的裂化率随着链烷烃分子长度的增大而增加，随孔遭的有效直径的减少而减少。

这对辛烷值的提高是很理想的。

X、Y、z型的大孔径沸石和丝光沸石也可用作上述反应的催化剂，但失活较快。

分子重排包括：
1二甲苯异构化：最简单的是苯环上的甲基重排，如二甲苯异构化反应，就是将来自重整装置或加氢汽油装置的G芳烃转化为平衡的二甲苯混合物，然后分离出有价值的对二甲苯。

2甲苯歧化：甲苯歧化进行的是分子问的甲基重排．目前主要应用丝光沸石和ZSM一5为催化荆，它们具有更高的稳定性，又可减少多甲苯的生成．如经镁或磷改性后对二甲苯的选择性可达83％。

分子间的偶合包括：
1乙苯的合成：乙苯大约9o％是通过苯与乙烯的酸催化烷基化而制成的，在ZSM一5催化
剂上进行乙烯与苯的烷基化反应．乙苯产率达99．6％。

同时ZSM一5催化剂能增加乙苯选择性及降低能耗。

2对二甲苯的合成：这一类反应也是制备对二甲苯的途径．即甲醇与甲苯的烷基化，采用阳离子交换的八面沸石催化剂可生产50％对二甲苯。

碳碳键的生成：甲醇转化反应中，c—c键形成及分子增大的过程，利用ZSM一5的孔道控制产物分子的截面积。

选择适宜的反应条件以控制分子的长度，由此而发展了甲醇制汽油及甲醇制低碳烯过程。

异构化包括：
1重整：即在双功能(酸与贵金属)催化剂上将低辛烷值的链烷烃和环烷烃转化为辛烷值的异构烷烃和芳烃。

使用PtBa／L型沸石催化荆的工艺，能高产率地将正构己烷和庚烷转化为苯和甲苯，这种催化剂对硫敏感。

2Cd 异物化：为解决汽油中不加四乙基铅而引起的辛烷值不足．许多炼油厂增加了戊烷和己烷异构化的能力，采用含贵金属的无定型si—Alo3和沸石两种催化剂，在氢存在下和中压下进行操作。

典型的沸石催化剂是用氧化铝为粘结剂的载有铂的丝光沸石，由于它能抑制硫和水等杂质所引起的中毒。