隨著汽車工業的蓬勃發展,世界范圍內的各種汽車保有量逐年增加。近幾年,隨著我國經濟的快速增長,特別是汽車工業的快速發展,各種小汽車也大量普及進入到了尋常百姓家。由于我國人口眾多,隨著時間的推移,各種小汽車在我國的數量會越來越多。因為現在的汽車還在使用石油的提煉品——汽油或者柴油。這就為我們人類的生存環境帶來了巨大的污染。

雖然有些廠家在研制電瓶車、太陽能車或者混合動力車,但也僅僅是剛剛開始。為減輕由機動車所帶來的鉛的污染,人們早已開始了世界范圍的嘗試,以逐漸從汽油中除去如四乙基鉛和四甲基鉛等抗爆添加劑。在少用或不用汽油添加劑時出現的辛烷值的降低,必須通過由芳烴和異構石蠟烴代替低辛烷值的石蠟烴(正戊烷和正己烷)來予以補償。從熱力學角度來看,低溫有利于多支鏈石蠟烴的形成,因而汽油辛烷值的增加也最大通常,將殼牌臨氫異構化工藝過程( Shell Hysomer Process)和聯合碳化物公司 Isosiv工藝結合,用于從直鏈石蠟烴中分離支鏈烴和環狀烴。此過程叫做TIP(全異構化過程)。TIP法具有下列優點:只用 Hysomer催化劑,進料中含C5、C6石蠟烴及C6環烷烴分別為:60%、30%、10%。

在393K時獲得無鉛平衡研究法辛烷值(RON)為86,而在536K時則為82。被吸附在 Isosiv組分上的正構石蠟烴在異構化后獲得RON大于90,則上述溫度的范圍內其偏差小于一個辛烷值。這樣,為了更好地趨近平衡,可以提高反應器的溫度,但僅受C7和某些C烴裂化的限制。在這些情況下,沸石基雙功能催化劑對水和硫的毒性不敏感。

我國“車用無鉛汽油”國標(GB17930-1999)中,提出烯烴體積含量小于35%的質量指標。目前在我國車用汽油構成中,FCC汽油占80%左右,而FCC汽油中烯烴體積含量一般高達40%~60%。有些廠FCC汽油中烯烴高達60%,遠高于35%的新汽油標準。解決FCC汽油烯烴含量過高的問題,除了改進FCC技術、選擇能降低烯烴的FCC催化劑,直接對FCC汽油進行加氫是降低汽油硫含量、烯烴含量的又一新途徑。

但由于汽油辛烷值主要來源于其中的烯烴和芳烴,這些烯烴可以分為直鏈、支鏈、環狀單烯烴以及二烯烴和三烯烴等,不同的烯烴對汽油的辛烷值影響不同。對辛烷值降低與烴類之間的關系進行研究發現,C7烯烴的變化對辛烷值損失的影響最大。因此,降低汽油中的烯烴含量勢必會降低產品的辛烷值所以要選擇既能降低FCC汽油中烯烴,同時又能控制產物的辛烷值的催化汽油加氫技術。

因此,在保證不降低汽油辛烷值的前提下,降低FCC汽油中的烯烴含量十分重要。
在前面我們討論過,烯烴是汽油中的高辛烷值組分,大幅度降低烯烴的同時必須找到維持汽油辛烷值的途徑。ZSM-5沸石具有優異的烷基化、異構化和芳構化性能。

汽油中的大量烯烴有可能在ZSM-5沸石上通過烷基化、異構化和芳構化轉化成高辛烷值的烷基芳烴和異構烷烴,達到既降烯烴又維持辛烷值的目的。

但目前這方面的研究報道很少。張培青,王祥生等研究了不同晶粒度的HZSM-5沸石降低汽油中烯烴的性能。研究表明,不同晶粒度HZSM-5反應之初在生成大多數烷基苯和異構烷烴量上的差別顯然與新鮮催化劑酸度有關,大多數烷基苯和異構烷烴的穩定性差,酸度過高會使之裂解。張培青,王祥生等所用的納米沸石的酸度最高,可能加劇了烷基苯和異構烷烴的裂解反應程度,結果降低了其在催化產物中的含量。

另一方面,不同晶粒度HZSM-5反應過程中在活性穩定性方面和生成異構烷烴與大多數烷基苯方面的差異,則顯然與其晶粒度有關。

晶粒度減小對HZSM-5催化劑產生兩個直接效應:

一是增大了沸石孔口數量及孔口與外表面酸中心所占比例;

二是縮短了“胖分子”在微孔孔道中的擴散路程。同微米大晶粒HZSM-5相比,納米HZSM-5不但微孔對“胖分子”的吸附擴散阻力小,而且其相當多的酸中心位于不受微孔約束的孔口和外表面,所以在納米HZSM-5催化劑上異構烷烴和大多數烷基苯的生成和擴散受積炭引起微孔孔徑變小的影響很小。納米HZSM-5的這些優點為進一步改性制備優良的汽油降烯烴催化劑提供了良好的催化劑母體。
在上述文獻研究的基礎上,楊付、王祥生等又進行了超細HZSM-5沸石催化烴類芳構化反應的研究。對環己烷、正辛烷和1-辛烯三種模型反應物在超細ZSM5沸石上的芳構化反應進行了研究。為了有利于分析超細沸石在此類反應中的催化特點,還用微米晶粒度的ZSM-5沸石進行了對比。

由于具有較多的酸中心數目,超細沸石具有比微米沸石更高的催化烴類反應活性、更高的催化烴類芳構化活性和反應穩定性。在相同反應條件下,超細沸石的積炭量少于微米沸石。