CN1113810C - 高硅β沸石及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种β沸石,SiO2/Al2O3为60~80,红外酸度,总酸为0.1~0.3mmol/g,比表面为500~600M2/g,孔容为0.3~0.4ml/g,其制备方法是将有机胺为模板剂,水热法合成的原料β沸石经铵盐交换,高温焙烧脱铵,酸处理和水热处理。特别之处在于将晶化完的β沸石浆液、母液分离与铵盐交换合并一步进行,以提高β沸石产品收率,缩短母液分离时间,降低成本。该方法用于工业试验,结果表明,只改进这一步,β沸石产品收率由原67m%提高到90m%以上;分离时间由原12小时缩短到1小时。
Description
本发明涉及一种β沸石及其制备方法,特别是适用于生产中间馏分油加氢裂化催化剂的高硅β沸石及其制备方法。
众所周知,尽管人们不断开发出各种新型沸石,但在工业应用方面β沸石仍占有重要地位,用作加氢裂化催化剂的主要成分或添加成分,正在得到人们的普通关注,故其改性技术也在不断发展。
目前人工合成的β沸石都是在有机铵模板剂存在下,水热法合成的,如:US3308069,EP187522,US4875056,CN-1106214A。上述专利有关β沸石的合成方法合成的β沸石颗粒细,通常在1~3nm,接近超微粒,用一般的固液分离设备分离母液,开始细颗粒的β沸石穿透滤布,过滤一段时间后,β沸石颗粒将滤布孔隙堵塞,过滤速度极慢,收率很低,成本高,影响了β沸石在石油化工领域中的应用。
现有技术中β沸石改性技术以β沸石产品为原料,主要目的是提高硅铝比,如EP95304,EP488867,EP94827、US4554065和CN1105646A等,上述专利中对β沸石的改性技术主要包括如下内容:
1.高温焙烧脱铵:在500~600℃下焙烧若干小时,以除去原料β沸石中的
有机胺模板剂;
2.酸处理脱铝:用一定浓度的无机酸,在一定温度下与原料β沸石作用,
脱除沸石骨架中的部分铝,提高其硅铝比。
用上述方法制得的β沸石产品,通常收率低、成本高,物化性能达不到使用要求,固体酸量高,抗氮性能差,使得β沸石在高氮介质中使用受到限制。
本发明的目的在于提供一种骨架硅铝比高,非骨架铝多,固体酸量低,抗氮性能好,结构稳定的β沸石。本发明的另一个目的在于提供一种沸石产品收率高,分离时间短,产品性能佳的β沸石的制备方法。
本发明的β沸石具有如下特征:
硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为60~80,红外酸度,总酸为0.1~0.3mmol/g,比表面为500~600M2/g,孔容为0.3~0.4ml/g,Na2O≤0.15w%。
本发明关于β沸石的制备方法步骤如下:
(1)晶化完全后的β沸石浆液直接进行铵盐交换;
(2)铵盐交换后的β沸石进行过滤、水洗、干燥和焙烧;
(3)焙烧脱铵后的β沸石进行酸处理;
(4)酸处理完的β沸石进行加压水热处理。
上述各步骤中的处理条件可以采用本领域中公知的一些操作条件,如CN1105646A中公开的条件可以适用于本发明的方法中,下面具体给出本发明β沸石的制备过程的条件。
(1)铵盐交换
以有机胺为模板剂,水热法合成的β沸石,其SiO2/Al2O3摩尔为25~30,Na2O/含量为3.0~4.0w%,将晶化完全的β沸石浆液直接导入搪瓷交换缸中,浆液固液体积比为1∶5,用净水稀释到固液比为1∶5~15进行铵盐交换,控制浆液中铵盐的浓度为0.1~10.0M,最好是0.5~5.0M,所用的铵盐可为硝酸盐、氯化盐、硫酸盐等。交换时进行充分搅拌,并维持温度在室温至100℃范围内,时间0.5~5小时,最好是1.0~3.0小时,控制沸石在浆液中浓度为0.01~1.0g/ml,最好为0.05~0.5g/ml,使交换后的沸石中Na2O含量不大于0.5m%,通常进行2次可达到要求。
(2)高温焙烧脱铵
铵盐交换后的β沸石经过滤、水洗、干燥至干基≥80m%,焙烧处理是在通空气的焙烧炉中进行,分段焙烧处理,第一段焙烧温度控制在150~250℃,时间为2.0~4.0小时,脱去剩余水分;第二段焙烧温度控制在250~450℃时间为4.0~6.0小时,有机胺分解;第三段焙烧温度控制在450~650℃,时间为5.0~15.0小时,分解游离炭。焙烧后的β沸石为白色,含炭量应小于0.2w%,环己烷吸附量大于13%。
(3)酸处理
焙烧脱铵后的β沸石用0.05~10.0M,最好是0.1~5.0M,无机酸在充分搅拌条件下进行酸处理,处理温度控制在20~100℃范围内,时间为0.5~5.0小时,最好是1.0~3.0小时,沸石在浆液中浓度为0.01~1.0g/ml,最好是0.05~0.5g/ml,浆液pH控制在1.5~3.5,所用的无机酸可为盐酸,硝酸或硫酸等。
(4)加压水热处理
将酸处理后进行过滤洗涤,然后将湿滤饼置于密闭水热处理炉,升温至400~900℃,最好是500~800℃,升温速度为100~600℃/小时,最好是200~400℃/小时,靠自身水蒸汽,控制体系压力为50~500 KPa(表压),最好是100~300KPa,在此条件下维持0.5~5.0小时,最好是1~3小时,然后卸压降温,即得到本发明的β沸石。
本发明β沸石硅铝比高,酸度低,抗氮性能好,结构稳定,可用于制备各种烃类反应催化剂,特别是用于减压馏分油加氢裂化过程,呈现较好的中间馏分油选择性和裂解活性。
本发明β沸石的制备方法的特点在于,改变现有技术中以β沸石产品为原料的方法,而使用β沸石制备过程中晶化后的浆液直接进行改性处理,减少制备步骤,缩短工艺流程,并获得了产品收率大大提高、分离时间大大减少的意想不到的效果。本发明方法,将晶化后的浆液直接进行铵交换后,使β沸石颗粒聚集,大大提高了过滤速度,同时提高了产品收率。产品收率从原来的67m%提高到90m%以上,分离时间由原12小时缩短到1小时。同时,由于制备工序的变化,使获得的β沸石产品具有更佳的物化性质及更优异的使用性能。
下面的实例将对本发明作出进一步的说明。
实例1
(1)取工业合成的SiO2/Al2O3为25.67,Na2O 3.75m%的Naβ沸石浆液2000ml,含固相400g(以干基计),用净水将固液比稀释到1∶10,加入硝酸铵,使浆液中含量达到2.0M,搅拌、升温至95℃,恒温搅拌2小时,然后降温至60℃过滤,湿滤饼再进行第二次交换,条件同第一次。
(2)经两次铵盐交换的β沸石,洗涤至pH达到6,然后放入干燥箱中,110℃干燥6小时。
(3)干燥后的β沸石放入马福炉中在1小时内升温至250℃,恒温2小时,然后继续在1小时内升温至400℃,再恒温4小时,最后升温到540℃,恒温10小时,物料全部烧白,残炭≤0.2%。
(4)高温焙烧脱铵的β沸石经粉碎称量400g,加入0.4M HCl 4000ml,搅拌升温至80℃,恒温搅拌2小时,冷却过滤洗涤。
(5)经酸处理的β沸石过滤洗涤,将湿滤饼放入密闭的水热处理炉中,控制压力200KPa,升温速度为200℃/小时,温度620℃,恒温恒压焙烧2小时,然后自然降至室温,即得到本发明沸石A。
实例2
(1)取工业合成的SiO2/Al2O3 25.67,Na2O 3.75m%的Naβ沸石浆液2000ml,含固相400g(以干基计),用净水将固液比稀释到1∶13,第一次铵盐交换浓度为1M NH4NO3,第二次采用0.5M NH4NO3其它同实例1。
(2)同实例1(2)。
(3)同实例1(3)。
(4)高温焙烧脱铵的β沸石经粉碎称量200g,加入1.0 M HCl 2000ml,搅拌升温至80℃,恒温搅拌2小时,冷却过滤洗涤至无Cl-。
(5)控制压力300KPa,升温速度为500℃/小时,温度560℃,恒温恒压焙烧3小时,进行水热处理。即得到本发明沸石B。
实例3
(1)工业实验,在1000 l晶化缸中,晶化完全的β沸石浆液,SiO2、Al2O3投料量为286Kg,晶化完全,将β沸石浆液定量转移到交换缸中,浆液的固液比为1∶5,然后用净水将固液比稀释到1∶7,加入NH4NO3使其在浆液中达到2.0M,搅拌、给电升温至95℃,恒温搅拌2小时,然后降温至50℃过滤,湿滤饼再进行第二次铵盐交换,条件同第一次。
(2)经两次铵盐交换的β沸石过滤洗涤,然后放入干燥箱中,在110℃干燥12小时。
(3)干燥后的β沸石直接进网带焙烧脱铵,物料全部烧白,残炭≤0.2m%。
(4)焙烧脱铵的β沸石经粉碎称量160Kg,在2000l搪瓷交换缸中,加入0.4 M HCl 1600l,搅拌升温至80℃,恒温搅拌2小时,冷却过滤洗涤至无Cl-。
(5)同实施例1的第(5)步。即得到本发明沸石C。
实例4
(1) 工业实验,在1000 l晶化缸中,SiO2和Al2O3投料量为286Kg,晶化完全,将β沸石浆液定量转移到交换缸中,浆液的固液比为1∶5,然后用净水将固液比稀释到1∶10,加入NH4NO3使其在浆液中浓度达到2.0M,搅拌、给电升温至95℃,恒温搅拌2小时,然后降温至50℃过滤,湿滤饼再进行第二次铵盐交换,配制0.5M NH4NO3溶液,其它同实例3(1)。
(2) 同实例3(2)。
(3) 同实例3(3)。
(4) 同实例3(4)。
(5) 同实例3(5)。即得到本发明沸石D。
比较例1
(1)工业实验,在1000 l晶化缸中,晶化完全的β沸石浆液,SiO2和Al2O3投料量为286Kg,晶化完全,将β沸石浆液定量转移到交换缸中,浆液的固液比为1∶5,然后用净水将固液比稀释到1∶10,搅拌升温至60℃压滤,母液分离完,将湿滤饼放入交换缸中,然后加NH4NO3配制成2.0M溶液2000 l,搅拌、给电升温至95℃,恒温搅拌2小时,然后降温至60℃过滤,湿滤饼再进行第二次铵盐交换,条件同第一次。
(2)同实例3(2)。
(3)同实例3(3)。
(4)同实例3(4)。
(5)同实例3(5)。得到样品E。
比较例2
按照EP95303专利中的实例1所述步骤进行:
(1)取1000gβ沸石(SiO2/Al2O3 26.94)在500℃流动气氛下焙烧4小时,然后在空气中焙烧5小时。
(2)取上述焙烧后沸石500g加到5000ml 2M盐酸溶液中,在95℃下恒温搅拌2小时,然后过滤水洗至中性。
(3)在110℃干燥6小时制得样品F。
表-1 本发明β沸石A~D、比较例1~2和原料β沸石物化性质
实例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 比较例1 | 比较例2 | 原料 | |
沸石编号 | A | B | C | D | E | F | G | |
SiO2/Al2O3 | 63.87 | 65.94 | 69.73 | 72.17 | 68.53 | 60.54 | 27.68 | |
Na2O% | 0.045 | 0.039 | 0.042 | 0.032 | 0.063 | 0.089 | 3.72 | |
结构破坏温度,℃ | 1223 | 1208 | 1228 | 1234 | 1211 | 1187 | 1119 | |
比表面,M2/g | 546 | 564 | 550 | 524 | 533 | 620 | 615 | |
孔容,ml/g | 0.35 | 0.34 | 0.35 | 0.35 | 0.35 | 0.37 | 0.36 | |
NH3-TPDmmol/g | 0.28 | 0.32 | 0.37 | 0.32 | 0.31 | 0.98 | 1.15 | |
红外酸度,mmol/g | B-酸 | 0.031 | 0.061 | 0.019 | 0.02 | 0.041 | 0.154 | 0.482 |
L-酸 | 0.151 | 0.093 | 0.211 | 0.15 | 0.074 | 0.446 | 0.453 | |
总酸 | 0.182 | 0.154 | 0.230 | 0.170 | 0.115 | 0.600 | 0.935 |
表-2 本发明β沸石A~D、比较例1固液分离时间、产品收率
实例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 比较例1 |
沸石编号 | A | B | C | D | E |
合成β沸石SiO2、Al2O3投入量,Kg | 0.4 | 0.40 | 286 | 286 | 286 |
母液分离,铵交换时间,hr | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 18 |
母液分离,铵交换后β沸石量,Kg | 0.36 | 0.37 | 266 | 267 | 187 |
产品收率,% | 90 | 93 | 93 | 93 | 65 |
表-3 催化剂评价结果
催化剂编号 | C-1 | C-2 | C-3 | C-4 | C-5 | C-6 |
分子筛类型 | 实例1 | 实例2 | 实例3 | 实例4 | 比较例1 | 比较例2 |
分子筛含量,w% | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
活性金属含量W/Ni,w% | 24/6 | 24/6 | 24/6 | 24/6 | 24/6 | 24/6 |
S,M2g | 230 | 236 | 238 | 231 | 224 | 227 |
V,ml/g | 0.32 | 0.34 | 0.35 | 0.34 | 0.32 | 0.33 |
200ml加氢小型评价结果 | ||||||
反应温度,℃ | 406 | 406 | 406 | 406 | 412 | 382 |
转化率,% | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 |
中间馏分油选择性,% | 84.1 | 84.2 | 84.4 | 84.1 | 83.5 | 70.5 |
使用同一原料油,在相同反应条件下。
Claims (15)
1、一种高硅β沸石,具有如下特征:硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为60~80,红外酸度,总酸为0.1~0.3mmol/g,比表面为500~600M2/g,孔容为0.3~0.4ml/g,Na2O≤0.15w%。
2、一种权利要求1所述β沸石的制备方法,包括以下步骤:
(1)晶化完全后的β沸石浆液直接进行铵盐交换;
(2)铵盐交换后的β沸石进行过滤、水洗、干燥和焙烧;
(3)焙烧脱铵后的β沸石进行酸处理;
(4)酸处理完的β沸石进行加压水热处理。
3、按照权利要求2所述的方法,其特征在于第(1)步中铵盐交换的操作条件为:在室温至100℃范围内,在浆液中沸石浓度为0.01~1.0g/ml,铵盐浓度为0.1~10.0M条件下,处理0.5~5小时。
4、按照权利要求3所述的方法,其特征在于铵交换过程中浆液中的沸石浓度0.05~0.5g/ml,铵盐浓度为0.5~5.0M,处理时间为1.0~3.0小时。
5、按照权利要求2所述的方法,其特征在于所述的晶化完全后的β沸石的SiO2/Al2O3摩尔比为25~30,Na2O含量为3.0~4.0w%。
6、按照权利要求2所述的方法,其特征在于铵盐交换使用的铵盐为硝酸盐、氯化盐、硫酸盐。
7、按照权利要求2所述的方法,其特征在于铵盐交换为2次。
8、按照权利要求2所述的方法,其特征在于第(2)步中所述的焙烧条件为:分三个阶段进行焙烧处理,第一段焙烧温度控制在150~250℃,时间为2.0~4.0小时;第二段焙烧温度控制在250~450℃,时间为4.0~6.0小时;第三段焙烧温度控制在450~650℃,时间为5.0~15.0小时。
9、按照权利要求8所述的方法,其特征在于所述的焙烧处理是在通空气条件下进行。
10、按照权利要求2所述的方法,其特征在于第(3)步所述的酸处理条件为:沸石在浆液中浓度为0.01~1.0g/ml,浆液pH控制在1.5~3.5,在20~100℃条件下,用无机酸处理0.5~5.0小时。
11、按照权利要求10所述的方法,其特征在于所述的沸石在浆液中浓度为0.05~0.5g/ml,酸处理时间为1.0~3.0小时,无机酸浓度为0.05~10.0M。
12、按照权利要求10或11所述的方法,其特征在于所述的无机酸为盐酸、硝酸或硫酸。
13、按照权利要求2所述的方法,其特征在于所述的水热处理条件为:将湿滤饼在温度400~900℃,压力50~500 KPa下处理0.5~5.0小时。
14、按照权利要求13所述的方法,其特征在于所述的处理温度为500~800℃,压力为100~300 KPa,处理时间为1~3小时。
15、按照权利要求13或14所述的方法,其特征在于其升温速度为100~600℃/小时。
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