一种重芳烃加氢裂解生产高纯BTX芳烃的催化剂及制备方法
技术领域
本发明涉及一种C10 +重芳烃加氢裂解生产高纯BTX芳烃的催化剂及制备方法,适用于炼厂催化重整装置、乙烯裂解装置、芳烃歧化及异构化装置以及煤高温炼焦装置副产物重芳烃的加工增值。
背景技术
重芳烃指在石油和煤加工过程中副产的C10 +及以上的芳烃,主要来源于炼油厂催化重整装置副产的C10 +重芳烃、乙烯裂解装置副产C10 +重芳烃、芳烃歧化及异构化生成油、煤高温炼焦副产的重芳烃等。
近几年,随着我国炼油能力的不断提升和大型石化企业连续重整装置的相继投产,重芳烃产量大幅增长。由于炼厂对于多产芳烃的需求,以及重整原料的不足与重整苛刻度的增加带来的切割点提高,重整产物中C10 +重芳烃含量越来越高。C10 +重芳烃中双环芳烃含量较高且分布较广,难以综合利用提高其附加值。目前,重芳烃加工路线是重芳烃轻质化增产价值较高的BTX,主要技术路线有歧化与烷基转移、加氢脱烷基等轻质化技术。
专利CN 99113580使用镍和铋改性Beta沸石为催化剂,以甲苯、C9芳烃、C10芳烃混合物为原料,其中C10+芳烃含量5%,总转化率为47%,苯和二甲苯选择性为88%,并没有公开原料中C10+芳烃的转化情况。传统的歧化与烷基转移工艺中对反应原料中的C10+重芳烃有严格的限制,为改善催化剂的稳定性能,可在分子筛催化剂上引入加氢金属组分,由于金属具有较强加氢性能,可促进芳烃的加氢饱和及裂解副反应,生产非芳烃及轻组分,从而降低芳烃收率,降低了二甲苯的收率。
CN102746093A采用氢型无粘结剂十元环沸石为载体,负载铂或钯为催化剂活性组分,在反应温度为320~450℃、氢气压力为2~4MPa、重芳烃的重时空速为1~4h-1,氢烃摩尔比3:1~10:1的反应条件下,对重芳烃进行加氢反应,产物中BTX含量大于57%,其中C9芳烃约20%,但至少含有11~15%的低碳烷烃,芳烃损失较大。CN102746092A采用相同体系催化剂,贵金属铂或钯的质量百分比0.005~0.5%,以氢气和重芳烃为原料进行加氢裂解处理,并将产物中偏三甲苯及偏三甲苯沸点以上的重芳烃循环返回反应器,增产BTX芳烃和均三甲苯。但C9芳烃含量降低至16.7%,而且低碳非芳烃含量仍为13%。
UOP公司在专利No.8481443中公开了一种重芳烃轻质化方法,以贵金属铂为活性组分,以ZSM-5、ZSM-11等分子筛为载体,处理C10+重芳烃。在铂的载量为0.115%时,二甲苯收率14%,C10+重芳烃转化率48%,产物中含有10%气体轻烃。
纵观目前所用重芳烃处理技术,存在以下问题:(1)重芳烃原料组成要求严格,C10 +重芳烃在处理原料中比例较低,很多技术对C10 +重芳烃含量高的原料无法处理;(2)在处理含有较高含量C10 +芳烃原料时,存在重芳烃转化率低、产物中BTX芳烃纯度低,造成后续处理复杂,从而导致处理技术经济性差等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的C10 +重芳烃难处理,产品BTX芳烃纯度低的问题,提供一种新重芳烃加氢裂解催化剂及其制备方法。该方法用于重芳烃加氢裂解反应,生产高纯BTX芳烃,具有原料转化率高、适应性广、产品BTX芳烃纯度高的特点。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种重芳烃加氢裂解生产高纯BTX芳烃的催化剂,其特征在于,所述的催化剂的载体由无定形硅铝、HZSM-5分子筛、HY或USY型分子筛和氧化铝组成,活性组分为铂金属、稀土和过渡金属;
其中,以催化剂质量计,所述催化剂质量百分比组成为:
无定形硅铝含量为10~30%,HZSM-5分子筛含量为15~30%,HY或USY型分子筛含量为30~50%;
铂金属的含量为基于所述催化剂重量的0.05~0.5%;
稀土选自镧、铈、钇中的一种或多种,稀土氧化物的总含量为基于所述催化剂重量的1~5%;
过渡金属选自钼、钨、铜、镍、钴、锰一种或多种,过渡金属氧化物的总含量为基于催化剂质量的0.05~0.5%;
余量为氧化铝。
本发明还提供了所述重芳烃加氢裂解生产高纯BTX芳烃的催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将HZSM-5分子筛、HY或USY型分子筛混合粉末和去离子水以质量比1:10~1:20混合,在40~90℃下搅拌并按稀土氧化物含量计量后加入稀土盐;所述稀土盐为硝酸镧、氯化镧、硝酸亚铈、氯化亚铈、硝酸钇其中的一种或多种;搅拌后静置12h旋转蒸发除去水分,然后在100~140℃下烘干5~15h,接着加入无定形硅铝和氧化铝粉末混合均匀,加入质量浓度2~10%的稀硝酸溶液挤条成型,100~140℃下干燥6~18h,空气气氛下400~600℃焙烧4~8h得成型载体,载体为Φ=1~3×3mm条形;
(2)在去离子水中加入计量的过渡金属盐,充分搅拌,得到过渡金属盐溶液;所述过渡金属盐为钼酸铵、偏钨酸铵、硝酸铜、硝酸镍、硝酸锰、硝酸钴等其中的一种或多种;
(3)将步骤(1)所得的成型载体置于步骤(2)所得的溶液中饱和浸渍10~30h,浸渍后真空干燥,在空气氛围80~150℃下干燥6~18h,空气气氛下400~600℃焙烧4~8h得到负载过渡金属的催化剂;
(4)将所需量的Pt的至少一种铂盐的前驱物制备成浸渍溶液,所用的铂盐为氯铂酸、氯铂酸铵、硝酸铂中的一种;
(5)将步骤(3)所得的负载过渡金属的催化剂置于步骤(4)所得的溶液中饱和浸渍10~30h,浸渍后真空干燥,在空气氛围80~150℃下干燥6~18h,空气气氛下400~600℃焙烧4~8h得到成品催化剂。
本发明还提供了所述催化剂在重芳烃加氢裂解生产高纯BTX芳烃上的应用,其特征在于,所述催化剂的重芳烃加氢裂解反应条件为300~500,℃反应压力1.5~5.0MPa,重时空速为0.5~2.0h-1,氢烃体积比为500~1000。
根据本发明所述的应用,其优选方案特征在于,将所述催化剂装入固定床反应器,进行预处理,活化条件为:温度250~400℃,升温速率为5~10,℃/在mi2n50℃保持1~4h,在400℃保持1~4h,氮气或者氢气流速为30~220mL/min;活化结束后降低床层温度至200~320,℃进行C10 +重芳烃加氢裂解反应,反应条件为:温度320~450℃,压力为2.0~4.5MPa,重时空速为0.8~1.8h-1,氢烃体积比为600~950。
本发明实现后与现有技术相比具有以下优点:
本发明方法以无定形硅铝、HY或USY与HZSM-5的混合物为改性载体,无定形硅铝孔径较大但酸性较弱,能够将C10 +重芳烃原料中的大分子芳烃进行选择性加氢饱和;HY、USY分子筛孔道较大,能够将C10 +重芳烃选择性饱和后大分子产物进行裂解,生成带侧链的烷基苯;HZSM-5分子筛具有较强的酸性,但孔径较小,合理调变催化剂载体酸性和加氢活性中心协调,能够将加氢过程中的C6以上非芳烃裂解成小分子产物,提高目的产物BTX芳烃的纯度。引入稀土对载体改性提高催化剂稳定性,而过渡金属具有电子缺陷,与贵金属中心产生电子作用,两种金属相互协作,与不同强度的酸性中心配合,实现对重芳烃适度加氢裂解反应。因此,本发明方法制备的催化剂可以在临氢条件下处理C10 +重芳烃原料,将C10 +重芳烃转化为高纯BTX芳烃,既具有较高的C10 +重芳烃转化率,又能够提高生成BTX芳烃的选择性;本发明方法引入过渡金属,使得过渡金属分散于催化剂表面,在催化剂上贵金属金属含量较低时,也能保证催化剂具有较高的选择性加氢活性;在贵金属和非贵金属协同作用下,可以在较低的温度下提供加氢活性中心。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案及技术效果进行进一步描述,但并非仅限于这些实施例。
实施例1
(1)将55g分子筛(干基,30gHY和25gHZSM-5)溶于600ml去离子水中,在搅拌下升温至80,℃加入4.32gCeCl3·6H2O,继续搅拌4h,旋转蒸发干燥后与25g无定形硅铝(干基)以及30gAl2O3(干基)混合均匀,加入质量浓度3%的稀硝酸溶液,混合后捏成泥状,将产品在挤条机挤出为条形催化剂,120℃下空气氛围干燥12h,在空气气氛下450℃焙烧6h得到成型载体;
(2)称取0.12g Cu(NO3)2,溶于75ml去离子水中搅拌溶解,得到硝酸铜溶液,然后取步骤(1)中成型载体50g加入上述溶液中,饱和浸渍20h,真空干燥,110℃下干燥8h,500℃焙烧4h,得到负载过渡金属的催化剂;
(3)在75ml去离子水中逐滴加入相当于0.05gPt的H2PtCl4溶液,将(2)中所制得的负载过渡金属的催化剂加入此溶液,浸渍负载贵金属,真空干燥除去水分,在110℃下干燥8h,空气气氛下500℃焙烧4h制得成品催化剂A,评价结果见表2。
实施例2
催化剂制备方法及过程同实施例1,只是将步骤(2)中0.12g Cu(NO3)2改为0.06g钼酸铵,最后制得成品催化剂B,评价结果见表2。
实施例3
催化剂制备方法及过程同实施例1,只是将步骤(2)中0.12g Cu(NO3)2改为0.194gNi(NO3)2·6H2O,最后制得成品催化剂C,评价结果见表2。
实施例4
催化剂制备方法及过程同实施例1,只是将步骤(1)中4.32gCeCl3·6H2O改为加入5.3gLa(NO3)3·6H2O,最后制得成品催化剂D,评价结果见表2。
实施例5
催化剂制备方法及过程同实施例1,只是将步骤(2)中Cu(NO3)2的量改为0.24g,最后制得成品催化剂E,评价结果见表2。
实施例6
催化剂制备方法及过程同实施例1,只是将步骤(3)中加入相当于0.075gPt的H2PtCl4溶液,最后制得成品催化剂F,评价结果见表2。
实施例7
催化剂制备方法及过程同实施例1,将步骤(2)中Cu(NO3)2的量改为0.24g,将步骤(3)中加入相当于0.075gPt的H2PtCl4溶液,最后制得成品催化剂G,评价结果见表2。
评价试验:
将10g本发明上述实施例得到的催化剂A-G装入固定床反应器,进行预处理,活化条件为:温度250~400,℃升温速率为5,℃/在mi2n50℃保持2h,在400℃保持2h,氢气流速为180mL/min。活化结束后降低床层温度至320,℃进行C10+重芳烃加氢反应,反应条件为:温度360℃,压力为2.5MPa,重时空速为1.0h-1,氢烃体积比为700。反应稳定12h后,连续定期取样分析,用气相色谱仪分析液体产物组成,并计算得到重芳烃转化率、BTX芳烃组分含量。
C10 +重芳烃转化率、BTX芳烃组分的定义为:
产物中BTX芳烃组分是指苯、甲苯以及碳八芳烃;
C10 +重芳烃转化率=(进料中C10重芳烃的质量-产物中C10 +重芳烃质量)/进料中C10 +重芳烃的质量×100%;
评价试验中所用C10 +重芳烃原料组成如表1所示,表2中列出了实施例1-7制得的催化剂A、B、C、D、E、F、G的评价结果。
表1 C10 +重芳烃原料组成
从表2中可以看出,催化剂在临氢条件下具有高C10 +重芳烃转化率、高BTX芳烃收率,且C6~C9非芳烃含量低。反应进行300h后,催化剂的C10重芳烃转化性能基本无变化。
表2 不同催化剂的评价结果