微纤包结催化剂上F-T合成蜡加氢定向裂解反应的研究

F-T合成蜡轻度加氢裂化是CTL和GTL法生产优质柴油和喷气燃料的新工艺，但易发生深度裂解，操作条件难以控制，影响主产品收率。本课题提出将轻度加氢裂化与产物精馏相耦合的工艺新构想。基于沸点差异，将目标产物不断从塔中分离出去，及时更新催化剂表面的物种，能抑制深度裂解反应的发生；针对蜡油分子在大颗粒加氢裂解催化剂中扩散慢的问题,提出制备微纤包裹结构化细粒子催化剂，调控酸位分布和加氢金属的适当匹配,并研究颗粒大小、包裹量对蜡油加氢裂化的影响。细粒子结构化材料的使用,保持了催化剂本征状态,减少了放大效应；避免了与器壁直接接触，可有效延长催化剂寿命；能改善气液流体分布。本项目集中探讨微纤材料及包裹方式、加氢/酸性位分布、反应器流体力学规律、反应精馏优化工艺参数等多尺度因素与加氢定向裂解产物选择性的集成关系，属化学工程、催化剂工程、材料工程及能源化工等多学科交叉的研究领域，有重要的理论及应用研究价值。

F-T 合成蜡加氢裂化过程中易发生深度裂解，操作条件难以控制，影响主产品收率，本课题提出将轻度加氢裂化与产物精馏相耦合的工艺新构想。基于沸点差异，将目标产物不断从塔中分离出去，及时更新催化剂表面的物种，能抑制深度裂解反应的发生；针对蜡油分子在大颗粒加氢裂解催化剂中扩散慢的问题，提出制备微纤包裹结构化细粒子催化剂。细粒子结构化材料的使用，保持了催化剂本征状态，减少了放大效应；避免了与器壁直接接触，可有效延长催化剂寿命；能改善气液流体分布。本项目集中探讨微纤材料及包裹方式、加氢/酸性位分布、反应器流体力学规律及反应精馏等多尺度因素与加氢定向裂解产物选择性的集成关系，属化学工程、催化剂工程、材料工程及能源化工等多学科交叉的研究领域，有重要的理论及应用研究价值。.研究中，利用造纸成型/后烧结技术，分别制备出了Ni纤维和Cu纤维包裹细粒子结构化催化剂，通过流体力学Fluent软件模拟和传热实验研究表明，金属微纤包裹催化剂可以有效的降低床层压降，强化床层内的传热，使床层温度分布均匀，能够有效的避免反应热大量积累造成催化剂的失活；利用水热合成技术，在不锈钢纤维表面生长出ZSM-5分子筛膜结构化催化剂，由微纤生长ZSM-5分子筛催化剂的SEM图像可以看出，催化剂Pt-0.008/MFI SS存在很大的空隙，且催化剂的主体骨架仍保持着不锈钢纤维基底的三维网络结构，但是金属纤维的外表面被分子筛完全覆盖；为了更好的观察不锈钢纤维上的ZSM-5分子筛的生长情况，经过方法特殊制样得到的电镜扫描图可以看出，金属纤维外层生长的分子筛约有7μm左右，形成同心圆筒壁包覆不锈钢纤维。与颗粒填充床催化剂相比，加氢裂解56#半炼蜡的实验结果表明，金属微纤生长分子筛结构化催化剂Pt-0.008/MFI SS能够改善催化剂的流体流动和传递性质，其汽柴油（C5-C20）选择性要高于颗粒填充床。在T=280℃、P=3.5MPa及WHSV=1h-1的反应条件下，其转化率可达95.23%，液体烃收率为69.4%；通过异构化因子和裂解概率函数的引入，对现有的九集总动力学模型进行了改进，建立了五集总简化动力学模型，并能较好的对实验结果进行预测；利用Aspen Plus软件对F-T合成蜡的反应精馏加氢裂解工艺进行了模拟研究，确定了其在加氢裂化领域应用的可行性。