CN103055916B - 一种催化裂化催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种催化裂化催化剂的制备方法。该催化裂化催化剂采用的REY型分子筛的制备方法包括:以NaY分子筛为原料,先经铵交换处理,然后进行水蒸汽处理,水蒸汽处理后的Y分子筛经含H+、NH4 +、RE3+、有机溶剂的混合溶液处理,再经干燥制得成品。本发明催化裂化催化剂制备过程中采用的稀土离子交换的方法制备REY,在离子交换液中加入有机试剂,这样既保持了离子交换方法操作简单、稀土在沸石上分布均匀的优点,又增强了稀土离子交换能力,增加稀土的抗钒能力,使所得催化剂具有较高的活性和良好的活性稳定性。该催化剂尤其用于含钒重油的催化裂化反应中,重油裂化能力强,轻质油收率高,抗重金属污染能力强。
Description
技术领域
本发明涉及一种烃油催化裂化催化剂的制备方法。
背景技术
催化裂化过程是重要的重油轻质化工艺,随着催化裂化原料油的日益变重以及环保法规的日益严格。在裂化反应中,由于镍、钒等金属沉积在催化剂上,造成催化剂活性下降,催化剂耗量增加,操作费用大幅度提高。为了减少镍、钒的污染,希望从根本上开发抗重金属污染能力强的催化裂化催化剂。
沉积在分子筛表面的钒物种,在氧化气氛下分解,形成含氧钒离子,在催化剂再生的高温水热过程中,进一步反应生成具有强酸特性的钒酸,从而加速了分子筛骨架结构的破坏,导致了裂化反应活性的下降。沉积在催化剂上的稀土氧化物可以优先与V2O5反应,生成的稳定化合物抑制钒对分子筛的破坏作用。
目前,工业制备REY分子筛的方法通常是采用含稀土离子溶液与分子筛交换的方法制得,这样在交换后只有一部分稀土离子交换进入分子筛,还有一部分稀土离子留在交换液中,过滤后随滤液排掉,导致稀土利用率不高。即使制备时稀土过量,以目前传统的一交一焙方法制备的REY分子筛,最大氧化稀土含量一般为14wt%;而采用部分交换焙烧产物循环的方法制备的REY,其氧化稀土含量也不高于16wt%;采用稀土沉淀的方法制备REY,其氧化稀土的含量也没有超过16wt%,也就是说,不论是采用离子交换或者沉淀等传统方法制备的REY分子筛,其氧化稀土的含量很难再提高。
CN1334314A公开了一种含有改性Y型分子筛的抗钒助剂的制备方法。该方法采用高岭土原位晶化工艺和添加稀土捕钒组分相结合的方法制备的,其中高岭土晶化后的微球通过三次铵交换、一次焙烧,然后用含稀土溶液离子交换,制成RE2O3为0.3%~12.0%的抗钒助剂。该方法仍然存在稀土金属利用率不高的缺点。
CN1221016A公开了一种含稀土的抗钒中毒的烃类裂化催化剂的制备方法。该方法是将混合稀土溶液用选自氨水、磷酸氢铵或磷酸铵、碳酸铵或者是它们的混合物的一种沉淀剂沉淀后,将其与载体浆液和分子筛浆液混合,然后喷雾干燥成型。该方法是在稀土沉淀先形成后,再与分子筛浆液进行混合,导致稀土沉淀只与分子筛表面接触,大部分稀土沉淀没有进入分子筛孔道,稀土很难发挥抗钒作用。
CN1436728A公开了一种稀土超稳分子筛制备方法,是以NaY型分子筛为原料,化学脱铝络合剂中含有草酸或草酸盐及其混合物,同时在化学脱铝反应后期引入稀土离子,形成稀土沉淀。该方法改变了稀土组分的加入方式,但是此种加入方式使稀土组分在分子筛上很难分布均匀,导致分子筛抗钒中毒的能力较其它制备方法制备的分子筛并没有明显增强。
CN1362367A公开了一种Y沸石用稀土离子改性的方法,以NaY沸石为原料,经NH4 +交换、水蒸汽处理、再用含H+、NH4 +、RE3+的混合溶液进行处理,最后进行干燥、焙烧而得到的含有稀土的改性Y沸石。该方法改善了稀土在沸石上的分布,但仍存在稀土离子溶液与分子筛交换时,稀土离子交换量小的问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种催化裂化催化剂的制备方法。该方法采用了一种稀土离子交换能力强、稀土金属分散均匀、抗钒能力强的含稀土的Y分子筛,使所得的催化裂化催化剂具有较强的重油裂化能力和抗钒污染能力。
本发明催化裂化催化剂的制备方法,该催化裂化催化剂含有以干基计10 wt%~50wt%的REY型分子筛,以氧化物计10wt%~40wt%的无机氧化物粘结剂和以干基计10 wt%~70wt%的粘土;所述的REY分子筛的制备方法,包括:以NaY分子筛为原料,先经铵交换处理,然后进行水热处理,水热处理后的Y型分子筛经含H+、NH4 +、RE3+、有机溶剂的混合溶液处理,再经干燥制得REY分子筛,其中含H+、NH4+、RE3+和有机溶剂的混合溶液中,H+的浓度为0.05~0.20mol/L,最好是0.05~0.15mol/L,NH4+的浓度为0.5~3.0mol/L,最好是1.0~2.0mol/L,RE3+的重量浓度为0.01%~5.0%,最好是0.5%~3.0%,有机溶剂的浓度为0.05~1.0 mol/L,最好是0.1~0.5mol/L;所述的有机溶剂选自含氧有机化合物和含氮有机化合物中的一种或多种。
所述的含氧有机化合物优选为有机醇、醛和酯中的一种或几种,例如:乙二醇、丙三醇、二乙二醇、丁二醇、十二烷醇、十六烷醇、丙酮醛、甘油二酯、甘油三脂等中的一种或多种,含氮有机化合物优选有机胺,例如:乙二胺、氮基三乙酸(NTA)中的一种或两种。
所述的稀土RE为镧、铈、镨、铷中的一种或多种,所述的含H+、NH4+、RE3+和有机溶剂的混合溶液中的阴离子可以是Cl-、NO3 -、SO4 2-、CO3 2-等中的一种或多种。采用含H+、NH4 +、RE3+、有机溶剂的混合溶液处理的条件为:温度为40~150℃,最好为70~100℃,Y型分子筛与混合溶液的重量比为1:3~15,最好是1:5~10,处理时间为0.5~4.0小时,最好是1.0~2.0小时,处理次数为1~3次,最好是1~2次,每次用混合溶液处理后均进行母液分离,最后一次混合溶液处理经母液分离后得到的滤饼在100~120℃进行干燥1~3小时,得到本发明含稀土的Y型分子筛(REY型分子筛)。
本发明方法所得的含稀土的Y型分子筛中,稀土RE以氧化物(RE2O3)计的重量含量为0.1%~16.0%,最好是5.0%~12.0%;Na2O的重量含量为0.05%~0.50%,最好是0.03%~0.30%;硅铝摩尔比(SiO2/Al2O3)是5.0~20.0,最好是7.0~16.0,晶胞参数是2.435~2.455nm,最好是2.435~2.455nm,相对结晶度是85%~100%,最好是90%~100%。
本发明方法制备的催化剂活性高,抗钒氧化能力强,尤其用于催化裂化反应中,重油裂化能力强,轻质油收率高,抗重金属污染能力强。该催化剂中所含的REY分子筛,采用了稀土离子交换的方法制备REY,在离子交换液中加入有机溶剂,这样既保持了离子交换方法操作简单、稀土在沸石上分布均匀的优点,又增大了稀土离子交换量,增强了稀土的抗钒能力,同时使催化剂具有较高的活性和良好的活性稳定性。
具体实施方式
本发明催化剂所述的含稀土的Y分子筛的具体制备过程如下:
以NaY分子筛为原料,先经铵交换处理,过程如下:将NaY分子筛与铵盐溶液接触,所用的铵盐可以是矿物酸盐,也可以是有机盐,如NH4Cl、NH4NO4、(NH4)2CO3、(NH4)2SO4、NH4Ac中的一种或多种。铵交换温度为30~110℃,最好是40~80℃,时间为0.5~4.0小时,最好是1.0~3.0小时,分子筛与铵盐溶液的重量比为1:3~15,最好是1:3~10。交换在搅拌下进行,交换后过滤,如此操作重复铵交换1~5次,直至中间产物NH4NaY分子筛中的Na2O重量含量降至1.5%~3.5%,最好是1.8%~3.0%,以便分子筛在水热处理过程中将一部分铝从分子筛骨架中迁移至分子筛表面;
铵盐交换后的分子筛经水热处理,过程如下:用其自身含水、含NH4 +产生的水蒸汽和氨气进行处理,温度为400~800℃,最好是550~750℃,系统压力为0.05~0.5MPa,水蒸汽分压与氨气分压之比为0.5~3.0:1.0,最好是1.0~2.0:1.0,水热处理的时间是1.0~8.0小时,最好是2.0~4.0小时;
水热处理后得到的中间产品用含H+、NH4+、RE3+和有机溶剂的混合溶液处理。上述混合溶液中,H+的浓度为0.05~0.20mol/L,最好是0.05~0.15mol/L,NH4+浓度为0.5~3.0mol/L,最好是1.0~2.0mol/L,RE3+的重量浓度为0.01%~5.0%,最好是0.5%~3.0%,RE3+可以是单独的稀土离子,如镧、铈、镨、铷等,也可以是混合稀土离子,溶液中的阴离子可以是Cl-、NO3 -、SO4 2-、CO3 2-等中的一种或多种,处理条件为:温度在40~150℃,最好在70~100℃,分子筛与混合溶液的重量比为1:3~15,最好是1:5~10,处理时间为0.5~4.0小时,最好是1.0~2.0小时,处理次数为1~3次,最好是1~2次,每次混合溶液处理后均进行母液分离,最后一次混合溶液处理经母液分离后得到的滤饼在100~120℃进行干燥1~3小时,得到本发明的含稀土的Y分子筛。
本发明提供的催化裂化催化剂可以按照任何现有裂化催化剂的制备方法制备,例如:将REY分子筛浆液、粘结剂、粘土打浆混合均匀,制成催化剂浆液,经过滤,然后喷雾干燥,洗涤、干燥制得催化剂。这些方法在CN1098130A、CN101385983A、CN1436835A、CN1362472A、CN1727442A中都有详尽的描述,这里一并作为参考引用。喷雾干燥、洗涤、干燥的方法均可采用现有技术中的方法。
本发明催化剂所述的粘土采用常规制备裂化催化剂组分所用的粘土,例如高岭土、多水高岭土、蒙脱土、硅藻土、埃洛石、皂石、累托土、海泡石、凹凸棒石、水滑石、膨润土中的一种或几种。
本发明所述的无机氧化物粘结剂可采用常规催化裂化催化剂的无机氧化物粘结剂,优选氧化铝粘结剂,所述氧化铝粘结剂选自裂化催化剂通常所使用的各种形态的氧化铝、水合氧化铝以及铝溶胶中的一种或几种。例如,选自γ-氧化铝、η-氧化铝、θ-氧化铝、x-氧化铝、拟薄水铝石、一水铝石、三水铝石或拜耳石的一种或几种,优选拟薄水铝石和铝溶胶。
本发明催化剂适用于重油催化裂化,尤其适用于含钒重油催化裂化。所述重油例如常压渣油、减压渣油、减压瓦斯油、常压瓦斯油、直馏瓦斯油、丙烷烃、重脱沥青油和焦化瓦斯油中的一种或几种。
下面结合实施例对本发明方法作详细说明。本发明中,wt%为质量分数,v%为体积分数。
本发明实施例和对比例中所用的NaY分子筛的性质如下:Na2O的重量含量为11.2%,SiO2/Al2O3摩尔比为5:1,相对结晶度为97%,晶胞参数为2.468nm。
实施例1
将1000克NaY分子筛置于一升含有150克的(NH4)2SO4的水溶液中将温度升至90~95℃,搅拌1小时后过滤,将滤饼重新用一升含有150克的(NH4)2SO4的水溶液,在相同条件下重复进行3次交换,将上述得到的产品置于外热内压式的水热处理炉中,以350℃/小时的速度将温度升到610℃,并保持体系总压在0.10MPa,且使水蒸汽分压与氨气分压之比1.35:1,在此条件下维持4小时,然后通过N2气使样品冷却至室温,取出样品,将样品用含H+、NH4+、镧和铈稀土金属离子(以RE2O3的总重量为基准, La2O3占52.5%,CeO2占47.5%)和甘油二脂的混合溶液处理(混合溶液的组成见表1),分子筛与混合溶液的重量比为1:5,温度为90℃,时间为1小时,抽滤,用上述混合溶液反复操作3次,得到本发明分子筛REY1,性质列于表2。
取503克含量为70wt%高岭土,加脱离子水500毫升混合打浆40分钟,加入52毫升HCl(浓度为31wt%)酸化打浆20分钟,加入830拟薄水铝石830克(氧化铝含量为61wt%),搅拌30分钟,加入510克氧化铝含量为21wt%的铝溶胶,搅拌15分钟,加入REY1分子筛400克,搅拌30分钟后喷雾干燥,将喷雾干燥后的产品经600℃焙烧20分钟的到催化剂A。
实施例2
取1000克NaY分子筛在与实施例1同样的条件下进行铵交换和水热处理后,将样品用含H+、NH4+、镧、铈、镨、铷金属离子(以RE2O3的总重量为基准,La2O3占42.5%,CeO2占37.5%,Pr2O5占14.2%,Nd2O3占5.8%)和十二烷醇的混合溶液处理(混合溶液的组成见表1),分子筛与混合溶液的重量比为1:6,温度为85℃,时间为1小时,抽滤,用上述混合溶液反复操作3次,得到样品B产品,性质列于表2。
催化剂制备方法同实施例1,不同的是分子筛采用了REY2,,得到催化剂B。
实施例3
取1000克NaY分子筛在与实施例1同样的条件下进行铵交换和水热处理后,将样品用含H+、NH4+、镧、铈、镨、铷金属离子(以RE2O3的总重量为基准, La2O3占50.3%,CeO2占43.5%,Pr2O5占5.3%,Nd2O3占0.9%)的稀土金属离子和丙酮醛的混合溶液处理(混合溶液的组成见表1),分子筛与混合溶液的重量比为1:7,温度为95℃,时间为1小时,抽滤,用上述混合溶液反复操作3次,得到样品REY3,性质列于表2。
取520克氧化铝含量为21wt%铝溶胶加入1500毫升去离子水,搅拌均匀,加入1350克含量为76wt%的高岭土打浆60分钟,得到高岭土浆液。取862克氧化铝含量为62wt%的拟薄水铝石加入2500毫升去离子水中搅拌,在搅拌下加入110毫升浓度为21wt%的HCl,酸化60分钟后,加入上述的高岭土浆液,然后加入REY3分子筛450克,搅拌30分钟后喷雾干燥,将喷雾干燥后的产品经550℃焙烧30分钟的到催化剂C。
实施例4
取1000克NaY分子筛在与实施例1同样的条件下进行铵交换和水热处理后,取出样品,将样品用含H+、NH4+、镧、铈、镨的稀土金属离子(以RE2O3的总重量为基准,La2O3占53.3%,CeO2占40.5%,Pr2O5占6.2%)和乙二胺的混合溶液处理(混合溶液的组成见表1),分子筛与溶液的重量比为1:5,温度为92℃,时间为1小时,抽滤,用上述混合溶液反复操作3次,得到分子筛样品REY4,性质列于表2。
催化剂制备方法同实施例1,不同的是分子筛采用了REY4,,得到催化剂D。
对比例1
采用实施例1的方法处理NaY分子筛,但混合溶液中不含有机溶剂,得到样品REY5,性质见表2。催化剂制备方法同实施例1,不同的是分子筛采用了REY5,得到催化剂E。
对比例2
按CN1436728A公开的催化剂制备方法,制备过程中采用与实施例4处理液中RE3+含量相同RECl3溶液制备分子筛REY6。
取1000克NaY分子筛加10升约5wt%氯化铵溶液,打浆,加草酸230克,加浓氨水约13.5毫升,搅拌并滴加稀盐酸,调浆液pH值为3.2之后,在93℃下搅拌反应1小时,反应结束时加入含镧、铈、镨稀土金属离子溶液(以RE2O3的总重量为基准,La2O3占53.3%,CeO2占40.5%,Pr2O5占6.2%),充分搅拌、过滤、水洗,湿滤饼自身水汽处理2小时,得含稀土的分子筛REY6。
催化剂制备方法同实施例1,不同的是分子筛采用了REY6,得到催化剂F。
实施例5
在实施例中,金属污染方法按文献Mitchell.B R Metal contamination of cracking catalysts. Ind Eng. Chem. Prod,Res,1980,129190:203-213的方法进行,违反活性测定按RIPP92-90标准方法进行(见《石油化工分析方法(RIPP试验方法)》 杨翠定 编,科学出版社出版,1990年版)。
用草酸氧钒为污染源,对制得的催化剂A、B、C和参比剂E、F进行人工污染,催化剂分别污染3000μg/g和 5000μg/g的矾。微反的试验条件为:催化剂装量5ml,剂油重量比为4.0,体积空速为8.0h-1,反应温度为350℃。原料油为新疆直馏轻柴油。微反评价结果见表3。从评价结果可以看出有机溶剂的存在,增加稀土离子与Y分子筛交换能力,可提高REY分子筛中氧化稀土的含量,随着稀土组分含量的增加,稀土组分在分子筛中依然分布均匀大大地提高了REY分子筛抗钒能力。
实施例6
在小型固定流化床评价装置上,对催化剂A、B、C、D和参比剂E、F进行评价,反应温度为500℃,剂油重量比为6,催化剂均经温度在800℃,以100%水蒸气老化8小时,原料油性质见表4,评价结果见表5。
表1 样品溶液组成
样品 | REY1 | REY2 | REY3 | REY4 | REY5 | REY6 |
H+,mol/L | 0.10 | 0.15 | 0.18 | 0.20 | 0.15 | 0.25 |
NH4 +,mol/L | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.5 |
RE+,wt% | 0.20 | 0.22 | 0.25 | 0.18 | 0.23 | 0.18 |
有机溶剂,mol/L | 0.25 | 0.30 | 0.35 | 0.40 | - | - |
表2 REY分子筛的性质
样品 | REY1 | REY2 | REY3 | REY4 | REY5 | REY6 |
晶胞参数,nm | 2.442 | 2.439 | 2.441 | 2440 | 2.443 | 2.442 |
相对结晶度,% | 95 | 96 | 94 | 92 | 93 | 95 |
SiO2/Al2O3摩尔比 | 13.27 | 12.16 | 11.59 | 12.98 | 10.95 | 12.09 |
RE2O3,wt% | 10.51 | 10.18 | 9.52 | 10.76 | 7.81 | 8.24 |
稀土离子利用率,wt% | 72.1 | 68.5 | 75.3 | 74.9 | 58.9 | 56.7 |
表3 催化剂矾污染下微反评价结果
污染水平,μg/g | 3000 | 5000 |
样品 | 微反活性,% | 微反活性,% |
A | 79 | 65 |
B | 76 | 63 |
C | 74 | 66 |
E | 48 | 36 |
F | 56 | 45 |
表4原料油性质
密度(20℃),g/cm3 | 0.9285 |
粘度(100℃),mm2/s | 17.56 |
残炭,wt% | 5.0 |
金属含量,μg/g | |
Ca | 9.8 |
Fe | 10.2 |
Ni | 15.3 |
V | 3.1 |
元素组成,wt% | |
C | 86.18 |
H | 12.2 |
S | 0.61 |
N | 0.38 |
馏程,℃ | |
初馏点/5% | 261/335 |
10%/30% | 371/426 |
50%/70% | 473/556 |
表5催化剂评价结果
A | B | C | D | E | F | |
物料平衡,wt% | ||||||
-干气 | 1.29 | 1.23 | 1.31 | 1.18 | 1.30 | 1.28 |
-液化气 | 15.98 | 16.02 | 16.21 | 16.52 | 16.12 | 15.90 |
-焦炭 | 5.41 | 5.62 | 5.54 | 5.24 | 6.29 | 6.85 |
-汽油 | 52.95 | 53.21 | 53.85 | 53.02 | 51.52 | 50.76 |
-轻循环油 | 16.85 | 16.35 | 16.01 | 16.54 | 16.32 | 16.65 |
-重油 | 7.52 | 7.57 | 7.08 | 7.60 | 8.45 | 8.56 |
转化率,wt% | 76.15 | 75.98 | 76.04 | 76.32 | 73.01 | 72.45 |
Claims (10)
1.一种催化裂化催化剂的制备方法,该催化裂化催化剂含有以干基计10wt%~50wt%的REY型分子筛,以氧化物计10wt%~40wt%的无机氧化物粘结剂和以干基计10wt%~70wt%的粘土;所述的REY型分子筛的制备方法,包括:以NaY分子筛为原料,先经铵交换处理,然后进行水热处理,水热处理后的Y分子筛经含H+、NH4 +、RE3+、有机溶剂的混合溶液处理,再经干燥制得REY型分子筛,其中含H+、NH4 +、RE3+和有机溶剂的混合溶液中,H+的浓度为0.05~0.20mol/L,NH4 +的浓度为0.5~3.0mol/L,RE3+的重量浓度为0.01%~5.0%,有机溶剂的浓度为0.05~1.0mol/L;所述的有机溶剂选自含氧有机化合物和含氮有机化合物中的一种或多种,所述的含氧有机化合物为乙二醇、丙三醇、二乙二醇、丁二醇、十二烷醇、十六烷醇、丙酮醛、甘油二酯、甘油三脂中的一种或多种,含氮有机化合物为乙二胺、氮基三乙酸中的一种或两种;采用含H+、NH4 +、RE3+、有机溶剂的混合溶液处理的条件为:温度为40~150℃,Y分子筛与混合溶液的重量之比为1:3~15,处理时间为0.5~4.0小时,处理次数为1~3次;所述的REY型分子筛中,稀土RE以氧化物计的重量含量为0.1%~16.0%;所述的水热处理过程如下:用其自身含水、含NH4 +产生的水蒸汽和氨气进行处理,温度为400~800℃,系统压力为0.05~0.5MPa,水蒸汽分压与氨气分压之比为0.5~3.0:1.0,水热处理的时间是1.0~8.0小时。
2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于所述的含H+、NH4 +、RE3+和有机溶剂的混合溶液中,H+的浓度为0.05~0.15mol/L,NH4 +的浓度为1.0~2.0mol/L,RE3+的重量浓度为0.5%~3.0%,有机溶剂的浓度为是0.1~0.5mol/L。
3.按照权利要求1所述的方法,其特征在于所述的稀土RE为镧、铈、镨、铷中的一种或多种。
4.按照权利要求1所述的方法,其特征在于所述的含H+、NH4 +、RE3+和有机溶剂的混合溶液中的阴离子是Cl-、NO3 -、SO4 2-、CO3 2-中的一种或多种。
5.按照权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的干燥条件如下:在100~120℃进行干燥1~3小时。
6.按照权利要求1所述的方法,其特征在于,采用含H+、NH4 +、RE3+、有机溶剂的混合溶液处理的条件为:温度为70~100℃,Y分子筛与混合溶液的重量之比为1:5~10,处理时间为1.0~2.0小时,处理次数为1~2次。
7.按照权利要求1所述的方法,其特征在于所述的REY型分子筛中,稀土RE以氧化物计的重量含量为5.0%~12.0%。
8.按照权利要求1所述的方法,其特征在于,以NaY分子筛为原料,经铵交换处理直至所得产物NH4NaY分子筛中的Na2O重量含量降至1.5%~3.5%。
9.按照权利要求1、7或8所述的方法,其特征在于所述的REY型分子筛,Na2O的重量含量为0.05%~0.50%,SiO2/Al2O3摩尔比5.0~20.0,晶胞参数是2.435~2.455nm,相对结晶度是85%~100%。
10.按照权利要求1、7或8所述的方法,其特征在于所述的REY型分子筛,Na2O的重量含量为0.03%~0.3%,SiO2/Al2O3摩尔比是7.0~16.0,晶胞参数是2.435~2.455 nm,相对结晶度是90%~100%。
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