助剂对PtSnNa/ZSM-5丙烷脱氢催化剂的改性及其性能研究

摘要

丙烷是重要的化工原料，其需求量日益增长，扩大丙烷来源的生产工艺成为石油化工领域的研究重点。论文主要研究了助剂镓和铈对PtSnNa/ZSM-5催化剂的结构和丙烷脱氢反应性能的影响，并利用多种手段对催化剂进行了表征。结果表明：
　　 适量助剂Ga的添加，不仅可以降低PtSnNa/ZSM-5催化剂的表面酸量，抑制催化剂表面积炭的生成，提高催化剂的脱氢稳定性，而且可以改变Pt活性中心周围的电子环境，更有利于Pt的分散，从而对脱氢反应有利。PtSnNaGa/ZSM-5催化剂中Ga的最佳添加量为0.5wt％。通过不同制备方法制得的催化剂反应性能的比较，确定了简洁有效的催化剂制备工序。
　　 助剂Ce的添加对PtSnNa/ZSM-5催化剂的酸性影响较小，但会改变活性组分铂粒子的分散状况和铂表面的电子性质，防止铂粒子的迁移和聚集，达到锚定活性组分的目的。同时，Ce的引入增强了锡与载体之间的相互作用，抑制了零价态锡的形成，有利于脱氢反应的进行。当Ce的添加量为1.1wt％时，催化剂的丙烷脱氢反应性能达到最佳，在连续反应750h(31天)后，丙烷转化率仍维持在30％以上，丙烯选择性则在97％左右。
　　 反应初始温度对催化剂稳定性的实验结果有一定影响，反应初期催化剂表面的积炭速率较快，降低反应温度，提高氢烃比，可以有效地抑制催化剂表面积炭的形成，提高催化反应的稳定性。失活后的催化剂经简单再生后可恢复一定的活性，但与新鲜催化剂的活性相比，差距较大，可能的原因是Pt颗粒发生了烧结，Pt的分散度下降，从而导致其催化性能下降。
　　 活化还原条件的选择对催化剂的性能影响明显，通过对催化剂脱氢反应性能的考察，确定了最佳的活化温度、活化时间以及还原温度、还原时间。