内蒙煤系硬质高岭土的改性及其在FCC催化剂中应用研究

摘要

本课题主要研究了酸碱改性方法对内蒙古煤系硬质高岭土(内蒙土)的结构和性能的影响规律.在酸改性过程中,重点对比分析了内蒙土和苏州土结构和性能变化趋势的差别.制各不同,n(SiO<,2>)/n(Al<,2>O<,3>)酸改性土,并将酸改性土与一定量高岭土原土及PREHY分子筛以半合成方法合成FCC催化剂.利用BET方法测试了酸改性土的比孔容,比表面积和孔径分布的变化,并分别对酸改性土和FCC催化剂进行了吡啶-TPD表征和裂化活性测试.实验表明:当n(SiO<,2>)/n(Al<,2>O<,3>)<20时,随着n(SiO<,2>)/n(Al<,2>O<,3>)的增加,两种土的孔容和比表面积,表面酸量和裂化活性都显著增加；当n(SiO<,2>)/n(Al<,2>O<,3>)>40时,两种高岭土孔容、比表面积、表面酸量和裂化活性数值都趋于稳定,孔径主要集中在3～10rim之间；相同n(SiO<,2>)/n(Al<,2>O<,3>)时,内蒙土的酸强度高于苏州土,裂化性能也优于苏州土；FCC催化剂的表面酸性和裂化活性与其所含的高岭土的n(SiO<,2>)/n(Al<,2>O<,3>)有关:增加FCC催化剂中酸处理土含量可以增加FCC催化剂裂化性能. 在碱改性的过程中,利用NaOH溶液对内蒙土进行碱改性,制各不同n(SiO<,2>)/n(Al<,2>O<,3>)的碱改性土,对其进行了XRD,BET,吡啶-TPD表征和裂化活性测试.结果表明:随着n(SiO<,2>)/n(Al<,2>O<,3>)的减小,孔径分布宽化,比孔体积减小,比表面积、表面酸性和裂化活性均增加.利用<'29>Si.和<'27>Al MAS NMR研究了内蒙土煅烧和酸碱改性过程中Si、Al原子环境的变化,并比较了酸、碱改性内蒙土的性能差别:不同形态的铝原子酸碱反应活性不同,酸活性顺序为Al(V)>Al(VI)>Al(IV),碱活性顺序为Al(VI)>Al(IV)；酸碱改性都可以使高岭土获得2～8nm.的孔径分布；酸改性土的酸性位数量和强度均高于碱改性土；碱改性高岭土的裂化性能优于酸改性土.

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第一章文献综述

1.1煤系高岭土的结构特点及其在FCC催化剂中的应用研究现状

1.1.1煤系高岭土的结构特点

1.1.2煤系高岭土在FCC催化剂中的应用研究现状

1.2 FCC催化剂对高岭土的要求

1.2.1晶体结构(有序度)

1.2.2化学组成

1.2.3物理化学性质

1.3煤系高岭土与苏州土的差异

1.4课题研究内容

第二章实验部分

2.1化学试剂与原料

2.2样品的制备

2.2.1实验原料的准备

2.2.2不同n(SiO2)/n(Al2O3)酸处理土的制备

2.2.3催化剂的制备

2.2.4碱改性土的制备

2.3样品化学组成的测定

2.3.1铝浸出率的测定

2.4.2硅浸出率的测定

2.5表征方法

2.5.1 X-射线衍射(XRD)实验

2.5.2 DTA-TG实验

2.5.3 29Si、27Al MAS NMR表征

2.5.4比表面积和孔径表征

2.5.5酸性表征(吡啶—TPD)实验

2.6裂化评价

2.6.1实验装置

2.6.2实验方法

2.6.3实验条件

2.6.4产物分析方法

第三章酸处理对不同高岭土结构和性能的影响规律研究

3.1内蒙土与苏州土的差别

3.2内蒙土与苏州土n(SiO2)/n(Al2O3)变化对其性能的影响

3.2.1n(SiO2)/n(Al2O3)对高岭土物化性能的影响

3.2.2酸处理土的n(SiO2)/n(Al2O3)对其酸性的影响

3.2.3硅铝比对其裂化活性的影响

3.3酸处理土n(SiO2)/n(Al2O3)变化对其相应催化剂性能的影响

3.3.1催化剂合成过程各组分晶相变化

3.3.2酸处理土n(SiO2)/n(Al2O3)变化对其相应催化剂酸性的影响

3.3.3酸处理土n(SiO2)/n(Al2O对其相应催化剂裂化活性的影响

3.4酸处理内蒙土含量对其相应催化剂性能的影响

3.4.1酸处理土含量对其相应催化剂表面酸性的影响

3.4.2酸处理土含量对半合成催化剂裂化性能的影响

3.5本章小节

第四章内蒙古硬质高岭土的碱改性研究

4.1碱处理条件的选择

4.1.1煅烧温度的影响

4.1.2碱浓度的影响

4.1.3碱处理时间的影响

4.2 n(SiO2)/n(Al2O3)对碱改性高岭土性能的影响

4.2.1物化性能变化

4.2.2酸性变化

4.2.3裂化结果与讨论

4.3本章小节

第五章酸碱改性内蒙高岭土性能比较

5.1酸、碱改性条件比较

5.2酸、碱改性高岭土的29Si、27Al MAS NMR研究

5.2.1内蒙古原土的29Si、27Al MAS NMR谱

5.2.2酸改性过程中29Si、27Al MAS NMR谱图变化

5.2.3碱改性过程中29Si、27Al MAS NMR谱图变化

5.3内蒙古高岭土酸碱改性后的性能差异

5.3.1孔结构变化的比较

5.3.2酸性的比较

5.3.3裂化活性的比较

5.4本章小节

第六章结论

附录

参考文献

本文创新之处及特色

发表论文和参加科研情况

致谢