CN103058218B - 一种NaY分子筛的制备方法 - Google Patents

一种NaY分子筛的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种NaY分子筛的制备方法，该方法包括：(1)将催化剂滤渣、NaY分子筛凝胶、高岭土和粘结剂混合制浆，并将得到的浆液进行喷雾干燥，得到微球，相对于100重量份的微球，催化剂滤渣以干基计的用量为10-60重量份，NaY分子筛凝胶以干基计的用量为5-20重量份，高岭土以干基计的用量为20-70重量份；(2)将步骤(1)中得到的微球进行气相晶化，然后进行焙烧；(3)将经过焙烧后得到的产物与导向剂、硅酸钠和氢氧化钠混合，进行水热晶化，然后将经过水热晶化后得到的产物进行过滤、洗涤和干燥。本发明提供的所述方法能够实现对催化剂滤渣的回收利用，并降低原位晶化制备NaY分子筛过程中高岭土的用量。

Description

一种NaY分子筛的制备方法
技术领域
本发明涉及一种NaY分子筛的制备方法。
背景技术
在催化裂化催化剂领域，NaY分子筛是最主要的活性组分来源。通常制备NaY分子筛的方法是采用碱性硅铝凝胶体系合成，这样合成的分子筛具有分子筛含量高、硅铝比高的特点。
到了上世纪70年代，美国Engelhard公司又开发出了一种新的NaY分子筛的合成方法-高岭土原位晶化法，即以高岭土为原料同时制备活性组分和基质的原位结晶沸石的技术，用原位晶化法得到的FCC催化剂称为高岭土型催化剂，亦称全白土催化剂。与以凝胶法合成的Y型分子筛为活性组分、采用半合成工艺制备的FCC催化剂相比，全白土催化剂具有晶粒小、结晶度保留率高、热和水热稳定性好的特点，使得该方法制备的催化剂具有抗重金属污染能力强、活性指数高、水热稳定性好、孔分布更符合裂解渣油的要求等优点。
关于采用高岭土原位晶化法制备NaY分子筛的方法的相关报道有：CN101618882A公开了一种Y型分子筛的原位合成方法，包括以下步骤：(1)将煤系高岭土和粘结剂制成浆液；(2)浆液经喷雾干燥制成微球；(3)微球焙烧；(4)焙烧微球与含有有机模板剂的碱性晶化溶液混合并在水热条件下晶化；(5)过滤水洗得到原位晶化产物。CN1334318A公开了一种以高岭土为主要原料制备高辛烷值流化催化裂化催化剂的工艺方法，该方法包括将原高岭土加水制成浆液，在浆液中加入分散剂和粘结剂，喷雾干燥成型为微球，将一部分微球焙烧成高温焙烧微球，将另一部分焙烧成偏高岭土，将焙烧后的两种微球与硅酸钠、导向剂、氢氧化钠溶液和水进行混合和晶化，过滤后干燥即可制得NaY分子筛晶化产物。然而，上述现有的高岭土原位晶化方法都需要使用大量的天然高岭土，而天然高岭土的资源有限，其价格比较昂贵，使得高岭土原位晶化工艺成本较高。
通常，对于催化剂厂生产车间产生的废水，为了减少固体悬浮物的含量，在排放之前需要经过压缩过滤，析出固体物质。因此，催化剂厂生产车间会产生大量的固体催化剂滤渣。由于这些催化剂滤渣存在组成复杂、白度低、水分高等问题，使得其难以回收利用，而且将这些催化剂滤渣排放到环境中会造成严重的环境污染。因此，针对催供应丰富的化剂滤渣，开辟一条经济合理的处理途径，是具有重要的环保意义和经济价值的。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中高岭土原位晶化方法中天然高岭土的用量较大，以及催化剂厂生产车间产生的催化剂滤渣没有得到回收利用的缺点，提供了一种新的NaY分子筛的制备方法。
本发明提供了一种NaY分子筛的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将催化剂滤渣、NaY分子筛凝胶、高岭土和粘结剂混合制浆，并将得到的浆液进行喷雾干燥，得到微球，其中，相对于100重量份的所述微球，所述催化剂滤渣以干基计的用量为10-60重量份，所述NaY分子筛凝胶以干基计的用量为5-20重量份，所述高岭土以干基计的用量为20-70重量份；
(2)将步骤(1)中得到的所述微球进行气相晶化，然后进行焙烧；
(3)将经过焙烧后得到的产物与导向剂、硅酸钠和氢氧化钠混合，进行水热晶化，然后将经过水热晶化后得到的产物进行过滤、洗涤和干燥。
根据本发明提供的所述方法，通过用催化剂滤渣代替部分高岭土，并将由催化剂滤渣、NaY分子筛凝胶、高岭土和粘结剂混合制浆和喷雾干燥后得到的微球先进行气相晶化，再进行水热晶化，能够获得产品质量稳定、NaY分子筛含量较高(达到45-75重量％)的晶化产物，从而实现了对催化剂滤渣的回收利用，并降低了原位晶化制备NaY分子筛过程中高岭土的用量。
具体实施方式
根据本发明的所述NaY分子筛的制备方法包括以下步骤：
(1)将催化剂滤渣、NaY分子筛凝胶、高岭土和粘结剂混合制浆，并将得到的浆液进行喷雾干燥，得到微球，其中，相对于100重量份的所述微球，所述催化剂滤渣以干基计的用量为10-60重量份，所述NaY分子筛凝胶以干基计的用量为5-20重量份，所述高岭土以干基计的用量为20-70重量份；
(2)将步骤(1)中得到的所述微球进行气相晶化，然后进行焙烧；
(3)将经过焙烧后得到的产物与导向剂、硅酸钠和氢氧化钠混合，进行水热晶化，然后将经过水热晶化后得到的产物进行过滤、洗涤和干燥。
在优选情况下，在步骤(1)中，相对于100重量份的所述微球，所述催化剂滤渣以干基计的用量为20-50重量份，所述NaY分子筛凝胶以干基计的用量为10-15重量份，所述高岭土以干基计的用量为30-60重量份。
根据本发明提供的所述方法，在步骤(1)中，所述催化剂滤渣优选为裂化催化剂生产过程中产生的废水经过压滤和风干后得到的固体物质。更优选的情况下，所述所述催化剂滤渣以重量计的无水化学表达式为：100SiO2·(20-120)Al2O3·(1-20)Na2O·(0-10)Fe2O3·(0-10)RE2O3·(0-10)Cl-·(0-20)SO4 2-。
根据本发明提供的所述方法，在步骤(1)中，所述NaY分子筛凝胶可以为NaY分子筛的制备过程中常规使用的分子筛凝胶。所述Na分子筛凝胶以摩尔计的化学表达式例如可以为：(8.1-9.1)SiO2·Al2O3·(2.1-2.8)Na2O·(150-250)H2O。
根据本发明提供的所述方法，在步骤(1)中，所述高岭土可以为市售的各种常规的高岭土产品，例如，可以购自苏州中国高岭土公司。
根据本发明提供的所述方法，在步骤(1)中，所述粘结剂的种类没有特别的限定，可以为本领域常规使用的各种粘结剂，例如可以为水玻璃、拟薄水铝石、铝溶胶、硅溶胶等。所述粘结剂的用量也没有特点的限定，按照常规的粘结剂用量进行投料即可，例如，相对于100重量份的所述微球，所述粘结剂以干基计的用量可以为5-20重量份。
根据本发明提供的所述方法，在步骤(1)中，所述方法还可以包括在所述制浆过程中加入助剂，所述助剂为选自田菁粉、甲基纤维素和羧甲基纤维素中的至少一种。在这种情况下，相对于100重量份的所述微球，所述助剂以干基计的用量可以为1-10重量份。
根据本发明提供的所述方法，在步骤(1)中，所述制浆的方法可以为本领域常规采用的制浆方法。所述制浆获得浆液的固含量优选为20-50重量％。
根据本发明提供的所述方法，在步骤(1)中，所述喷雾干燥的方法可以为本领域常规采用的喷雾干燥方法。
根据本发明提供的所述方法，在步骤(2)中，所述气相晶化可以按照常规的气相晶化方法实施，其实施条件也可以为常规的气相晶化条件。在优选情况下，所述气相晶化的条件包括：温度为80-110℃，优选为90-105℃；时间为10-30小时，优选为16-24小时。在本发明中，所述气相晶化优选在相应温度下的饱和水蒸气中实施。
根据本发明提供的所述方法，在步骤(2)中，所述焙烧的条件优选包括：焙烧温度为600-1100℃，焙烧时间为1-3小时。
根据本发明提供的所述方法，在步骤(3)中，所述导向剂、硅酸钠、氢氧化钠和所述经过焙烧后得到的产物的用量的质量比优选为1∶(0.1-1)∶(0.01-0.5)∶(0.2-1)。
在进一步优选情况下，所述导向剂、硅酸钠、氢氧化钠和所述经过焙烧后得到的产物的用量的质量比优选为1∶(0.2-0.75)∶(0.015-0.075)∶(0.35-0.75)。
在本发明中，所述硅酸钠的用量是以其干基计的。通常，所述硅酸钠可以溶液的形式使用，其浓度可以为10-30重量％。
根据本发明提供的所述方法，在步骤(3)中，所述导向剂可以为本领域常规使用的导向剂，例如，所述导向剂以摩尔计的化学表达式可以为：(8-25)SiO2·Al2O3·(10-25)Na2O·(150-500)H2O。
根据本发明提供的所述方法，在步骤(3)中，所述水热晶化以按照常规的水热晶化方法实施，其实施条件也可以为常规的水热晶化条件。在优选情况下，所述水热晶化的条件包括：晶化温度为80-100℃，晶化时间为16-28小时。
以下通过实施例对本发明作进一步说明。
在以下实施例中，晶化产物中的NaY分子筛含量根据RIPP146-90标准方法(见《石油化工分析方法》(RIPP试验方法)，杨翠定编，科学出版社，1990年出版)测定。
实施例1
本实施例用于说明本发明的所述NaY分子筛的制备方法。
将2.8kg(干基)高岭土、0.48kg NaY分子筛凝胶(以干基计，SiO2∶Al2O3∶Na2O的摩尔比为8.4∶1∶2.6)和0.4kg催化剂滤渣(以干基计，SiO2∶Al2O3∶Na2O∶Fe2O3∶Re2O3∶Cl-∶SO4 2-的重量比为62.5∶21.56∶5.8∶0.24∶1.26∶1.27∶6.24)混合，并向其中加入水和1.3kg水玻璃(含20.03重量％的SiO2，6.39重量％的Na2O，余量为水)，制成固含量为32重量％的浆液，之后将该浆液进行喷雾干燥，得到4kg的喷雾微球A1。
将该喷雾微球A1在98℃的饱和水蒸气气氛下气相晶化24小时，再在马弗炉中在600℃下焙烧2小时，得到焙烧微球B1。
在搅拌下，依次将50g水玻璃(含20.03重量％的SiO2，6.39重量％的Na2O，余量为水)、20g导向剂(摩尔配比为15SiO2∶Al2O3∶16Na2O∶320H2O)、4g氢氧化钠溶液(浓度为23.5重量％)、36g去离子水和10g焙烧微球B1加入到晶化釜中，在60℃下老化1小时，然后升温到90℃并恒温晶化22小时。晶化结束后，过滤除去母液，洗涤干燥滤饼，得到晶化产物Y1，该晶化产物中NaY分子筛的含量为约62重量％。
对比例1
根据实施例1的方法制备NaY分子筛，所不同的是，使喷雾微球A1不经过气相晶化，而直接加到马弗炉中在600℃下焙烧2小时，得到焙烧微球，并用该焙烧微球进行后续的水热晶化等过程，从而得到晶化产物DY1，该晶化产物中NaY分子筛的含量为约24重量％。
对比例2
根据实施例1的方法制备NaY分子筛，所不同的是，(1)在混合制浆过程中，不加入催化剂滤渣，且高岭土的加入量为3.2kg；(2)使喷雾微球不经过气相晶化，而直接加到马弗炉中在600℃下焙烧2小时，得到焙烧微球，并用该焙烧微球进行后续的水热晶化等过程。如此制备的晶化产物DY3中NaY分子筛的含量为约60重量％。
通过将实施例1与对比文件1进行比较可以看出，在原位晶化制备NaY分子筛的过程中，直接用催化剂滤渣代替部分高岭土，而在水热晶化之前不进行气相晶化，如此制备的晶化产物中的NaY分子筛含量明显较低。
通过将实施例1与对比文件2进行比较可以看出，根据本发明的方法制备的晶化产物中的NaY分子筛含量与完全使用高岭土制备的晶化产物中的NaY分子筛含量相当，可见，根据本发明的方法不仅可以实现通过原位晶化制备NaY分子筛，而且还实现了催化剂滤渣的回收利用，降低了高岭土的用量，从而降低了生产成本。
实施例2
本实施例用于说明本发明的所述NaY分子筛的制备方法。
将2.4kg(干基)高岭土、0.48kg NaY分子筛凝胶(以干基计，SiO2∶Al2O3∶Na2O的摩尔比为8.4∶1∶2.6)和0.8kg催化剂滤渣(以干基计，SiO2∶Al2O3∶Na2O∶Fe2O3∶Re2O3∶Cl-∶SO4 2-的重量比为62.5∶21.56∶5.8∶0.24∶1.26∶1.27∶6.24)混合，并向其中加入水和1.3kg水玻璃(含20.03重量％的SiO2，6.39重量％的Na2O，余量为水)，制成固含量为32重量％的浆液，之后将该浆液进行喷雾干燥，得到4kg喷雾微球A2。
将该喷雾微球A2在100℃的饱和水蒸气气氛下气相晶化24小时，再在马弗炉中在600℃下焙烧2小时，得到焙烧微球B2。
在搅拌下，依次将15g水玻璃(含20.03重量％的SiO2，6.39重量％的Na2O，余量为水)、20g导向剂(摩尔配比为15SiO2∶Al2O3∶16Na2O∶320H2O)、6.25g氢氧化钠溶液(浓度为23.5重量％)、36g去离子水和15g焙烧微球B2加入到晶化釜中，在60℃下老化1小时，然后升温到90℃并恒温晶化22小时。晶化结束后，过滤除去母液，洗涤干燥滤饼，得到晶化产物Y2，该晶化产物中NaY分子筛的含量为约65重量％。
实施例3
本实施例用于说明本发明的所述NaY分子筛的制备方法。
将2.04kg(干基)高岭土、0.6kg NaY分子筛凝胶(以干基计，SiO2∶Al2O3∶Na2O为8.6∶1∶2.8)和3kg催化剂滤渣(以干基计，SiO2∶Al2O3∶Na2O∶Fe2O3∶Re2O3∶Cl-∶SO4 2-的重量比为70.4∶23.46∶2.33∶0.16∶2.51∶1.23∶1.68)混合，并向其中加入水、1kg水玻璃(含20.03重量％的SiO2，6.39重量％的Na2O，余量为水)和0.25kg羧甲基纤维素，制成固含量为32重量％的浆液，之后将该浆液进行喷雾干燥，得到6kg喷雾微球A3。
将该喷雾微球A3在90℃的饱和水蒸气气氛下气相晶化24小时，再在马弗炉中在800℃下焙烧2小时，得到焙烧微球B3。
在搅拌下，依次将56g水玻璃(含20.03重量％的SiO2，6.39重量％的Na2O，余量为水)、20g导向剂(摩尔配比为16SiO2∶Al2O3∶16Na2O∶320H2O)、1.3g氢氧化钠溶液(浓度为23.5重量％)、36g去离子水和7g焙烧微球B3加入到晶化釜中，在60℃下老化1小时，然后升温到90℃并恒温晶化22小时。晶化结束后，过滤除去母液，洗涤干燥滤饼，得到晶化产物Y3，该晶化产物中NaY分子筛的含量为约55重量％。
实施例4
本实施例用于说明本发明的所述NaY分子筛的制备方法。
将2.14kg(干基)高岭土、0.3kg NaY分子筛凝胶(以干基计，SiO2∶Al2O3∶Na2O的摩尔比为8.7∶1∶2.9)、2.4kg催化剂滤渣(以干基计，SiO2∶Al2O3∶Na2O∶Fe2O3∶Re2O3∶Cl-∶SO4 2-的重量比为64.5∶26.5∶2.57∶0.14∶4.14∶1.82∶1.99)混合，并向其中加入3.5kg水玻璃(含20.03重量％的SiO2，6.39重量％的Na2O，余量为水)和0.25kg田菁粉，制成固含量为32重量％的浆液，之后将该浆液进行喷雾干燥，得到6kg喷雾微球A4。
将该喷雾微球A4在85℃的饱和水蒸气气氛下气相晶化24小时，再在马弗炉中在800℃下焙烧2小时，得到焙烧微球B4。
在搅拌下，依次将50g水玻璃(含20.03重量％的SiO2，6.39重量％的Na2O，余量为水)、20g导向剂(摩尔配比为16SiO2∶Al2O3∶16Na2O∶320H2O)、4g氢氧化钠溶液(浓度为23.5重量％)、36g去离子水和10g焙烧微球B4加入到晶化釜中，在60℃下老化1小时，然后升温到90℃并恒温晶化22小时。晶化结束后，过滤除去母液，洗涤干燥滤饼，得到晶化产物Y4，该晶化产物中NaY分子筛的含量为约46重量％。
实验例1
在不锈钢釜中搅拌下投入200g实施例1制备的晶化产物Y1、硫酸铵及去离子水，硫酸铵与晶化产物的重量比为0.6∶1，在pH＝3.0-3.5、温度为90℃的条件下离子交换1小时，过滤除去滤液，滤饼用6倍去离子水洗涤，干燥得到一交料；将所述一交料在550下焙烧2小时得到一焙料；将所述一焙料再用氯化铵进行离子交换，离子交换条件为：硫酸铵与所述一焙料的重量比为0.5∶1，pH值为3.0-3.5，温度为90℃，时间为1小时，之后过滤除去滤液，滤饼用6倍去离子水洗涤，干燥得到二交料；将所述二交料在550℃下焙烧2小时得到二焙料；将所述二焙料再用氯化铵进行离子交换，离子交换条件为：硫酸铵与所述二焙料的重量比为0.4∶1，pH值为3.0-3.5，温度为90℃，时间为1小时，之后过滤除去滤液，滤饼用6倍去离子水洗涤，干燥得到三交料，将三交料在550℃下焙烧2小时得到三焙料；将所述三焙料用氯化稀土进行离子交换，离子交换条件为：以氧化稀土计的氯化稀土与所述三焙料的重量比为0.06∶1，pH值为3.5-4.2，温度为90℃，时间为1小时，交换产物经过过滤、水洗和干燥后得到Na2O含量为0.12重量％、以RE2O3计的稀土含量为3.33重量％的裂化催化剂Cat1。
对比实验例1
根据实验例1的方法制备裂化催化剂，所不同的是，用对比例2制备的晶化产物DY2代替实施例1制备的晶化产物Y1，从而制得裂化催化剂DCat1。
测试例
分别将上述裂化催化剂Cat1和DCat1在800℃、100％水蒸汽的条件下老化17小时，之后填装在小型固定流化床ACE装置(购自美国KTI公司)中，填装量各自均为9g。然后，在反应温度为520℃、质量空速为8h-1、剂油比(重量)为5.92的条件下，分别将安庆减压蜡油(相关的参数和组成如下表1所示)注入填装有所述裂化催化剂Cat1和DCat1的固定流化床ACE装置中进行催化裂化反应。分析反应产物的组成，并确定各自的转化率，结果如下表2所示：
表1
表2
由上述表2的数据可以看出，采用根据本发明的方法获得的晶化产物制备的裂化催化剂在重油催化裂化反应中表现出较高的转化率和汽油收率。

Claims (9)

1.一种NaY分子筛的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将催化剂滤渣、NaY分子筛凝胶、高岭土和粘结剂混合制浆，并将得到的浆液进行喷雾干燥，得到微球，其中，相对于100重量份的所述微球，所述催化剂滤渣以干基计的用量为10-60重量份，所述NaY分子筛凝胶以干基计的用量为5-20重量份，所述高岭土以干基计的用量为20-70重量份，所述催化剂滤渣以重量计的无水化学表达式为：100SiO2·(20-120)Al2O3·(1-20)Na2O·(0-10)Fe2O3·(0-10)RE2O3·(0-10)Cl-·(0-20)SO4 2–；
(2)将步骤(1)中得到的所述微球进行气相晶化，所述气相晶化的条件包括：温度为80-110℃，时间为10-30小时，然后进行焙烧；
(3)将经过焙烧后得到的产物与导向剂、硅酸钠和氢氧化钠混合，进行水热晶化，然后将经过水热晶化后得到的产物进行过滤、洗涤和干燥。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，相对于100重量份的所述微球，所述催化剂滤渣以干基计的用量为20-50重量份，所述NaY分子筛凝胶以干基计的用量为10-15重量份，所述高岭土以干基计的用量为30-60重量份。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述NaY分子筛凝胶以摩尔计的化学表达式为：(8.1-9.1)SiO2·Al2O3·(2.1-2.8)Na2O·(150-250)H2O。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述方法还包括在所述制浆过程中加入助剂，所述助剂为选自田菁粉、甲基纤维素和羧甲基纤维素中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，相对于100重量份的所述微球，所述助剂以干基计的用量为1-10重量份。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述焙烧的温度为600-1100℃，时间为1-3小时。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(3)中，所述导向剂、硅酸钠、氢氧化钠和所述经过焙烧后得到的产物的用量的质量比为1：(0.1-1)：(0.01-0.5)：(0.2-1)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在步骤(3)中，所述导向剂以摩尔计的化学表达式为：(8-25)SiO2·Al2O3·(10-25)Na2O·(150-500)H2O。
9.根据权利要求1、7或8所述的方法，其中，在步骤(3)中，所述水热晶化的条件包括：晶化温度为80-100℃，晶化时间为16-28小时。
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