Catalyseur HZSM-5 pour le catalyseur de l'isomérisation ZSM-5 d'hydroréformation

Résistance acide

Le zéolite ZSM-5 a la bonne résistance acide, il est résistant à de divers acides excepté l'acide fluorhydrique.

Rapport molaire : 15-1000
Forme nominale de cation : Ammonium/hydrogène

Poids%de Na₂O: 0,05
Superficie, m2/g : 450

ZSM-5

Le tamis ZSM-5 moléculaire revendique les propriétés uniques et exceptionnelles, qui sont généralement appliquées dans des processus et des applications importants à travers une large gamme d'industries. Utilisé généralement en convertissant le méthanol en essence et diesel aussi bien que raffinage du pétrole, ZSM-5 a prouvé supérieur aux catalyseurs acides solides amorphes dans les réactions telles que l'isomérisation de xylène, dismutation de toluène et l'alkylation etc. de toluène sur l'échange ionique ou la modification, les zéolites H-ZSM-5 peut être dérivée pour posséder également la Para-sélectivité augmentée. Somme toute, la polyvalence élevée de ce zéolite lui fait un matériel véritablement indispensable à travers beaucoup d'industries.

Introduction

Le tamis ZSM-5 moléculaire est un zéolite fortement siliceux d'aluminosilicate avec un système intersectant et tridimensionnel de canal. Sa formule chimique, NanAlnSi96-nO192 · 16H2O, montre la composition de cellules d'unité du zéolite. Dans cette formule la variable, n, peut s'étendre de 0 à 27. Ceci signifie que le rapport de la quantité de molécules de silicium et de molécules en aluminium peut être changé dans une marge assez étendue avec tout le nombre de molécules de silicium et en aluminium à 96,1, 2

ZSM-5 est un catalyseur sélectif de forme avec une structure unique, et il est l'un des matériaux microporeux les plus importants caractérisés par une structure de pore membered de l'anneau 10 (10-MR). Kokotailo a et autres rapporté que la structure de ZSM-5 dans 19783 et de la description structurelle de ZSM-5 est montrée dans la table sur le schéma 1.

Le cadre ZSM-5 contient une configuration nouvelle de tetrahedra lié, qui sont les unités de construction primaires des systèmes tridimensionnels de canal dans des structures de zéolite. L'unité de construction secondaire qui forme des ces le tetrahedra montrer une disposition 5-1, une caractéristique principale des zéolites de Pentasil, par lesquels 5 anneaux membered de l'oxygène sont formés. Quatorze cartels de tetrahedra pour former une sous-unité (désignée sous le nom de l'unité de Pentasil) avec huit visages, tout le pentagonal dans la forme. Les sous-unités pentagonales montrent la symétrie de 41 m2 (D2d) et la tringlerie linéaire de ces résultats d'unités dans la formation des chaînes prolongées le long de l'axe des z. La structure de cadre mettent en parallèle aux orientations <010> et <100> sont montrées sur le schéma 2,4

Description structurelle du schéma 1. du zéolite ZSM-5

Le cadre ZSM-5 contient deux ensembles 10-MR de canaux, perpendiculaire courante à une une autre, par le trellis. Un ensemble de canaux est droit avec un Å de la section transversale (5,2 x 5,7) légèrement elliptique et les autres canaux courus dans la formation de zig-zag (sinusoïdale) avec un Å de la section transversale (5,3 x 5,6) circulaire .5

Structure de cadre du schéma 2.

La diffraction des rayons X (XRD) est une technique puissante et facilement disponible pour déterminer les dispositions atomiques dans un zéolite. Comme n'importe quel autre matériel cristallin, le zéolite ZSM-5 montre les diagrammes diffraction uniques. De telles analyses de XRD sont utiles pour l'identification structurelle. L'analyse de XRD pour ZSM-5 montre cinq crêtes caractéristiques, suivant les indications du schéma 3, indiquant clairement la structure de MFI.

Analyse du schéma 3. XRD du zéolite ZSM-5

Images de SEM du changement ZSM-5 selon la méthode et les précurseurs de synthèse. Plusieurs différentes morphologies et formes de ZSM-5 sont disponibles pour l'achat sur le magasin en ligne matériel d'ACS.

Synthèse

Du moment le tamis ZSM-5 moléculaire a été avec succès synthétisé et son excellente représentation dans les applications a été découverte, des chercheurs ont travaillé inlassablement sur développer de diverses méthodes pour produire ZSM-5.6-8 actuellement, les méthodes les plus populaires de synthèse de ZSM-5 peut être rudement divisée en trois catégories suivantes : synthèse dans des systèmes d'amine organique et d'amine inorganique ; synthèse dans des systèmes de charge ; et la synthèse dans les systèmes hydrothermiques systems.9-12 non-hydraulique-thermique bien que les méthodes mentionnées ci-dessus impliquent différents calibres, les matières premières (différentes sources y compris de silicium et sources en aluminium) et des principes demeurent la même. La structure des matières premières est réarrangée pour former les structures uniques de canal de pore que nous connaissons en tant que sieves.13-14 moléculaire

Les rapports TPA+ et SiO2/Al2O3 sont deux facteurs importants qui influencent la synthèse du tamis ZSM-5 moléculaire. L'alcalinité du mélange de gel est un paramètre supplémentaire qui joue un rôle dominant. La teneur élevée en silice de cette structure rend le matériel particulièrement sensible à la solubilisation dans des milieux fortement alcalins. Aux concentrations élevées en hydroxyde, les phénomènes de cristallogénèse et de dissolution concurrencent, ayant pour résultat la formation de plus petits cristaux.

Les études ont indiqué que la nature aisément cristallisable du zéolite ZSM-5 des systèmes de gel peut être formée utilisant différents agents templating organiques. Van der Gaag prouve que, 6 hexanediol, 1,6 hexanediamine, 1 propanol, 1 propylamine, et pentaerythritol tous encouragent la formation de cette structure. Le cation de TPA+ est un additif préféré au mélange de synthèse dans ce cas, car il encourage fortement la formation de la structure ZSM-5 sur l'éventail des rapports SiO2/Al2O3. Les chutes de cette méthode, cependant, incluent le coût élevé des additifs, de corrosivité et du besoin de retrait des additifs avant d'utiliser le zéolite pour son activité catalytique. Des tentatives ont été faites de synthétiser le zéolite ZSM-5 d'un milieu sans calibre de gel et on a rapporté que quelques résultats rapportent le matériel fortement cristallin ZSM-5. Des tentatives continues sont faites de produire efficacement les bons zéolites ZSM-5 cristallins aux coûts bas.

Applications

Theproperties d'un zéolite ZSM-5 particulier dépendent de sa disposition cristalline de cadre, de l'uniformité de sa taille de canal et de l'acidité. Les zéolites ZSM-5 ont uniformément classé des pores qui vient à un avantage quand les molécules plus grandes que la taille du canal ne peuvent pas former dans le zéolite à des exceptions, parfois, aux intersections. Les dimensions de pore du zéolite ZSM-5 sont également uniquement appropriées à la formation des oléfines C7 et C8, et à leur cyclisation aux composés aromatiques correspondants. Cette propriété unique de ZSM-5 limite la formation tri aromatiques des composés cycliques de Di et, qui sont des précurseurs de coke.

La propriété particulière qui prépare les zéolites ZSM-5 particulièrement utiles pour des applications commerciales est sélectivité de forme. Le terme « sélectivité de forme » a été inventé en 1960 par Weisz et Frilette pour décrire les propriétés catalytiques uniques du petit pore sieves.15 moléculaire ce n'était pas jusqu'à plus tard que la disponibilité des zéolites moyens synthétiques du pore 6Å a augmenté le royaume de la sélectivité de forme. Finalement, c'était l'uniformité et l'ouverture moyenne de pore du ZSM-5, avec la probabilité de former les molécules de produit, qui ont préparé des zéolites de famille de pentasil appropriés à la catalyse sélective de forme. Le zéolite ZSM-5 diffère considérablement de la plupart des autres tamis moléculaires dans cela que sa sélectivité de forme a un range.16 dynamique très large

Généralement, la sélectivité de forme peut être classifiée dans les catégories suivantes : (1) sélectivité de réactif, (2) sélectivité restreinte d'état de transition et (3) sélectivité de produit.

(1) sélectivité de réactif

La sélectivité de réactif est quand seulement un certain type de molécule de réactif, plus petit dans la taille comparé aux autres, est répandu et traverse les pores de catalyseur. Le processus de désencausticage de distillat de Mobil, par exemple, est un processus sélectif de forme de réactif dans lequel seulement la chaîne droite ou légèrement embranché paraffine actuel dans un distillat peuvent entrer dans les pores ZSM-5, où ils obtiennent fendus à des produits plus légers. Ceci rapporte a moins le produit « que cireux » avec un inférieur le point de congélation.

(2) sélectivité restreinte d'état de transition

Ceci se produit quand les molécules de réactif et les molécules de produit sont assez petites pour répandre par le canal, mais les intermédiaires de réaction sont plus grandes que l'un ou l'autre de réactifs ou des produits et sont particulièrement contraintes. Monomoléculaire plutôt que les états de transition bimoléculaires sont favorisés à ces conditions. L'exemple le plus important de la sélectivité restreinte d'état de transition est l'absence de la cuisson tôt dans ZSM-5 le type tamis moléculaires. Ce type de sélectivité de forme joue un rôle important dans la fissuration sélective de paraffine dans la famille ZSM-5 des zéolites. Par exemple, la tension stérique du complexe plus grand d'états de transition exigé pour fendre le pentane 3 méthylique dans ZSM-5 est la cause proposée de son plus d'activité réduite que cela du n-hexane. Le méthanol à la conversion de l'essence (MTG) est un autre exemple important de sélectivité de forme d'état de transition, où l'espace disponible dans les cavités du ZSM-5 détermine le plus grand complexe bimoléculaire de réaction qui peut être formé.

(3) sélectivité de produit

Ceci se produit quand certains des produits formés dans les pores sont trop encombrants pour répandre et apparaître en tant que produits observés. Ils sont convertis en molécules moins encombrantes (par exemple par l'équilibration) ou mettent par la suite le catalyseur hors tension en bloquant les pores. La dismutation du m-xylène est le meilleur exemple de ceci. Parmi les produits alcoylés, 1, 3, le benzène 5 trimethy sera préférentiellement formé au benzène trimethy de la molécule 1,3,5 encombrants de produits. De même, dans l'isomérisation de xylène, le p-isomère est préférentiellement formé comparé au l'o-isomère.

Une des caractéristiques sélectives de forme unique de H-ZSM-5 est sa Para-sélectivité dans des réactions electrophillic de substitution telles que l'alkylation et la dismutation des composés aromatiques alkyliques. En ajustant l'activité acide de site du zéolite et en commandant les paramètres de diffusion, la Para-sélectivité élevée peut être réalisée.

Conclusion

Les caractéristiques mentionnées ci-dessus du zéolite ZSM-5 lui fait un catalyseur fortement approprié pour incroyablement une large variété de processus industriels comprenant la fissuration sélective de forme telle que la M-formation, le désencausticage de distillat, et les processus de désencausticage de lubrifiant. Processus d'aromatisation comme le m2 formant, cyclar, aroforming, et le méthanol de l'essence (MTG) de conversion à l'avantage également fortement du zéolite ZSM-5 aussi bien que former des processus de conversion sélectifs comme l'isomérisation de xylène, la dismutation de toluène, la synthèse d'éthylbenzène, et la synthèse éthylique de toluène de Para. Il va de soi que le le zéolite ZSM-5 est un matériel fortement précieux dans beaucoup d'industries d'un bout de l'affaire à l'autre.