芳烃是重要的化工原料,主要来自于催化重整和蒸汽裂解。虽然近几年,国际芳烃市场呈现较为低迷的状态,但我国仍存在一定的芳烃缺口,对进口的依赖性强。通过低碳烷烃芳构化,既可以在一定程度降低我国的芳烃进口量,又可以对低价值的低碳烷烃资源实现合理的利用。对于C₅-C₆的烷烃,应属于汽油馏分,其中异构烷烃含量较低,辛烷值不高,难以符合越来越严苛的汽油标准的要求。同时,C₅难于进行重整,所以正戊烷的芳构化反应具有一定的现实意义。正戊烷的芳构化反应常采用金属改性的ZSM-5分子筛为催化剂,金属组分提供脱氢活性中心,分子筛提供酸性中心。采用固定床微反装置探究了反应温度和空速对正戊烷芳构化反应的影响,结果表明,反应温度升高,正戊烷的转化率增加,但反应温度过高,裂化反应加剧,不利于芳烃的生成。正戊烷的质量空速过高时,反应物分子与催化剂活性中心的接触时间较短,接触频率较低,从而影响了正戊烷的转化;同时,生成的烯烃中间物种未进行芳构化反应就直接离开反应体系,导致芳烃收率降低。分子筛催化剂的固有酸性质主要是由分子筛的硅铝比决定的,因此考察了分子筛硅铝比对正戊烷芳构化反应的影响。分子筛硅铝比较低时,酸量大、酸性强,正戊烷倾向于直接裂化;硅铝比过高时,虽裂化反应减缓,但氢转移和烯烃聚合反应受限,导致烯烃的选择性升高,目的产物芳烃选择性下降;初步确定ZSM-5分子筛硅铝比在38左右为宜。此外,通过分析不同转化率下的正戊烷反应的产物分布,对正戊烷芳构化的路径也进行了推测并构建了反应网络。在最优ZSM-5分子筛硅铝比的基础上,进一步考察了Zn的负载量对正戊烷芳构化反应性能的影响。负载量较低时,分子筛的酸性强,正戊烷转化率较高,但芳烃的选择性比较低;负载量过高时,正戊烷转化率下降,且分子筛失活速率加快;初步确定Zn负载量在2.0 wt%左右为宜,所得最高芳烃选择性约32 wt%。此外,鉴于甲醇芳构化是放热反应,正戊烷芳构化为吸热反应,考虑将两者芳构化过程进行结合,以实现能量的耦合利用。结果表明,引入甲醇后,正戊烷芳构化的温度小幅降低,同时芳烃的选择性提高,而干气和低碳烃类的选择性下降,体现了两者间反应的协同。