等级孔FCC多组元结构催化剂尺度因子、活性因子与传质性能的协同机制

The design of catalytically sensitive multi-sites of components of FCC catalyst is the core of upgrading of FCC catalyst. The synergism mechanism of size effect, active site and mass transfer in hierarchical FCC catalyst plays a key role on the performance of the cracking activity of FCC catalyst. In this proposal, the hierarchical fluid catalytic cracking (FCC) catalysts and their main components such as Y and ZSM-5 zeolites will be prepared with different morphology, pore size and distribution, pore structure, composition of the skeleton. The as-synthesized hierarchical porous materials are characterized by XRD, SEM, HRTEM, N2 adsorption, mercury porosimetry, in situ FT-IR and so on. Besides, the active sites and accessibility of the acidic sites of FCC catalyst and their main components such as Y and ZSM-5 zeolites will be investigated systematically by using Intelligent Gravimetric Analyzer-mass spectrum (IGA-MS) and in situ FT-IR spectra of adsorbed basic probe moleculars with different size. Combinined the IGA-MS, in situ FT-IR, Frequency Response (FR) and Molecular Simulation, the adsorption and diffusion behaviour of some alkanes, olefins, arenes and sulfur compounds on those hierarchical catalytic materials will be investigated systematically in micro/nano-scales. Briefly,the synergism mechanism of size effect, active site and mass transfer in hierarchical FCC catalyst will be well understood combined with the performance of cracking activity of FCC catalyst. The work in this research proposal will lay theoretical foundations for the design and development of novel sensitive multi-sites of componts of FCC catalyst.

等级孔催化裂化(FCC)催化剂多活性敏感结构设计是FCC催化剂升级的核心，其尺度因子、活性因子及扩散因子之间的协同作用是催化裂化活性的关键。本课题拟通过合成方法和条件的控制制备具有不同晶粒大小、孔道尺寸及分布、孔道结构、骨架组成可调的等级孔FCC多组元Y、ZSM-5分子筛及催化剂，并用X射线衍射、电镜、N2吸附、压汞法、原位红外等方法进行尺度因子表征。采用原位吸附碱性探针分子的红外光谱技术及智能重量分析-质谱(IGA/MS)，研究等级孔FCC多组元结构及催化剂的活性中心及其可接近性。以烷烃、烯烃、芳烃和硫化物作为客体分子，采用IGA/MS、频率响应(FR)及分子模拟计算相结合的方法研究FCC多组元结构及催化剂中的多种吸附扩散传质过程、同时结合其催化裂化性能，建立FCC多组元结构及催化剂中尺度因子、活性因子及扩散因子之间的协同机制，为国家催化裂化催化剂这一核心技心全面升级提供关键设计依据。

催化裂化(FCC)作为重质油轻质化最核心的工艺，无论是产品分布还是产品质量都暴露出一系列严重的问题，比如轻质油收率低，汽柴油质量差，远远满足不了当前对清洁燃料的要求。面对产品轻质化、清洁化，炼油过程节能化、绿色化，废弃物回收与处理生态化、资源化这一“低碳、绿色”发展趋势，催化裂化催化剂及工艺从设计、制备、使用和回收处理均面临重大经济、技术与环境挑战。为了适应石油资源的高效利用、满足国内轻质油品需求、避免环境大气的严重雾霾污染问题，FCC催化剂及工艺过程升级成为我国的一项紧迫任务。应对这些挑战，本项目提出催化剂设计开发新理念，实现FCC催化剂的成功升级，成为我国整个炼油行业可持续发展的关键，也成为保障我国燃料供应与能源安全的关键。.本项目首先采用后处理(酸、碱、热处理)方法合成了等级孔Y型和ZSM-5分子筛，研究了合成方法对其孔道结构及分布、活性中心的种类、组成、形貌、分散度的影响。用原位红外(FT-IR)、程序升温脱附方法对催化剂的多敏感结构(Brönsted酸性质、Lewis酸性质、酸强度及分布、及酸性中心活性位的可接近性)进行了测定。通过分子模拟技术，计算了烷烃、烯烃、芳烃和硫化物等单组分模型化合物在等级孔Y、ZSM-5分子筛及催化剂上的吸附作用模式、吸附能、吸附构象及扩散行为。并用IGA、FR等实验方法研究了其在Y、ZSM-5分子筛、多孔基质及催化剂上的吸附扩散传质行为，确定了不同孔道间协调效应的影响，并关联了吸附扩散传质性能、催化活性中心的可接近性，考察了催化反应过程中的动力学过程对催化剂活性中心可接近性的影响。综合分析了活性中心及其可接近性(活性因子)、尺度因子(与微颗粒粒径、形貌)及扩散因子(与孔道结构、织构性质)之间的协同作用及其对催化剂催化裂化性能的影响，建立了协同作用机制，为FCC催化剂全面升级换代提供了技术支持。