CN107737607A - 一种增产丙烯的sp‑5分子筛催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增产丙烯的SP‑5分子筛催化剂，以ZSM‑5分子筛的质量为基准，成品催化剂中磷的含量为1.2%～1.7%、氧化锌的含量为≥0.15%～3%和氧化铁的含量为1.2%～1.8%，步骤如下：将HZSM‑5浸水，将配制好的磷酸氢二铵溶液在搅拌下慢慢喷淋加入到HZSM‑5分子筛中浸渍得到PZSM‑5分子筛湿产品；将PZSM‑5分子筛湿产品干燥、焙烧；将硝酸锌和氯化铁的混合溶液加入到焙烧后的PZSM‑5分子筛中浸渍得到SP‑5分子筛湿产品；将SP‑5分子筛湿产品干燥、焙烧；粉碎、研磨，装袋即成品。SP‑5分子筛结晶完整、粒度小、团聚不明显，经过高温、水热处理不发生晶相转变，有较好的热与水热稳定性，表现出较为优异的吸附性能和裂解性能。
Description
技术领域
本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种增产丙烯的SP-5分子筛催化剂及其制备方法。
背景技术
ZSM-5分子筛硅铝比高，酸性强，而且氢转移活性很低。还有系列ZSM-5分子筛的改性分子筛是目前应用于多产丙烯FCC催化剂和助剂最为广泛和重要的组分。但是由于ZSM-5的水热稳定性和活性影响，直接用于催化裂化催化剂通常会使得转化率以及汽油产率等降低，重油的产率增加。因此，在ZSM-5分子筛的应用时需要先进行改性处理，提高其水热稳定性和活性，ZSM-5分子筛改性研究成为增产丙烯催化剂开发中的核心技术之一。
在现有的技术中，对ZSM-5分子筛的改性大多使用磷和金属元素通过交换法、浸渍法或共沉法实现。这些方法以一定的比例将ZSM-5分子筛加入到溶有硝酸锌、硝酸锆和磷酸氢二铵中的一种或两种的水溶液中，搅拌均匀后室温静置2-15小时，然后在90～150℃下干燥3-10小时完成。由此得到的改性ZSM-5分子筛为进而制备的加氢芳构化催化剂的催化活性带来了一定的提升，但该催化剂催化裂化在提高丙烯选择性、丙烯和液化气产率方面仍存在不足。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种增产丙烯的SP-5分子筛催化剂及其制备方法，该催化剂提高丙烯选择性、丙烯和液化气产率
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种增产丙烯的SP-5分子筛催化剂，所述SP-5分子筛催化剂是在ZSM-5分子筛经含磷溶液、含锌和铁的混合溶液浸渍负载磷、氧化锌、氧化铁后制得的分子筛，成品催化剂中磷的含量为1.2%～1.7%，氧化锌的含量为0.15%～3%，氧化铁的含量为1.2%～1.8%。
所述ZSM-5分子筛的硅铝比为20～50。
所述含磷溶液为磷酸氢二铵溶液，其中磷酸氢二铵纯度不小于98%。
所述含锌和铁的混合溶液为硝酸锌和氯化铁的混合溶液，其中氯化铁纯度不小于98%，硝酸锌纯度不小于98%。
所述的增产丙烯的SP-5分子筛催化剂的制备方法，步骤如下：
（1）将HZSM-5分子筛按照1:0.64的质量比进行浸水；具体方法为：取适量HZSM-5分子筛，慢慢滴加去离子水至到不析出水为止，计算出分子筛的浸水比例1:0.64；
（2）取0.059～0.084重量份的磷酸氢二铵加入0.64重量份的去离子水中制成磷酸氢二铵溶液，取1重量份步骤（1）浸水后的HZSM-5分子筛，将配制好的磷酸氢二铵溶液在搅拌下慢慢喷淋加入到HZSM-5分子筛中浸渍磷得到PZSM-5分子筛湿产品；加入速度以没有液体出现为宜。即加入的磷酸氢二铵溶液全部被吸进分子筛孔道中；
（3）将PZSM-5分子筛湿产品干燥、焙烧；
（4）将0.006重量份的硝酸锌和0.038～0.058重量份的氯化铁加入0.64重量份的去离子水中制成硝酸锌和氯化铁的混合溶液，将其在搅拌下慢慢喷淋加入到步骤（3）焙烧后的PZSM-5分子筛中浸渍得到SP-5分子筛湿产品，加入速度以没有液体出现为宜。即加入的混合溶液全部被吸进分子筛孔道中；
（5）将SP-5分子筛湿产品干燥、焙烧；
（6）粉碎、研磨，装袋即成品。
所述步骤（3）和步骤（5）中的干燥温度为120℃，干燥时间为8h～12h，焙烧温度为550℃～580℃，焙烧时间为1.5～25h。
所述步骤（6）中研磨粒度分布要求D50≤4.2μm，D90≤9.0μm。
本发明的有益效果：本发明所述的磷铁改性分子筛与现有技术相比，其结晶完整、粒度小、团聚不明显，经过高温、水热处理不发生晶相转变，有较好的热与水热稳定性，表现出较为优异的吸附性能和裂解性能。本发明所述的SP-5分子筛应用于催化裂化催化剂中，比ZSM-5分子筛的液化气产率增加4个百分点，丙烯选择性增加3个百分点，丙烯产率增加2.5个百分点，效果明显。
附图说明
图1为本发明SP-5分子筛的电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
一种增产丙烯的SP-5分子筛催化剂，所述SP-5分子筛催化剂是在ZSM-5分子筛经含磷溶液、含锌和铁的混合溶液浸渍负载磷、氧化锌、氧化铁后制得的分子筛，成品催化剂中磷的含量为1.2%，氧化锌的含量为3%，氧化铁的含量为1.2%，其中ZSM-5分子筛的硅铝比为20～50；含磷溶液为磷酸氢二铵溶液，其中磷酸氢二铵纯度不小于98%；含锌和铁的混合溶液为硝酸锌和氯化铁的混合溶液，其中氯化铁纯度不小于98%，硝酸锌纯度不小于98%。
本实施例的增产丙烯的SP-5分子筛催化剂的制备方法，步骤如下：
（1）将HZSM-5分子筛按照1:0.64的质量比进行浸水；具体方法为：取适量HZSM-5分子筛，慢慢滴加去离子水至到不析出水为止，计算出分子筛的浸水比例1:0.64；
（2）取0.059重量份的磷酸氢二铵加入0.64重量份的去离子水中制成磷酸氢二铵溶液，取1重量份步骤（1）浸水后的HZSM-5分子筛，将配制好的磷酸氢二铵溶液在搅拌下慢慢喷淋加入到HZSM-5分子筛中浸渍磷得到PZSM-5分子筛湿产品；加入速度以没有液体出现为宜。即加入的磷酸氢二铵溶液全部被吸进分子筛孔道中；
（3）将PZSM-5分子筛湿产品在120℃的条件下干燥8h，然后在550℃的条件下焙烧25h；
（4）将0.006重量份的硝酸锌和0.038重量份的氯化铁加入0.64重量份的去离子水中制成硝酸锌和氯化铁的混合溶液，将其在搅拌下慢慢喷淋加入到步骤（3）焙烧后的PZSM-5分子筛中浸渍得到SP-5分子筛湿产品，加入速度以没有液体出现为宜。即加入的混合溶液全部被吸进分子筛孔道中；
（5）将SP-5分子筛湿产品干燥、焙烧；
（6）粉碎、研磨，装袋即成品；研磨粒度分布要求D50≤4.2μm，D90≤9.0μm。
图1为本发明SP-5分子筛的电镜图，通过扫描电镜观察，发现改性后的SP-分子筛晶相完整，团聚不明显。添加制备成催化剂经过水热老化处理，有较好的热与水热稳定性，表现出较为优异的吸附性能和裂解性能。
实施例2
一种增产丙烯的SP-5分子筛催化剂，所述SP-5分子筛催化剂是在ZSM-5分子筛经含磷溶液、含锌和铁的混合溶液浸渍负载磷、氧化锌、氧化铁后制得的分子筛，成品催化剂中磷的含量为1.7%，氧化锌的含量为0.15%，氧化铁的含量为1.8%，其中ZSM-5分子筛的硅铝比为20～50；含磷溶液为磷酸氢二铵溶液，其中磷酸氢二铵纯度不小于98%；含锌和铁的混合溶液为硝酸锌和氯化铁的混合溶液，其中氯化铁纯度不小于98%，硝酸锌纯度不小于98%。
本实施例的增产丙烯的SP-5分子筛催化剂的制备方法，步骤如下：
（1）将HZSM-5分子筛按照1:0.64的质量比进行浸水；具体方法为：取适量HZSM-5分子筛，慢慢滴加去离子水至到不析出水为止，计算出分子筛的浸水比例1:0.64；
（2）取0.084重量份的磷酸氢二铵加入0.64重量份的去离子水中制成磷酸氢二铵溶液，取1重量份步骤（1）浸水后的HZSM-5分子筛，将配制好的磷酸氢二铵溶液在搅拌下慢慢喷淋加入到HZSM-5分子筛中浸渍磷得到PZSM-5分子筛湿产品；加入速度以没有液体出现为宜。即加入的磷酸氢二铵溶液全部被吸进分子筛孔道中；
（3）将PZSM-5分子筛湿产品在120℃的条件下干燥12h，然后在580℃的条件下焙烧1.5h；
（4）将0.006重量份的硝酸锌和0.058重量份的氯化铁加入0.64重量份的去离子水中制成硝酸锌和氯化铁的混合溶液，将其在搅拌下慢慢喷淋加入到步骤（3）焙烧后的PZSM-5分子筛中浸渍得到SP-5分子筛湿产品，加入速度以没有液体出现为宜。即加入的混合溶液全部被吸进分子筛孔道中；
（5）将SP-5分子筛湿产品干燥、焙烧；
（6）粉碎、研磨，装袋即成品；研磨粒度分布要求D50≤4.2μm，D90≤9.0μm。
实施例3
一种增产丙烯的SP-5分子筛催化剂，所述SP-5分子筛催化剂是在ZSM-5分子筛经含磷溶液、含锌和铁的混合溶液浸渍负载磷、氧化锌、氧化铁后制得的分子筛，成品催化剂中磷的含量为1.5%，氧化锌的含量为2%，氧化铁的含量为1.6%，其中ZSM-5分子筛的硅铝比为20～50；含磷溶液为磷酸氢二铵溶液，其中磷酸氢二铵纯度不小于98%；含锌和铁的混合溶液为硝酸锌和氯化铁的混合溶液，其中氯化铁纯度不小于98%，硝酸锌纯度不小于98%。
本实施例的增产丙烯的SP-5分子筛催化剂的制备方法，步骤如下：
（1）将HZSM-5分子筛按照1:0.64的质量比进行浸水；具体方法为：取适量HZSM-5分子筛，慢慢滴加去离子水至到不析出水为止，计算出分子筛的浸水比例1:0.64；
（2）取0.07重量份的磷酸氢二铵加入0.64重量份的去离子水中制成磷酸氢二铵溶液，取1重量份步骤（1）浸水后的HZSM-5分子筛，将配制好的磷酸氢二铵溶液在搅拌下慢慢喷淋加入到HZSM-5分子筛中浸渍磷得到PZSM-5分子筛湿产品；加入速度以没有液体出现为宜。即加入的磷酸氢二铵溶液全部被吸进分子筛孔道中；
（3）将PZSM-5分子筛湿产品在120℃的条件下干燥10h，然后在560℃的条件下焙烧20h；
（4）将0.006重量份的硝酸锌和0.045重量份的氯化铁加入0.64重量份的去离子水中制成硝酸锌和氯化铁的混合溶液，将其在搅拌下慢慢喷淋加入到步骤（3）焙烧后的PZSM-5分子筛中浸渍得到SP-5分子筛湿产品，加入速度以没有液体出现为宜。即加入的混合溶液全部被吸进分子筛孔道中；
（5）将SP-5分子筛湿产品干燥、焙烧；
（6）粉碎、研磨，装袋即成品；研磨粒度分布要求D50≤4.2μm，D90≤9.0μm。
实施例4
一种增产丙烯的SP-5分子筛催化剂，所述SP-5分子筛催化剂是在ZSM-5分子筛经含磷溶液、含锌和铁的混合溶液浸渍负载磷、氧化锌、氧化铁后制得的分子筛，成品催化剂中磷的含量为1.6%，氧化锌的含量为0.18%，氧化铁的含量为1.4%，其中ZSM-5分子筛的硅铝比为20～50；含磷溶液为磷酸氢二铵溶液，其中磷酸氢二铵纯度不小于98%；含锌和铁的混合溶液为硝酸锌和氯化铁的混合溶液，其中氯化铁纯度不小于98%，硝酸锌纯度不小于98%。
本实施例的增产丙烯的SP-5分子筛催化剂的制备方法，步骤如下：
（1）将HZSM-5分子筛按照1:0.64的质量比进行浸水；具体方法为：取适量HZSM-5分子筛，慢慢滴加去离子水至到不析出水为止，计算出分子筛的浸水比例1:0.64；
（2）取0.065重量份的磷酸氢二铵加入0.64重量份的去离子水中制成磷酸氢二铵溶液，取1重量份步骤（1）浸水后的HZSM-5分子筛，将配制好的磷酸氢二铵溶液在搅拌下慢慢喷淋加入到HZSM-5分子筛中浸渍磷得到PZSM-5分子筛湿产品；加入速度以没有液体出现为宜。即加入的磷酸氢二铵溶液全部被吸进分子筛孔道中；
（3）将PZSM-5分子筛湿产品在120℃的条件下干燥9h，然后在550℃～580℃的条件下焙烧1.5～25h；
（4）将0.006重量份的硝酸锌和0.05重量份的氯化铁加入0.64重量份的去离子水中制成硝酸锌和氯化铁的混合溶液，将其在搅拌下慢慢喷淋加入到步骤（3）焙烧后的PZSM-5分子筛中浸渍得到SP-5分子筛湿产品，加入速度以没有液体出现为宜。即加入的混合溶液全部被吸进分子筛孔道中；
（5）将SP-5分子筛湿产品干燥、焙烧；
（6）粉碎、研磨，装袋即成品；研磨粒度分布要求D50≤4.2μm，D90≤9.0μm。
实施例5
一种增产丙烯的SP-5分子筛催化剂，所述SP-5分子筛催化剂是在ZSM-5分子筛经含磷溶液、含锌和铁的混合溶液浸渍负载磷、氧化锌、氧化铁后制得的分子筛，成品催化剂中磷的含量为1.3%，氧化锌的含量为2.5%，氧化铁的含量为1.5%，其中ZSM-5分子筛的硅铝比为20～50；含磷溶液为磷酸氢二铵溶液，其中磷酸氢二铵纯度不小于98%；含锌和铁的混合溶液为硝酸锌和氯化铁的混合溶液，其中氯化铁纯度不小于98%，硝酸锌纯度不小于98%。
本实施例的增产丙烯的SP-5分子筛催化剂的制备方法，步骤如下：
（1）将HZSM-5分子筛按照1:0.64的质量比进行浸水；具体方法为：取适量HZSM-5分子筛，慢慢滴加去离子水至到不析出水为止，计算出分子筛的浸水比例1:0.64；
（2）取0.078重量份的磷酸氢二铵加入0.64重量份的去离子水中制成磷酸氢二铵溶液，取1重量份步骤（1）浸水后的HZSM-5分子筛，将配制好的磷酸氢二铵溶液在搅拌下慢慢喷淋加入到HZSM-5分子筛中浸渍磷得到PZSM-5分子筛湿产品；加入速度以没有液体出现为宜。即加入的磷酸氢二铵溶液全部被吸进分子筛孔道中；
（3）将PZSM-5分子筛湿产品在120℃的条件下干燥11h，然后在570℃的条件下焙烧5h；
（4）将0.006重量份的硝酸锌和0.048重量份的氯化铁加入0.64重量份的去离子水中制成硝酸锌和氯化铁的混合溶液，将其在搅拌下慢慢喷淋加入到步骤（3）焙烧后的PZSM-5分子筛中浸渍得到SP-5分子筛湿产品，加入速度以没有液体出现为宜。即加入的混合溶液全部被吸进分子筛孔道中；
（5）将SP-5分子筛湿产品干燥、焙烧；
（6）粉碎、研磨，装袋即成品；研磨粒度分布要求D50≤4.2μm，D90≤9.0μm。
对本发明所制备的SP-5分子筛以及普通ZSM-5分子筛以及专利号为ZL2014 10069280.1的专利公开的分子筛进行ACE评价，结果如表1所示。
表1 催化剂ACE评价结果
由表1可知，本发明所制备的SP-5分子筛应用于催化裂化催化剂中，比ZSM-5分子筛的液化气产率增加4个百分点，丙烯选择性增加3个百分点，丙烯产率增加2.5个百分点，效果明显；与专利号为ZL2014 1 0069280.1的专利公开的分子筛相比，液化气产率增加2.5个百分点，丙烯选择性增加2.4个百分点，丙烯产率增加1.5个百分点，取得一定的进步。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种增产丙烯的SP-5分子筛催化剂，其特征在于：所述SP-5分子筛催化剂是将ZSM-5分子筛经含磷溶液、含锌和铁的混合溶液浸渍负载磷、氧化锌、氧化铁后制得的分子筛催化剂，成品催化剂中磷的含量为1.2%～1.7%，氧化锌的含量为0.15%～3%，氧化铁的含量为1.2%～1.8%。
2.根据权利要求1所述的增产丙烯的SP-5分子筛催化剂，其特征在于：所述ZSM-5分子筛的硅铝比为20～50。
3.根据权利要求1所述的增产丙烯的SP-5分子筛催化剂，其特征在于：所述含磷溶液为磷酸氢二铵溶液，其中磷酸氢二铵纯度不小于98%。
4.根据权利要求1所述的增产丙烯的SP-5分子筛催化剂，其特征在于：所述含锌和铁的混合溶液为硝酸锌和氯化铁的混合溶液，其中氯化铁纯度不小于98%，硝酸锌纯度不小于98%。
5.根据权利要求1~4任一所述的增产丙烯的SP-5分子筛催化剂的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）将HZSM-5分子筛按照1:0.64的质量比进行浸水；
（2）取0.059～0.084重量份的磷酸氢二铵加入0.64重量份的去离子水中制成磷酸氢二铵溶液，取1重量份步骤（1）浸水后的HZSM-5分子筛，将配制好的磷酸氢二铵溶液在搅拌下慢慢喷淋加入到HZSM-5分子筛中浸渍得到PZSM-5分子筛湿产品；
（3）将PZSM-5分子筛湿产品干燥、焙烧；
（4）将0.006重量份的硝酸锌和0.038～0.058重量份的氯化铁加入0.64重量份的去离子水中制成硝酸锌和氯化铁的混合溶液，将其在搅拌下慢慢喷淋加入到步骤（3）焙烧后的PZSM-5分子筛中浸渍得到SP-5分子筛湿产品；
（5）将SP-5分子筛湿产品干燥、焙烧；
（6）粉碎、研磨，装袋即成品。
6.根据权利要求5所述的增产丙烯的SP-5分子筛催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）和步骤（5）中的干燥温度为100℃～130℃，干燥时间为8 h～12h，焙烧温度为550℃～580℃，焙烧时间为1.5h～2.5h。
7.根据权利要求5所述的增产丙烯的SP-5分子筛催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）中研磨粒度分布要求D50≤4.2μm，D90≤9.0μm。
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