1. Einfluss der Magnesiumoxidzugabe auf den Magnesiumoxidgehalt in FCC-Katalysatoren
Hebei Messi Biology Co., Ltd. gab an, dass zwischen der Magnesiumoxidzugabe und dem Magnesiumoxidgehalt im Katalysator kein linearer Zusammenhang besteht. Bei geringer Magnesiumoxidzugabe steigt der Magnesiumoxidgehalt im Katalysator schneller an, bei höherer Magnesiumoxidzugabe hingegen langsamer. Dies kann daran liegen, dass die Katalysatoroberfläche eine bestimmte Anzahl saurer Zentren enthält, die mit Magnesiumoxid Säure-Base-Reaktionen eingehen können. Reagieren die sauren aktiven Zentren auf der Katalysatoroberfläche bis zur Sättigung mit Magnesiumoxid, kann Magnesiumoxid nur schwer in die Poren eindringen und mit den inneren sauren aktiven Zentren reagieren, sodass der Magnesiumoxidgehalt im Katalysator langsam ansteigt.
2. Einfluss des Magnesiumoxidgehalts auf Säuretyp und Säuremenge von FCC-Katalysatoren
Säuretyp und Säuremenge von magnesiumoxidmodifizierten FCC-Katalysatoren wurden mittels Infrarotspektroskopie bestimmt, die Säuremenge durch Integration der Peakfläche ermittelt. Nach der Magnesiumoxidmodifizierung enthält der FCC-Katalysator L- und B-Säure. Der Säuregehalt steigt zunächst an und sinkt dann mit steigendem Magnesiumoxidgehalt. Bei einem Magnesiumoxidgehalt von etwa 1,50 % (D) erreicht er seinen Maximalwert. Die Gesamtsäurestärke des mit Magnesiumoxid modifizierten FCC-Katalysators ist überwiegend schwach (Spitze bei etwa 150 °C). Die Stärke der schwachen Säure ändert sich stark, während die Stärke der mittelstarken Säure (Spitze bei etwa 300 °C) kaum variiert. Mit steigendem Magnesiumoxidgehalt steigt die Säurestärke des FCC-Katalysators bei etwa 150 °C zunächst an und sinkt dann. Bei einem Magnesiumoxidgehalt von 1,50 % erreicht die Säurestärke der Katalysatoroberfläche ihren Maximalwert. Dies deutet darauf hin, dass die Zugabe einer geeigneten Magnesiummenge zum FCC-Katalysator die Säurestärke der FCC-Katalysatoroberfläche erhöhen kann. Da Magnesium in Form von MgO, Mg₂+Mg(OH)*Mg(OH)₂ usw. vorliegt, beeinflusst seine Form direkt den Säuregehalt und die Mikroreaktion der Molekularsieboberfläche. Magnesium kann durch Wechselwirkung mit dem aktiven Zentrum der Katalysatoroberfläche eine neue Verbindung bilden. Die Säurestärke der Hydroxylgruppe in dieser Verbindung kann stärker sein als die der Silanolhydroxylgruppe, wodurch die Säurestärke des FCC-Katalysators erhöht wird. Da die Anzahl der Säurezentren auf der Oberfläche des FCC-Katalysators begrenzt ist, steigt die Säurestärke der Katalysatoroberfläche ab einem bestimmten Magnesiumoxidgehalt nicht mehr an.
3. Einfluss des Magnesiumoxidgehalts auf die Mikroreaktionsaktivität des FCC-Katalysators
Die Mikroreaktionsaktivität des FCC-Katalysators nimmt mit steigendem Magnesiumoxidgehalt zunächst zu und dann ab. Bei einem Magnesiumoxidgehalt von 1,50 % erreicht die Mikroreaktionsaktivität des FCC-Katalysators ihren Höchstwert. Dies liegt einerseits daran, dass die Zugabe einer geeigneten Menge an Erdalkalimetall-Magnesium zum Katalysator die Wechselwirkung zwischen Matrix und aktivem Zentrum verbessert. Diese starke Wechselwirkung kann die Dispersion und die Antisinterfähigkeit des metallischen Magnesiums auf der Oberfläche des FCC-Katalysators verbessern, die Kohlenstoffablagerung auf der Katalysatoroberfläche verringern und die Aktivität des Katalysators erhöhen. Andererseits kann die Zugabe einer geeigneten Menge an Magnesiumoxid zum Katalysator mit dem freien Aluminium im Katalysator interagieren und Magnesium-Aluminium-Verbindungen bilden, welche die Mikroreaktionsaktivität des Katalysators verbessern können. Übersteigt der Magnesiumoxidgehalt 1,5 %, nimmt die Mikroreaktionsaktivität mit steigendem Magnesiumoxidgehalt ab. Dies kann daran liegen, dass sich übermäßiges Magnesiumoxid in den Katalysatorporen ablagert, wodurch das Porenvolumen und die Oberfläche des Katalysators reduziert werden und somit die Mikroreaktionsaktivität des Katalysators sinkt.
4. Einfluss der Magnesiumoxidmodifizierung auf die Reaktionsleistung des FCC-Katalysators
Im Vergleich zum unmodifizierten FCC-Katalysator sind die Leichtölausbeute und die Gesamtflüssigkeitsausbeute des magnesiumoxidmodifizierten Katalysators deutlich erhöht. Mit steigendem Magnesiumoxidgehalt steigt die Konversionsrate zunächst an und sinkt dann wieder. Bei einem Magnesiumgehalt von etwa 1,50 % erreicht die Konversionsrate den Maximalwert; die Koksselektivität (Koksfaktor) zeigt einen Trend, der mit steigendem Magnesiumoxidgehalt zunächst abnimmt und dann wieder zunimmt. Ihr Änderungsverhalten entspricht im Wesentlichen der Aktivität. Bei hoher Aktivität erreicht die Koksselektivität den optimalen Wert.
Schlussfolgerung:
Magnesium wurde durch Imprägnierung in den Katalysator für katalytisches Cracken (FCC) eingebracht. Der Säuregehalt und die Mikroreaktionsaktivität der Probe wurden mittels Infrarotspektroskopie (FT-IR), temperaturprogrammierter Ammoniak-Adsorption und -Desorption (NH3-TPD) und einem Gerät zur Bestimmung der Mikroreaktionsaktivität (MAT) charakterisiert. Zur Auswertung wurde die Pilotanlage für katalytisches Cracken verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass bei einer Modifizierung des FCC-Katalysators mit Magnesiumoxid mit steigendem Magnesiumoxidgehalt die Menge an L-Säure und B-Säure auf der Katalysatoroberfläche zunächst zunimmt und dann abnimmt, die Säurestärke des Katalysators bei etwa 150 °C zunächst zunimmt und dann abnimmt, die Mikroreaktionsaktivität, die Umwandlungsrate und die Koksselektivität des Katalysators sich zunächst verbessern und dann verschlechtern, und dass bei einem Magnesiumoxidgehalt von etwa 1,50 % (Massenanteil) die Gesamtsäuremenge, die Säurestärke und die Aktivität des Katalysators am höchsten sind und auch die Umwandlungsrate und die Koksselektivität des Katalysators optimale Werte erreichen.