摘要
芳烃是重要的基础化工原料，其生产高度依赖于石油资源。我国石油对外依存度极高，因此发展非油基碳资源生产芳烃具有重要意义。近几年，页岩气开采技术不断进步、页岩气产量不断提升，这为全球化工行业提供了丰富的丙烷资源。以丙烷为原料生产芳烃对拓展芳烃生产路线、延伸丙烷产业链、缓解对石油资源的依赖具有重要意义。Zn/HZSM-5催化剂被广泛应用于丙烷制芳烃的研究，但是该催化剂仍然存在活性低、稳定性差、芳烃选择性及产率低等问题。 本论文考察了HZSM-5、Zn/HZSM-5、PtZn/HZSM-5催化剂上丙烷制芳烃的反应性能。研究发现，HZSM-5分子筛的硅铝比对上述三类催化剂的反应性能有显著影响，低硅铝比有利于芳烃的生成，即酸密度越高，丙烷转化率、芳烃选择性及产率越高。通过对比HZSM-5、Zn/HZSM-5催化剂上丙烷制芳烃反应性能，发现适量Zn的修饰可以显著提升芳烃选择性及产率。采用贵金属Pt对Zn/HZSM-5催化剂进一步改性，丙烷制芳烃反应性能进一步提升。在550℃、3000mLg-1h-1、C3H8/N2=1/1、P=1bar的反应条件下，1Zn/HZSM-5(15)催化剂上丙烷转化率仅为34％，芳烃选择性为55％，芳烃产率仅为19％;而0.7Pt1Zn/HZSM-5(15)催化剂上丙烷转化率提升至72％，芳烃选择性为54％，芳烃产率提升至39％。此外，相比于1Zn/HZSM-5(15)催化剂，0.7Pt1Zn/HZSM-5(15)催化剂的稳定性进一步提高。电镜及CO吸附红外表征结果显示0.7Pt1Zn/HZSM-5催化剂上存在尺寸为2.4nm的PtZn合金纳米粒子。本论文认为PtZn合金纳米粒子的存在显著增强了催化剂的脱氢能力，提升了丙烷芳构化性能。反应温度对0.7Pt1Zn/HZSM-5催化剂用于丙烷制芳烃的性能也有重要影响。温度越高，丙烷初始转化率、芳烃初始选择性及初始产率越高，但是温度越高，催化剂失活会加剧。通过对接触时间的考察，我们发现丙烯是丙烷芳构化生成芳烃过程中的重要中间物种，延长接触时间，丙烷转化率、芳烃选择性及产率均得到提高。 本论文认为在0.7Pt1Zn/HZSM-5催化剂上，PtZn组分为脱氢功能组分，HZSM-5组分为芳构功能组分。本论文考察了脱氢组分与芳构组分空间距离分别处于毫米、微米、纳米、原子尺度时丙烷制芳烃的反应性能，结果显示二者处于原子尺度时，丙烷制芳烃性能最佳，即脱氢功能组分与芳构功能组分空间距离越近越好。
NETL