Что такое цеолит ZSM-5?
ZSM-5 (Zeolite Socony Mobil-5) представляет собой алюмосиликатный цеолит с типом каркаса MFI (Mordenite Framework Inverted), открытый учёными Mobil Oil в 1972 году. Он отличается уникальной двухмерной системой пор с прямыми каналами (5,5×5,1 Å), пересечёнными синусоидальными каналами (5,3×5,6 Å), что обеспечивает исключительную селективность по форме, которой не обладает ни один другой цеолит.
Такая селективность по форме позволяет проводить реакции, невозможные с крупнопористыми цеолитами: производство пара-ксилола из смеси ксилолов (с отделением орто- и мета-изомеров), селективное получение олефинов из метанола (MTO/MTP), а также селективный крекинг н-алканов в процессах депарафинизации. ZSM-5 стал рабочей лошадкой современной нефтехимической каталитики и используется практически на каждом крупном нефтеперерабатывающем и нефтехимическом комплексе мира.
Три физические формы
1. Порошок ZSM-5 (D50 2-10 мкм)
Тонкокристаллический порошок для производителей катализаторов, которые осуществляют формовку и металлопропитку ZSM-5 собственными силами. Применяется в качестве добавки к FCC (в смеси с цеолитом Y при содержании 1-25%), компонента катализатора MTO и ингредиента специальных катализаторов.
- Размер частиц: D50 2-5 мкм (стандартный), 5-10 мкм (крупный)
- Размер кристаллов: 0,5-5 мкм в зависимости от условий синтеза
- Кристалличность: ≥95% (РФА)
- Применение: FCC каталитическая добавка, MTO катализатор, цеолит исследовательского качества, индивидуальный синтез катализаторов
2. ZSM-5 в гранулах (экструдат 1.5-3 мм)
Цилиндрический экструдат, сформованный с инертным связующим (как правило, оксид алюминия или аттапульгитовая глина) для прямого использования в реакторах с неподвижным слоем. Применяется в изомеризации ксилола, синтезе этилбензола и диспропорционировании толуола.
- Размер: Диаметр 1.5 мм, 2 мм, 3 мм (длина 3-10 мм)
- Связующее: 20-30 мас.% оксида алюминия (стандарт) или по индивидуальному заказу
- Прочность на раздавливание: ≥50 Н/мм (осевое)
- Применение: Изомеризация ксилола, синтез этилбензола, производство кумола, диспропорционирование толуола
3. Шарик ZSM-5 (сфера 1-3 мм)
Сферические гранулы, изготовленные методом масляной капли или тарельчатой грануляции, обеспечивают низкое гидравлическое сопротивление и равномерную упаковку. Применяются в реакторах с неподвижным слоем с глубокими слоями катализатора или в системах с движущимся слоем.
- Размер: 1-2 мм, 2-3 мм, 3-5 мм
- Насыпная плотность: 0,6-0,8 г/см³
- Прочность на раздавливание: ≥60 N/гранулу (2 мм)
- Применение: Алкилирование в неподвижном слое, изомеризация в глубоком слое, движущийся слой регенератора катализатора
Технические характеристики
Марки порошков по соотношению SiO₂/Al₂O₃
| Параметр | ZSM-5-25 | ZSM-5-50 | ZSM-5-100 | ZSM-5-200 | Силикалит-1 |
|---|---|---|---|---|---|
| SiO₂/Al₂O₃ (молярное) | 25 | 50 | 100 | 200 | >1000 |
| Na₂O (масс.%) | ≤0.10 | ≤0.10 | ≤0.10 | ≤0.10 | ≤0.10 |
| Удельная поверхность (м²/г) | ≥350 | ≥380 | ≥400 | ≥400 | ≥400 |
| Объём пор (см³/г) | ≥0.15 | ≥0.18 | ≥0.20 | ≥0.20 | ≥0.20 |
| Кристалличность (XRD, %) | ≥95 | ≥95 | ≥95 | ≥95 | ≥95 |
| D50 (мкм) | 2-5 | 2-5 | 2-5 | 2-5 | 2-5 |
| Относительная кислотность | Очень высокая | Высокая | Средняя | Низкая | Пренебрежимая |
| Основное применение | MTO, FCC | Изомеризация ксилола | Синтез EB | Депарафинизация | Адсорбция |
Формованные формы (гранулы / шары)
Для гранул и шариков ZSM-5 связывается с 20-30 мас.% инертного оксида алюминия или аттапульгитовой глины. Содержание активного ZSM-5 обычно составляет 70-80 мас%. Формованные марки могут поставляться в Н-форме (протонно-обменной, активные кислотные центры) или с нанесёнными металлами (Ni, Pt, Cu, Zn) для специфических реакций. Индивидуальное соотношение SiO₂/Al₂O₃ и содержание металла доступны по запросу.
Ключевые применения
- Метанол в олефины (MTO) и метанол в пропилен (MTP): Превращение метанола, полученного из угля или природного газа, в этилен и пропилен — ключевая технология для заводов по производству олефинов из угля (CTO) и метанола (MTO) в Китае
- Добавка для каталитического крекинга (FCC): Смешивается с цеолитом Y в количестве 1-25% для повышения октанового числа бензина и увеличения выхода пропилена. Для этого применения используется стандартная марка ZSM-5-25.
- Изомеризация ксилолов: Превращает смесь ксилолов в пара-ксилол (PX) — прекурсор для очищенной терефталевой кислоты (PTA) и ПЭТ. Селективность по форме ZSM-5 обеспечивает >90% селективности по PX за один проход.
- Синтез этилбензола: Жидкофазное алкилирование бензола этиленом с получением этилбензола — прекурсора для стирола и полистирола.
- Производство кумола: Алкилирование бензола пропиленом с получением кумола (изопропилбензола) — прекурсора для фенола и ацетона.
- Диспропорционирование толуола: Превращает толуол в ксилолы и бензол, используется для балансировки производства ароматических соединений.
- Каталитическое депарафинирование: Селективный крекинг н-алканов для улучшения низкотемпературных свойств дизельного топлива и смазочных масел (температура застывания, помутнения).
- Катализатор NOx SCR: Cu- или Fe-обменный ZSM-5 является стандартным NH₃-SCR катализатором для восстановления NOx в дизельных выхлопах и промышленных отходящих газах.
Почему стоит выбрать наш ZSM-5?
- 5 стандартных соотношений SiO₂/Al₂O₃ от 25 до 1000, а также индивидуальные соотношения
- 3 физические формы — порошок, гранулы, шары — для любой конструкции реактора
- Высокая кристалличность ≥95% XRD для стабильной производительности
- Индивидуальный ионный обмен металлов — H-форма, Na-форма или металлоимпрегнированная (Cu, Ni, Pt, Zn, Fe)
- Сертифицировано по ISO 9001:2015 с партионным CV <5% for key parameters
- Бесплатный образец 1-2 кг для лабораторных испытаний
- более 15 лет экспортного опыта обслуживаем производителей катализаторов и нефтеперерабатывающие заводы по всему миру
Часто задаваемые вопросы
Что такое цеолит ZSM-5 и что делает его уникальным?
ZSM-5 (Zeolite Socony Mobil-5) — это алюмосиликатный цеолит с каркасным типом MFI, открытый компанией Mobil Oil в 1972 году. Его уникальная двумерная система пор (прямые каналы 5,5×5,1 Å и синусоидальные каналы 5,3×5,6 Å) обеспечивает селективность по форме, недостижимую для других цеолитов. Это означает, что только молекулы определённого размера могут проникать в поры и вступать в реакцию, что позволяет проводить селективные реакции, такие как получение пара-ксилола из смеси ксилолов и селективность по метанолу в пропилен (MTP). ZSM-5 является рабочей лошадкой современного нефтехимического катализа.
Для чего используется ZSM-5?
Основные области применения: (1) Конверсия метанола в олефины (MTO) и метанола в пропилен (MTP) — превращение метанола, полученного из угля/природного газа, в этилен и пропилен. (2) Добавка для каталитического крекинга (FCC) — повышает октановое число бензина и увеличивает выход пропилена. (3) Изомеризация ксилолов — превращение смеси ксилолов в пара-ксилол (PX), прекурсор для ПЭТ и полиэстера. (4) Синтез этилбензола из бензола и этилена. (5) Производство кумола из бензола и пропилена. (6) Диспропорционирование толуола в ксилолы и бензол. (7) Каталитическое депарафинирование дизельных и смазочных масел.
В чём разница между ZSM-5 и цеолитом Y?
ZSM-5 и цеолит Y (фоязит, FAU) — оба являются промышленными катализаторами, но обладают различными свойствами: ZSM-5 имеет средний размер пор (5,5 Å), обеспечивая селективность по форме для ароматических соединений и олефинов C6-C10, тогда как цеолит Y имеет крупные поры (7,4 Å), что обеспечивает доступ для более крупных молекул, таких как вакуумный газойль (VGO) и остатки. Цеолит Y является основным катализатором FCC (крекинг тяжёлых нефтей в бензин), тогда как ZSM-5 применяется как добавка к FCC (повышает октановое число и выход лёгких олефинов). В процессе MTO ZSM-5 даёт более высокое соотношение пропилен/этилен; SAPO-34 (силикоалюмофосфат) обеспечивает более высокую селективность по этилену.
Как синтезируется ZSM-5?
ZSM-5 синтезируется гидротермальным методом из геля, содержащего: (1) источник кремнезёма (силикат натрия, коллоидный кремнезём или пирогенный кремнезём), (2) источник глинозёма (алюминат натрия или сульфат алюминия), (3) щёлочь (NaOH), (4) темплат-направляющий структуру агент (как правило, гидроксид тетрапропиламмония — TPAOH или бромид тетрапропиламмония — TPABr) и (5) воду. Гель кристаллизуется в автоклаве при 150–180 °C в течение 24–96 часов, затем промывается, высушивается и прокаливается при 500–550 °C для удаления темплата и раскрытия поровой структуры. Соотношение SiO2/Al2O3, тип темплата и условия кристаллизации определяют размер кристаллов, морфологию и кислотность.
Какие соотношения SiO2/Al2O3 вы предлагаете для ZSM-5?
Стандартные молярные соотношения SiO2/Al2O3: 25 (высокая кислотность, для крекинга и MTO), 50 (средняя, для изомеризации ксилолов), 100 (низкая кислотность, для селективных реакций по форме), 200-500 (очень низкая кислотность, для высокотемпературных селективных реакций), 1000 (силикалит-1, гидрофобный, для органической адсорбции). Все марки доступны в виде порошка (D50 2-10 мкм), экструдированных гранул (1,5-3 мм) или сферических гранул (1-3 мм). Индивидуальное соотношение SiO2/Al2O3 и ионный обмен металлами (H-форма, Na-форма или с нанесённым металлом) доступны по запросу. MOQ 100 кг для порошка, 500 кг для формованных продуктов.