CN106540744A - 一种硅铝磷分子筛催化剂的回用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于硅铝磷分子筛微球催化剂的回用方法,是将回用的催化剂做为合成SAPO类分子筛的部分原料。该方法采用回用的微球催化剂、硅源、铝源、磷源、模板剂及去离子水作为原料,或可以添加一定金属,按照一定比例混合均匀,在150-250℃下晶化12-48小时得到分子筛液,再经过洗涤、干燥得到SAPO类分子筛或Me-SAPO分子筛原粉。本发明不仅对生产中产生的不符合指标要求的催化剂进行回收利用,也可以是应用此类催化剂过程中的循环流化床的旋风分离装置收集的细粉催化剂(未积碳且粒径小于50微米)或不符合产品指标要求的催化剂,进行回收利用,充分进行废物利用,减少对环境的污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于硅铝磷分子筛微球催化剂的回用方法。
背景技术
随着石化资源的日渐枯竭,以煤为原料制备化学品的工艺备受关注,其中煤经甲醇制烯烃的工艺也受到广泛关注,并已经取得非常好的经济效益和社会效益。
伴随着甲醇制烯烃技术的工业化,甲醇制烯烃流化床催化剂得以实现大规模生产和工业应用。目前国内生产甲醇制低碳烯烃催化剂的生产厂主要有3家,因生产工艺、原料不稳定等因素影响,会产生不符合产品标准(外观、晶相、粒度分布、磨损指数、密度和评价性能等)的催化剂,这些产品不符合生产指标,无法直接利用到下游生产中,目前没有见报道对其进行更好的利用和处理。
适用于流化床的催化剂对催化剂的粒度分布有一定的要求,大部分是采用喷雾干燥法制备的微球型催化剂。此方法在制备催化剂过程中会产生少量的细粉。这部分细粉如果调配到粗粉中会导致催化剂的粒度分布不符合标准,所以这部分催化剂不加以回收其会变成废品,增加生产成本。
催化剂在循环流化床装置中会发生磨损,其中大多数粉化的催化剂通过旋风分离设备回收下来。这些粉化催化剂由于粒度比较小无法再调配到新鲜的催化剂中,如果将这部分粉化的催化剂回收利用,具有一定的经济价值。
专利CN1516177A报道了一种重新利用含分子筛催化剂的方法,即将含分子筛微球催化剂与去离子水混合,经过胶磨,最终重新喷雾干燥制成适宜粒度分布的催化剂。用于回收的催化剂必须是新鲜未焙烧样品。专利CN101157051A报道了一种流化床用微球催化剂的回收方法,该方法是将回收的催化剂按一定比例与制备新鲜微球催化剂的各原料混合,料桨胶磨后喷雾干燥并高温焙烧,可以获得具有较低磨损指数和适宜粒度分布的微球催化剂。需要指出的是本方法是回收的废催化剂利用其中含有的硅、铝、磷氧化物应用到SAPO类分子筛的合成中,新鲜未焙烧样品和焙烧后样品都可以应用此方法。本发明中可以应用生产中不符合生产指标的催化剂且可以应用已焙烧的催化剂,此外可以利用下游循环流化床产生的废催化剂,将此两部分催化剂应用到重新合成催化剂时,对于晶相不符合要求的催化剂不能将其利用其中,所以本发明将所有不符合指标要求的催化剂及循环流化床产生的废催化剂均可进行回收利用,且合成产生分子筛收率有所增加,极大的提高了生产效益。
发明内容
本发明的目的将是将不符合产品指标的催化剂和下游流化床装置产生的废催化剂做为部分原料合成SAPO-34、SAPO-11、SAPO-18、SAPO-35、SAPO-5、SAPO-56分子筛。该方法采用微球催化剂、硅源、铝源、磷源、模板剂及去离子水作为原料,按照一定比例混合均匀,在150-250℃下晶化12-48小时得到SAPO类分子筛液,再经过洗涤、干燥得到SAPO类分子筛原粉。
本发明是一种用于硅铝磷分子筛微球催化剂的回用方法。该方法的具体工艺如下:
(1)测定微球催化剂的固含量,以氧化物计,测定微球催化剂中的氧化硅、氧化铝和五氧化二磷含量。根据合成SAPO类分子筛的原料摩尔配比:(0.05~2)mol SiO2:(0.2~3)mol A12O3:(0.2~3)mol P2O5:(20~100)mol H2O:(0.5~10)mol模板剂:(0~0.5)molMe(金属添加剂),计算出需要补加的硅源、铝源、磷源、去离子水的量和添加的模板剂的量;
(2)按照步骤(1)的配比,称取微球催化剂、模板剂、去离子水及补加的硅源、铝源、磷源,将各物料混合,充分搅拌,混合均匀;
(3)将步骤(2)得到的混合液移入反应釜中,在搅拌状态下老化不少于5小时,150-390℃晶化12-48小时;
(4)反应结束后反应釜冷却将物料放出,分子筛液进行洗涤和干燥,得到SAPO-34、SAPO-11、SAPO-18、SAPO-35、SAPO-5、SAPO-56等SAPO类分子筛原粉。
所述的回用的微球催化剂在总配料中氧化物干基含量为0-85%wt。
所述的回用的微球催化剂可以是下游应用此类催化剂的循环流化床产生的废催化剂、不符合产品指标要求的催化剂。本发明不仅对生产中产生的不符合指标要求的催化剂进行回收利用,也可以对下游应用此类催化剂的循环流化床的旋风分离装置回收得到的粉末(含碳或焙烧除碳样品,粉末中分子筛的含量与新鲜催化剂的含量相近)进行回收利用,充分进行废物利用,减少对环境的污染。
所述的回用的催化剂由SAPO/MeAPO分子筛作为活性组分,添加粘结剂、助剂和造孔剂制备而成,其中粘结剂为高岭土、膨润土、蒙脱土、铝溶胶、硅溶胶和氧化铝等中的一种或几种的混合物;助剂为钙、锶、钡和锆的氧化物、无机盐和有机盐中的一种或几种的混合物;造孔剂为有机化合物。
所述分子筛原粉为SAPO/Me-SAPO分子筛,Me-SAPO分子筛中所含金属为钛、钒、铬、猛、铁、钴、镍、铜、锌、锆等的一种或任意几种的混合物。
所述的回用微球催化剂中元素组成(质量含量)为氧化硅2-40%wt、氧化磷8-50%wt、氧化铝15-70%wt、碱土金属氧化物0%-8%wt,过渡金属氧化物0-20%wt。
所述流化床装置产生的废催化剂为旋风分离设备回收下来的催化剂或是跑损回收下来的催化剂。
所述的不符合产品指标要求的催化剂包括外观、晶相、粒度分布、磨损指数、密度和评价性能等其中一项或多项不符合产品指标要求。
所述的微球催化剂合成SAPO类分子筛补加的磷源采用磷酸、磷酸铝、亚磷酸盐中的一种;使用磷酸铝为磷源时,其中铝充当一部分铝源,根据氧化铝含量,若需补加,则补加其他铝源。
所述的微球催化剂合成SAPO类分子筛补加的硅源采用硅溶胶、硅酸、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、白炭黑、商品用活性二氧化硅中的一种或两种。
所述的微球催化剂合成SAPO类分子筛补加的铝源可采用拟薄水铝石、γ-Al2O3、δ-Al2O3、ρ-Al2O3、Al(OH)3、磷酸铝、烷氧基铝、异丙醇铝、AlOOH中的一种或两种;使用磷酸铝为铝源时,其中磷为磷源,根据氧化磷含量,若需补加,则补加其他磷源。
所述的模板剂可采用吗啡琳、四乙基氢氧化铵(TEAOH)、三乙胺、二乙胺、二乙胺与三乙胺的混合物、哌啶、二甲基乙醇胺、N,N,N′,N′-四甲基-1,6-己二胺(TMHD)、六亚甲基四胺、二正丙胺、二正丙胺和二异丙胺的混合物中的一种或两种。
本发明的优点在于实现了含有杂晶催化剂、粒度不符合要求催化剂、循环流化床的旋风分离装置收集的粉末的再利用,利用微球催化剂代替部分原料合成的SAPO-34分子筛各项表征和性能均能达到生产指标要求,分子筛产量有所提高。本方法回用的催化剂可以是新鲜催化剂(不符合产品指标要求的),也可以是焙烧后催化剂和循环流化床旋风分离装置收集的粉末。
以上提到的晶相、粒度、磨损指数不符合出厂指标要求的催化剂不能再经过二次晶化或制备得到合格的催化剂,并且这部分催化剂无法使用到下游生产当中,没有其他的利用途径,大多积压在库房内,只能按固废处理,所以将这部分催化剂回用是变废为宝,同时提高的分子筛产量还带来了一定的经济效益。
下游利用此分子筛催化剂的循环流化床反应过程中,催化剂在反应器内经过长时间的碰撞、摩擦,会有部分粉末从催化剂上脱落下来,经过旋风分离装置收集下来,这部分催化剂的粒度分布已不符合标准,不能再参与反应,但这部分粉末中还含有大量有应用价值的分子筛,所以研究此方法也是为了将这部分粉末加以回收利用,降低催化剂的损失成本,具有一定的经济价值。
附图说明
图1为本发明所合成的sapo-34分子筛的XRD谱图。
图2为本发明所合成的sapo-34分子筛的XRD谱图。
图3为本发明所合成的sapo-11分子筛的XRD谱图。
图4为本发明所合成的sapo-34分子筛的XRD谱图。
图5为本发明所合成的sapo-34分子筛的XRD谱图。
图6为本发明所合成的sapo-35分子筛的XRD谱图。
图7为本发明所合成的sapo-5分子筛的XRD谱图。
图8为本发明所合成的无定型分子筛的XRD谱图。
图9为本发明所合成的无定型物质的XRD谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对硅铝磷分子筛微球催化剂制备SAPO类分子筛的方法予以进一步说明,但本发明并不因此而受到任何限制。
实施例1
搅拌条件下,向容器中依次加入1500g去离子水、590g氧化铝(Al2O3质量分数99%)、1440g磷酸(H3PO4质量分数80.39%),再加入1500g去离子水、277.41g硅溶胶(SiO2质量分数27%),搅拌均匀,最后加入159g二乙胺和1526g三乙胺的混合液。搅拌均匀后将混合溶液移到反应釜内,装填量80%,在150℃老化8小时,在200℃下晶化15小时,经过过滤、洗涤、干燥,得到产物记SAPO-34-1,X-射线粉末衍射图见图1,经检索分析为SAPO-34分子筛。分子筛经固定床活性评价(评价条件:将分子筛原粉压片,敲成20-40目的颗粒,称取2.5g装入固定床反应器中,样品首60ml/min的氮气下升至550℃活化半小时,然后降温至450℃,停止通氮气,用微量泵进料,40%甲醇水溶液,重量空速WHSV为2.0h-1反应产物进行色谱在线分析。)双烯选择性及寿命数据结果见表1。分子筛收率(收率=合成分子筛量/原料固含量)见表1。
实施例2
实施例1得到的SAPO-34分子筛原粉与粘结剂、助剂、造孔剂和去离子水混合形成浆液,浆液经过胶体磨胶磨,使得其中所含的固体颗粒直径小20微米。然后采用离心式喷雾干燥装置进行喷雾干燥,雾化器的转速为30Hz,喷雾干燥设备进口温度400℃,出口温度不低于120℃。喷雾过程中会有少量的小于20微米的细粉产生,记为R1。
实施例3
将实施例2得到的R1样品进行元素组成分析(SiO2含量26.69wt%,Al2O3含量49.31wt%,P2O5含量23.20wt%,余量为水和、铁、钾、钙、硫、钛、锌、镍、锶、钴、铜的氧化物共占0.8%)。用R1样品代替部分硅源、铝源、磷源。向容器中依次加入1500g去离子水、479g氧化铝(Al2O3质量分数99%)、496gR1,1252g磷酸(H3PO4质量分数80.7%),再加入1500g去离子水、90g硅溶胶(SiO2质量分数27.44%),搅拌均匀,最后加入600g四乙基氢氧化铵和1096g三乙胺的混合液。搅拌均匀后将混合溶液移到反应釜内,装填量80%,在150℃老化8小时,在200℃下晶化15小时,经过过滤、洗涤、干燥,得到产物记SAPO-34-2,X-射线粉末衍射图见图2中SAPO-34,经检索分析为SAPO-34分子筛。分子筛经固定床活性评价(评价条件见实施例1双烯选择性及寿命见表1。分子筛收率(收率=合成分子筛量/原料固含量)见表1。
实施例4
将实施例2得到的R1样品进行元素组成分析(SiO2含量26.69wt%,Al2O3含量49.31wt%,P2O5含量23.20wt%,余量为水和、铁、钾、钙、硫、钛、锌、镍、锶、钴、铜的氧化物共占0.8%)。用R1样品代替部分硅源、铝源、磷源。向容器中依次加入3000g去离子水、387.03g拟薄水铝石(Al2O3质量分数65%)、300gR1,690g磷酸(H3PO4质量分数85%),189.93g硅溶胶(SiO2质量分数37%),搅拌均匀,最后加入二正丙胺404g。搅拌均匀后将混合溶液移到反应釜内,装填量80%,在180℃下晶化25小时,经过过滤、洗涤、干燥,得到产物记SAPO-11,X-射线粉末衍射图见图3中SAPO-11,经检索分析为SAPO-11分子筛。
实施例5
分析磨损指数不合格的催化剂(650℃焙烧1h)的元素组成(SiO2含量25.90wt%,Al2O3含量45.19wt%,P2O5含量28.00wt%,余量为水和、铁、钾、钙、硫、钛、锌、镍、锶、钴、铜的氧化物共占0.91%),向容器中依次加入1500g去离子水、479g拟薄水铝石(Al2O3质量分数99%)、496gR2,1046g磷酸(H3PO4质量分数80.7%),再加入1500g去离子水、150g硅溶胶(SiO2质量分数27.44%),搅拌均匀,最后加入650g四乙基氢氧化铵和1096g三乙胺的混合液。搅拌均匀后将混合溶液移到反应釜内,装填量80%,在150℃老化8小时,在200℃下晶化15小时,经过过滤、洗涤、干燥,得到产物记SAPO-34-3,X-射线粉末衍射图见图4中SAPO-34,经检索分析为SAPO-34分子筛。分子筛经固定床活性评价(评价条件见实施例1双烯选择性及寿命见表1。分子筛收率(收率=合成分子筛量/原料固含量)见表1。
实施例6
甲醇制烯烃工业化反应装置(180万吨煤基甲醇制60万吨烯烃)进行甲醇制烯烃反应,装置平稳运行一年后,从旋风分离器取样口中收集的粉末,记为R3。
实施例7
对R3进行元素分析(SiO2含量20.90wt%,Al2O3含量50.19wt%,P2O5含量28.20wt%,余量为水和、铁、钾、钙、硫、钛、锌、镍、锶、钴、铜的氧化物共占0.71%),用R3代替部分硅源、铝源、磷源。向容器中依次加入1500g去离子水、479g氧化铝(Al2O3质量分数99%)、496gR3,1546g磷酸(H3PO4质量分数80.7%),再加入1500g去离子水、250g硅溶胶(SiO2质量分数27.44%),搅拌均匀,最后加入288g二乙胺和1096g三乙胺的混合液。搅拌均匀后将混合溶液移到反应釜内,装填量80%,在150老化8℃小时,在200℃下晶化15小时,经过过滤、洗涤、干燥,得到产物记SAPO-34-3,X-射线粉末衍射图见图5中SAPO-34,经HighScore软件分析选择PDF卡片进行检索为SAPO-34分子筛。分子筛经固定床活性评价(评价条件见实施例1),双烯选择性及寿命见表1。分子筛收率(收率=合成分子筛量/原料固含量)见表1。
实施例8
分析晶相不合格催化剂R4((650℃焙烧1h))的元素组成(SiO2含量23.67wt%,Al2O3含量53.89wt%,P2O5含量21.54wt%,余量为水和、铁、钾、钙、硫、钛、锌、镍、锶、钴、铜的氧化物共占0.91%),代替部分铝源、硅源、磷源。向容器中依次加入60g去离子水、加入7.76g磷酸(H3PO4质量分数85%)搅拌均匀,搅拌10min后加入5.43g水合氧化铝(Al2O3质量分数98%),继续搅拌60min,加入R4催化剂6g,然后加入22.00g硅溶胶(SiO2质量分数27.00%),继续搅拌20min,再加入10.37g六亚甲基四胺,混合成凝胶后移入到带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中,200℃下晶化24小时,产物经过滤、洗涤、干燥后得到产物记SAPO-35,X-射线粉末衍射图见图6中SAPO-35,经检索分析为SAPO-35分子筛。
实施例9
向容器中依次加入1500g去离子水、479g拟薄水铝石(Al2O3质量分数99%)、496gR1催化剂,1546g磷酸(H3PO4质量分数80.7%),再加入1500g去离子水、189g硅溶胶(SiO2质量分数27.44%),搅拌均匀,最后加入190g二乙胺和900g三乙胺的混合液。搅拌均匀后将混合溶液移到反应釜内,装填量80%,在150℃老化7小时,在200℃下晶化15小时,经过过滤、洗涤、干燥,得到产物记SAPO-5,X-射线粉末衍射图见图7中SAPO-5,经检索分析为SAPO-5分子筛。
对比实施例1
称取晶相不合格催化剂R4(SiO2含量23.67wt%,Al2O3含量53.89wt%,P2O5含量21.54wt%,余量为水和、铁、钾、钙、硫、钛、锌、镍、锶、钴、铜的氧化物共占0.91%)30g加入烧杯中,再向烧杯中加入40g水,搅拌10min后再加入18.5g三乙胺和4g二乙胺,搅拌均匀后将混合溶液移到反应釜内,装填量80%,在150℃老化7小时,在200℃下晶化15小时,经过过滤、洗涤、干燥,得到产物记X-1,X-射线粉末衍射图见图8中X-1,经检索分析为无定形分子筛。
对比实施例2
称取磨损指数不合格的催化剂(650℃焙烧1h)(SiO2含量25.90wt%,Al2O3含量45.19wt%,P2O5含量28.00wt%,余量为水和、铁、钾、钙、硫、钛、锌、镍、锶、钴、铜的氧化物共占0.91%),25g加入烧杯中,再向烧杯中加入40g水,搅拌10min后再加入18.5g三乙胺和4g二乙胺,搅拌均匀后将混合溶液移到反应釜内,装填量80%,在150℃老化7小时,在200℃下晶化15小时,经过过滤、洗涤、干燥,得到产物记X-2,X-射线粉末衍射图见图9中X-2。
表1实施例1-4产品评价结果
由表可以看出用催化剂作为部分原料合成SAPO-34分子筛比用常规原料合成的SAPO-34的双烯选择性要高,产品收率也有所增加。
Claims (10)
1.一种硅铝磷分子筛催化剂的回用方法,是将不含有改性金属的回用催化剂作为全部或部分原料代替硅源、铝源和磷源再与模板剂及去离子水按照所需比例混合均匀,且原料中不添加金属制成SAPO分子筛或可以添加金属混合均匀制成金属改性Me-SAPO分子筛,混合均匀的原料经过老化、晶化、洗涤焙烧不添加金属的原料得到SAPO-34、SAPO-11、SAPO-18、SAPO-35、SAPO-5、SAPO-56等SAPO类分子筛或添加金属的原料制成金属改性Me-SAPO分子筛原粉;
或者,是将含有改性金属的回用催化剂作为全部或部分原料代替硅源、铝源和磷源,以及代替全部或部分金属添加剂,再与模板剂及去离子水按照所需比例混合均匀,混合均匀的原料经过老化、晶化、洗涤焙烧制成金属改性Me-SAPO分子筛原粉;
其具体操作步骤如下:
(1)测定回用催化剂的固含量,以氧化物计,测定微球催化剂中的氧化硅、氧化铝和五氧化二磷含量;根据所需合成SAPO类分子筛或Me-SAPO分子筛的原料摩尔配比:(0.05~2)mol SiO2:(0.2~3)mol Al2O3:(0.2~3)mol P2O5:(20~100)mol H2O:(0.5~10)mol模板剂:(0~0.5)molMe(金属添加剂),计算出需要补加的硅源、铝源、磷源的量、以及去离子水的量、金属添加剂和添加的模板剂的量;
(2)按照步骤(1)的配比,称取回用催化剂、金属添加剂、模板剂、去离子水及需要补加的硅源、铝源、磷源,将各物料混合,充分搅拌,混合均匀得混合液;
(3)将步骤(2)得到的混合液移入反应釜中,在120-170℃搅拌状态下(优选为120-150℃)老化不少于5小时(优选为8h-12h),然后150-390℃(优选为170-200℃)晶化12-48小时(优选为15-24h);
(4)反应结束后反应釜冷却将物料放出,分子筛液进行洗涤和干燥,得到SAPO类分子筛原粉或Me-SAPO分子筛原粉。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:回用催化剂在总原料摩尔配比中氧化物(氧化硅、氧化铝和五氧化二磷)干基含量为0-85%wt,优选为0-50%。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于:回用的催化剂可以是应用此类催化剂过程中的循环流化床的旋风分离装置收集的细粉催化剂(未积碳且粒径小于50微米)或不符合产品指标要求的催化剂,详见权利要求7。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:回用的催化剂由SAPO和/或Me-APO分子筛作为活性组分,添加粘结剂、助剂制备而成,其原料配比为分子筛:粘结剂:助剂=(30wt%-65wt%):(0.5wt%-31wt%):(19wt%-42wt%),其中粘结剂为高岭土、膨润土、蒙脱土、铝溶胶、硅溶胶和氧化铝中的一种或二种以上的混合物;助剂为铝溶胶、硅溶胶、无机盐和有机盐中的一种或二种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述分子筛原粉为SAPO或Me-SAPO分子筛,Me-SAPO分子筛中改性金属为钛、钒、铬、猛、铁、镁、钴、镍、铜、锌、锆的一种或任意二种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述的回用催化剂中元素组成(质量含量)为氧化硅2-40%wt、氧化磷8-50%wt、氧化铝15-70%wt、碱土金属氧化物0%-8%wt,过渡金属氧化物0-20%wt。
7.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述流化床装置产生的废催化剂为旋风分离设备回收下来的催化剂或是跑损回收下来的催化剂中的一种或二种以上;
所述的不符合产品指标要求的催化剂包括外观、晶相、粒度分布、磨损指数、密度和评价性能等其中一项或二项以上不符合产品指标要求催化剂中的一种或二种以上。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:回用催化剂合成SAPO类分子筛补加的磷源采用磷酸、磷酸铝、亚磷酸盐中的一种或二种以上;使用磷酸铝为磷源时,其中铝充当一部分铝源,根据氧化铝含量,若需补加,则补加非磷酸铝的其他铝源;
回用催化剂合成SAPO类分子筛补加的硅源采用硅溶胶、硅酸、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、白炭黑、商品用活性二氧化硅中的一种或两种以上;
回用催化剂合成SAPO类分子筛补加的铝源可采用拟薄水铝石、γ-Al2O3、δ-Al2O3、ρ-Al2O3、Al(OH)3、磷酸铝、烷氧基铝、异丙醇铝、AlOOH中的一种或两种以上;使用磷酸铝为铝源时,其中磷为磷源,根据氧化磷含量,若需补加,则补加非磷酸铝的其他磷源。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述的模板剂可采用吗啡琳、四乙基氢氧化铵(TEAOH)、三乙胺、二乙胺、二乙胺与三乙胺的混合物、哌啶、二甲基乙醇胺、N,N,N′,N′-四甲基-1,6-己二胺(TMHD)、六亚甲基四胺、二正丙胺、二正丙胺和二异丙胺的混合物中的一种或两种以上。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述SAPO类分子筛原粉为SAPO-34、SAPO-11、SAPO-18、SAPO-35、SAPO-5或SAPO-56。
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