復合分子篩在石油化工領域的研究進展

李執軍

摘要：分子篩是石化行業中十分重要的助劑、催化和吸附材料，是石化行業需要重點研究的項目。本文首先對分子篩的定義和結構特點進行介紹，接著分析了復合分子篩在石油化工領域的應用，最后分析了復合分子篩在石油化工領域的研究進展。希望通過本文的研究，為分子篩相關的研究者和學習者提供一些參考。

關鍵詞：復合分子篩;石油化工：應用;研究進展

1分子篩的定義

分子篩材料對極性分子、飽和分子有優先選擇性吸附的能力。從而把極性程度、飽和度、分子直徑不同及熱穩定性不同的分子篩出來，具有分離吸附分子的“篩分”作用，所以稱之為分子篩。常見的分子篩為籠型立方品格的硅鋁酸鹽化合物，如硅鋁酸鹽或硅酸鹽等。

2分子篩的結構特點

現在種類的分子篩產品主要由以下幾種結構特點：首先，以硅鋁原子為中心的正四面體組成的基本結構單元。其次，由許多正四面體通過氧橋連接，形成環型結構。常見的環有四元環、五元環、六元環、八元環和十二元環等。其組成的分子篩的有效孔徑從Inm～8nm不等。再次，由環型結構通過氧橋再相聯，就形成了三維立體的多面體，即籠形結構。目前常用的籠結構分子篩有六方柱籠、籠（6個四元環組成，有8個頂角組成）、B籠（8個六元環和6個四元環組成的十四面體，有24個頂角）可構成A型、X型、Y型分子篩、a籠（6個八元環、8個六元環和12個四元環組成的二十六面體，有48個項角）就A型分子篩的主孔穴。八面沸石籠（4個十二元環、4個六元環和18個四元環組成的二十六面體，有48個項角）是X型和Y型分子篩的主孔穴。最后，由不同結構的籠再通過氧橋連結成不同結構的分子篩。

3復合分子篩在石油化工行業中的應用

分子篩問世以來的半個多世紀里，其相關技術發展主要應用于滿足三大傳統領域的需要。首先在傳統石油、化工的催化過程，在日用品行業和煤礦及放射性行業廢氣、廢液處理需要的離子交換過程等等。分子篩在石油化工領域的應用不斷擴大，促進了我國經濟的快速發展。在石化行業中主要應用于石油裂解、乙烯、丙稀干燥、天然氣干燥和二氧化碳脫附、加氫裂解提純等。分子篩產品在石油化工領域的應用逐步拓展，市場規模逐步擴大，每年的市場需求量可達8000噸左右。主要的催化、吸附產品為3A、4A、5A和13X分子篩。

3.1吸附劑

按功能來分，具有吸附能力的分子篩材料主要用于化工行業和環境凈化分離行業，以及干燥劑等相關領域。由于分子篩材料的物理吸附能對物質進行吸附，內部孔腔有很強的極性和庫倫場，可以對極性分子和不飽合分子進行吸附。吸附材料，用于工業與環境的分離與凈化、干燥領域。分子篩作為吸附劑可在廢水處理中脫除重金屬離子，處理有機廢水、改性后的分子篩可對水中的化合物進行去除，并且效果良好。在氣體分離領域，分子篩吸附劑可用于變壓吸附制氮、二氧化碳、氧氣等。分子篩吸附劑也是很好的油品清潔劑。

3.2催化劑

為使分子篩內部能夠有效的容納分子，沸石分子篩的孔徑應比反應物分子大，但也不能超過一定范圍。使催化過程中經過路易斯酸催化反應發生，其中必須使用有效生成分子才能形成完整的催化過程。

3.3離子交換劑

目前工業上已經成為規模的分子篩材料有LTA型、FAU型、MOR型、LTL型等幾十種產品。介于石油化工應用中需要的條件更為嚴格的情況，新型分子篩材料已經具備較大的孔徑，并使得其水熱穩定性和熱穩定性設法得到滿足。2mn以上的孔道和空腔也是能夠實現的。分子篩材料在其它行業，如冶金工程、化工材料、電子材料、石油化工、天然氣等工業領域中已被廣泛使用。分子篩成型技術所制備的分子篩成品由于具有強度高的特點，具有較強的市場競爭能力，如果市場開拓能力跟上，應該能產生較好的經濟效益。目前，新型分子篩材料已經應用于許多其它行業中，作為新型材料在環保領域表現出重要戰略地位。分子篩材料已經成為促進相關行業經濟發展的關鍵技術，其特性使它成為環境保護工程領域重要材料。

4復合分子篩的研究進展

復合分子篩主要集中在介/微孔復合分子篩和微/微孔復合分子篩的研究上面。目前，已經合成出來的分子篩的種類很多如：ZSM-5/MCM-41復合分子篩、MOR/MCM-41復合分子篩、Y/MCM-41復合分子篩、HZSM-5/SAP0-34復合分子篩等。常見的微/微孔復合分子篩的種類有：ZSM-5/絲光沸石混晶分子篩、ZSM-5/Y復合分子篩，以及大連物化研究所研制開發的ZSM-5/ZSM-11共晶分子篩，美國Mobil公司合成的SAP0-18/SAP0-34共晶分子篩。復合分子篩的出現彌補了沸石分子篩孔徑太小不能對大直徑分子進行篩分的不足。

2006年，Zhang等利用水熱合成法合成了SAPO-ll/H-Beta復合分子篩，將其應用在2丁烯裂解制C2-C3烯烴中。他們認為H-Beta骨架是建立在硅源的基礎上，而后作為SAPO-11結晶平臺。Zheng等利用二步水熱結晶工藝.合成Beta/Mordenite復合分子篩，并將其應用到甲醇脫水反應中。實驗表明，Beta/Mordenite復合分子篩同時具有微孔和介孔結構，并且擁有獨立的酸性。

2011年，Duan等人利用水熱合成法成功制備出HZSM-5/SAP0-34復合分子篩并將其應用到甲醇制丙烯反應中，這種復合分子篩在甲醇轉化過程中得到了較高的丙烯收率。2015年，胡云峰等合成出SAP0-18/SAP0-34共晶分子篩，并將其應用到卜丁烯催化裂解反應中獲得了較高的丙烯選擇性。復合分子篩在分子篩的開發與應用研究歷程中占有重要的地位，復合分子篩的出現不僅彌補了分子篩單一孔道的弊端，而且能夠通過合成出不同孔徑尺寸及不同孔道結構的分子篩來幫助反應過程中反應物與生成物的擴散，減小擴散阻力。

參考文獻

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