CN116060091A - 一种改性y型分子筛及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性Y型分子筛及其制备方法和应用。该方法包括如下步骤:(1)NaY分子筛进行铵交换处理,得到NH4Y分子筛;(2)将步骤(1)所得NH4Y分子筛进行水热处理,得到RNY分子筛;(3)对步骤(2)所得的RNY分子筛进行有机酸‑无机酸的复合酸处理,得到SRNY分子筛,经后处理,得到改性Y型分子筛。本发明方法可简化Y型分子筛改性路径,得到高硅铝比、大比表面积的改性Y型分子筛。

Description

一种改性Y型分子筛及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及Y型分子筛领域,具体地说涉及一种改性Y型分子筛及其制备方法和和应用。
背景技术
Y型分子筛作为加氢裂化催化剂的主要裂化组分得到了广泛的应用。Y型分子筛的孔道结构、硅铝比和酸分布对加氢裂化催化剂的裂化活性、产品选择性以及裂化反应的产品分布等具有直接影响。
目前,制备高硅铝比的Y型分子筛的后处理改性方法,主要是通过常规的水热处理和化学处理中的一种或多种路径组合进行分子筛骨架改性。
刘百军等人在《燃料化学学报》第38卷第4期P496-501,考察了不同浓度草酸对USY分子筛进行改性过程。刘欣梅等人在《化学学报》第58卷第8期P1009-1014,考察了在非缓冲体系下用柠檬酸对USY分子筛进行改性过程。USY分子筛经草酸处理或柠檬酸后产生介孔结构和大量酸性位,为裂化过程提供更多酸性位,但该方法提高分子筛硅铝比有限,分子筛相对结晶度损失较高,不利于工业应用。
何丽凤等人在《石油学报(石油加工)》第28卷增刊1期P13-16,考察了柠檬酸和磷酸对USY分子筛进行改性过程。USY在经过有机-无机复合酸处理后,酸量明显下降,中强酸比例明显增加,但分子筛孔结构却明显下降。
目前,已报到的常规改性Y型分子筛方法很难兼顾高结晶度、高水热稳定性、高SiO2/Al2O3(10~50),并且处理过程繁琐复杂,改性过程较长,因此简化制备步骤,灵活调变改性路径,得到高SiO2/Al2O3的Y型分子筛是亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种改性Y型分子筛及其制备方法和应用。所述方法可简化Y型分子筛改性路径,得到高硅铝比、大比表面积的改性Y型分子筛。
本发明第一方面提供了一种改性Y型分子筛的制备方法,包括如下步骤:
(1)NaY分子筛进行铵交换处理,得到NH4Y分子筛;
(2)将步骤(1)所得NH4Y分子筛进行水热处理,得到RNY分子筛;
(3)对步骤(2)所得的RNY分子筛进行有机酸-无机酸的复合酸处理,得到SRNY分子筛,经后处理,得到改性Y型分子筛。
上述方法中,所述的NaY分子筛的性质如下:比表面积为750~950m2/g,孔容为0.35~0.45mL/g,晶胞参数为2.455~2.470nm,SiO2/Al2O3摩尔比为4~6,晶粒平均直径为0.8μm~1.5μm。
上述方法中,步骤(1)中铵交换处理所需的处理液为铵盐溶液,所述铵盐溶液为硝酸铵溶液、硫酸铵溶液、氯化铵溶液中的一种或几种。所述铵盐溶液的浓度为0.5mol/L~3.0mol/L,优选为1.0mol/L~2.0mol/L。所述NaY分子筛与铵盐溶液的固液比1g/5mL~1g/20mL,优选1g/5mL~1g/15mL。
上述方法中,步骤(1)中所述铵交换处理的时间为0.5h~3.0h,优选为0.5h~2.0h,处理的温度为25~95℃,优选60~90℃。
上述方法中,步骤(1)中所述铵交换优选进行1~4次氨交换。
上述方法中,步骤(2)中所述水热处理的条件为:温度为300~800℃,优选400~700℃,处理时间为0.5~3小时,优选0.5~2.0小时,压力为0.05~0.5MPa,优选0.08~0.3MPa。
上述方法中,步骤(3)中所述有机酸为柠檬酸、草酸、乙酸、苹果酸、乙二酸中的一种或多种,优选为乙酸和/或乙二酸,所述无机酸为硝酸、硫酸、盐酸、磷酸中的一种或多种,优选为硝酸和/或硫酸。其中,所述有机酸-无机酸的复合酸中,有机酸的浓度为0.1~1.0mol/L,无机酸的浓度为0.3~1.5mol/L。
上述方法中,步骤(3)中所述有机酸-无机酸的复合酸处理的条件为:处理温度为25~95℃,优选60~90℃,总处理时间为15min~3.0h,优选为30min~2.0h。
上述方法中,步骤(3)中所述有机酸-无机酸的复合酸处理过程可以是将RNY分子筛直接加入到配制好的有机酸-无机酸的复合酸中进行处理,或是将RNY分子筛分别加入到配制好的有机酸溶液、无机酸溶液中(无先后顺序)进行处理。优选为将RNY分子筛直接加入到配制好的有机酸-无机酸的复合酸中进行处理或是先将RNY分子筛加入到无机酸中进行处理再加入到有机酸中进行处理。
其中,将RNY分子筛分别加入到配制好的有机酸溶液、无机酸溶液中(无先后顺序)进行处理时,有机酸处理时间为15min~2.0h,优选30min~1.0h,无机酸处理时间为30min~2.5h,优选30min~2.0h。
上述方法中,步骤(3)中所述后处理包括过滤、烘干等,所述过滤可采用本领域的常规方式进行。所述烘干的条件为:温度为80~150℃,时间为12~24h。
本发明第二方面提供了一种采用上述方法得到的改性Y型分子筛,所述改性Y型分子筛的性质如下:比表面积为700~1000m2/g,优选750~950m2/g,孔容为0.35~0.55ml/g,优选0.39~0.50ml/g,相对结晶度(以所述的NaY型分子筛的结晶度为100%)为80%~120%,优选90~110%,晶胞参数为2.425~2.445nm,优选2.430~2.440nm,SiO2/Al2O3摩尔比为18~95,优选25~85。
所述改性Y型分子筛具有双孔分布,具体分布情况如下:孔直径为2~5nm的孔所占孔容为总孔容的20%~45%,孔直径为10~50nm的孔所占孔容为总孔容的45%~70%。
本发明第三方面提供了一种改性Y型分子筛的应用。
所述应用为将改性Y型分子筛用于加氢裂化催化剂中。
所述加氢裂化催化剂适用于稠环大分子的催化裂解。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
采用本发明方法能够得到高硅铝比、大比表面积、大孔容Y型分子筛,可以作为加氢裂化催化剂的裂化组分,具有产品方案灵活性大、产品质量好等优点。
附图说明
图1为实施例1和对比例1和对比例3制备的Y型分子筛的孔径分布对比图。
图2为实施例1制备的Y型分子筛的SEM图。
图3为实施例1制备Y型分子筛XRD图。
具体实施方式
本发明中,XRD采用日本RIGAKU公司D/Max-2500的X射线衍射仪测定;SEM采用日本JEOL公司生产的JEM-2100(HR)型透射电子显微镜;N2吸附-脱附表征在美国MICROMERITICS公司ASAP 2420测定。
下面结合实施例进一步说明本发明的制备过程,但以下实施例不构成对本发明方法的限制。
步骤(1)中所使用的NaY型分子筛具有如下性质:SiO2/Al2O3=5.2(摩尔比),比表面积为802.7m2/g,孔容为0.34mL/g,晶胞常数为2.467nm,晶粒平均直径为1.2μm。
实施例1
配制1.5mol/L硝酸铵溶液,固液比为1g/10mL,在80℃对NaY分子筛进行2次交换处理,每次交换1h得到NH4Y分子筛。对NH4Y分子筛进行水热处理过程,水热处理温度600℃,水热处理时间为1小时,压力控制在0.1MPa,得到RNY-1分子筛。
配制含有0.3mol/L乙酸溶液和0.4mol/L硝酸溶液的复合酸溶液,在搅拌状态下,将RNY-1分子筛直接加入到已配制好的复合酸溶液体系中,在80℃搅拌1h,得到SRNY-1分子筛。将过滤得到的SRNY-1分子筛经100℃烘干24h,得到最终产品改性Y-1分子筛。该分子筛的孔径分布情况如下:孔直径为2~5nm的孔所占孔容为总孔容的35%,孔直径为10~50nm的孔所占孔容为总孔容的55%。
实施例2
配制1.5mol/L硝酸铵溶液,固液比为1g/10mL,在80℃对NaY分子筛进行2次交换处理,每次交换1h得到NH4Y分子筛。对NH4Y分子筛进行水热处理过程,水热处理温度600℃,水热处理时间为1小时,压力控制在0.1MPa,得到RNY-2分子筛。
配制0.4mol/L硝酸溶液,在搅拌状态下,将RNY-2分子筛加入到硝酸溶液体系中,在80℃搅拌30min后,加入0.3mol/L乙酸溶液,在80℃搅拌30min,得到SRNY-2分子筛。将过滤得到的SRNY-2分子筛100℃烘干24h,得到最终产品改性Y-2分子筛。该分子筛的孔径分布情况如下:孔直径为2~5nm的孔所占孔容为总孔容的38%,孔直径为10~50nm的孔所占孔容为总孔容的53%。
实施例3
配制1.0mol/L硝酸铵溶液,固液比为1g/12mL,在90℃对NaY分子筛进行2次交换处理,每次交换1h得到NH4Y分子筛。对NH4Y分子筛进行水热处理过程,水热处理温度700℃,水热处理时间为1小时,压力控制在0.1MPa,得到RNY-3分子筛。
配制含有0.6mol/L乙酸溶液和0.3mol/L硝酸溶液,在搅拌状态下,将RNY-3分子筛加入到已配制好的复合酸溶液体系中,在90℃搅拌1h,得到SRNY-3分子筛。将过滤得到的SRNY-3分子筛120℃烘干24h,得到最终产品改性Y-3分子筛。该分子筛的孔径分布情况如下:孔直径为2~5nm的孔所占孔容为总孔容的30%,孔直径为10~50nm的孔所占孔容为总孔容的65%。
实施例4
配制1.0mol/L硫酸铵溶液,固液比为1g/15mL,在30℃对NaY分子筛进行2次交换处理,每次交换1.5h得到NH4Y分子筛。对NH4Y分子筛进行水热处理过程,水热处理温度500℃,水热处理时间为2小时,压力控制在0.5MPa,得到RNY-4分子筛。
配制含有0.3mol/L乙酸溶液和0.6mol/L硫酸溶液,在搅拌状态下,将RNY-4分子筛加入到复合酸溶液体系中,在80℃搅拌1.5h,得到SRNY-4分子筛。将过滤得到的SRNY-4分子筛120℃烘干24h,得到最终产品SRNY-4分子筛。该分子筛的孔径分布情况如下:孔直径为2~5nm的孔所占孔容为总孔容的35%,孔直径为10~50nm的孔所占孔容为总孔容的60%。
实施例5
配制2.0mol/L硝酸铵溶液,固液比为1g/8mL,在90℃对NaY分子筛进行1次交换处理,交换时间为2h,得到NH4Y分子筛。对NH4Y分子筛进行水热处理过程,水热处理温度550℃,水热处理时间为1.5小时,压力控制在0.3MPa,得到RNY-5分子筛。
配制0.5mol/L硝酸溶液,在搅拌状态下,将RNY-5分子筛加入到硝酸溶液体系中,在90℃搅拌60min后,加入0.2mol/L草酸溶液,在90℃搅拌30min,得到SRNY-5分子筛。将过滤得到的SRNY-5分子筛100℃烘干24h,得到最终产品改性Y-5分子筛。该分子筛的孔径分布情况如下:孔直径为2~5nm的孔所占孔容为总孔容的40%,孔直径为10~50nm的孔所占孔容为总孔容的45%。
实施例6
配制1.5mol/L氯化铵溶液,固液比为1g/8mL,在50℃对NaY分子筛进行2次交换处理,每次交换1h得到NH4Y分子筛。对NH4Y分子筛进行水热处理过程,水热处理温度600℃,水热处理时间为1.5小时,压力控制在0.3MPa,得到RNY-6分子筛。
配制0.3mol/L磷酸溶液,在搅拌状态下,将RNY-6分子筛加入到磷酸溶液体系中,在90℃搅拌30min后,加入0.2mol/L乙酸溶液,在90℃搅拌30min,得到SRNY-6分子筛。将过滤得到的SRNY-6分子筛100℃烘干24h,得到最终产品改性Y-6分子筛。该分子筛的孔径分布情况如下:孔直径为2~5nm的孔所占孔容为总孔容的40%,孔直径为10~50nm的孔所占孔容为总孔容的40%。
实施例7
配制2.0mol/L氯化铵溶液,固液比为1g/15mL,在60℃对NaY分子筛进行2次交换处理,每次交换0.5h得到NH4Y分子筛。对NH4Y分子筛进行水热处理过程,水热处理温度650℃,水热处理时间为1小时,压力控制在0.2MPa,得到RNY-7分子筛。
配制0.3mol/L柠檬酸溶液和0.3mol/L硝酸溶液,在搅拌状态下,将RNY-7分子筛加入到已配制好的复合酸溶液体系中,在30℃搅拌0.5h,得到SRNY-7分子筛。将过滤得到的SRNY-7分子筛150℃烘干12h,得到最终产品改性Y-7分子筛。该分子筛的孔径分布情况如下:孔直径为2~5nm的孔所占孔容为总孔容的42%,孔直径为10~50nm的孔所占孔容为总孔容的48%。
实施例8
配制1.5mol/L硫酸铵溶液,固液比为1g/20mL,在60℃对NaY分子筛进行2次交换处理,每次交换2.0h得到NH4Y分子筛。对NH4Y分子筛进行水热处理过程,水热处理温度650℃,水热处理时间为1.5小时,压力控制在0.1MPa,得到RNY-8分子筛。
配制0.3mol/L硝酸溶液,在搅拌状态下,将RNY-8分子筛加入到硝酸溶液体系中,在30℃搅拌30min后,加入0.2mol/L草酸溶液,在90℃搅拌30min,得到SRNY-8分子筛。将过滤得到的SRNY-8分子筛100℃烘干24h,得到最终产品改性Y-8分子筛。该分子筛的孔径分布情况如下:孔直径为2~5nm的孔所占孔容为总孔容的45%,孔直径为10~50nm的孔所占孔容为总孔容的42%。
实施例9
配制1.5mol/L硫酸铵溶液,固液比为1g/15mL,在80℃对NaY分子筛进行2次交换处理,每次交换1.5h得到NH4Y分子筛。对NH4Y分子筛进行水热处理过程,水热处理温度600℃,水热处理时间为1.5小时,压力控制在0.1MPa,得到RNY-9分子筛。
配制0.2mol/L草酸溶液,在搅拌状态下,将RNY-9分子筛加入到草酸溶液体系中,在30℃搅拌30min后,加入0.3mol/L硝酸溶液,在90℃搅拌30min,得到SRNY-9分子筛。将过滤得到的SRNY-9分子筛100℃烘干24h,得到最终产品改性Y-9分子筛。该分子筛的孔径分布情况如下:孔直径为2~5nm的孔所占孔容为总孔容的25%,孔直径为10~50nm的孔所占孔容为总孔容的65%。
对比例1
配制1.5mol/L硝酸铵溶液,固液比为1g/10mL,在80℃对NaY分子筛进行2次交换处理,每次交换1.0h得到NH4Y分子筛。对NH4Y分子筛进行水热处理过程,水热处理温度600℃,水热处理时间为1小时,压力控制在0.1MPa,得到RNY-10分子筛。
配制0.3mol/L乙酸溶液,在搅拌状态下,将RNY-10分子筛加入到乙酸溶液体系中,在80℃搅拌1h,得到SRNY-10分子筛。将过滤得到的SRNY-10分子筛100℃烘干24h,得到最终产品改性Y-10分子筛。该分子筛的孔径分布情况如下:孔直径为2~5nm的孔所占孔容为总孔容的70%,孔直径为10~50nm的孔所占孔容为总孔容的10%。
对比例2
配制1.5mol/L硝酸铵溶液,固液比为1g/10mL,在80℃对NaY分子筛进行2次交换处理,每次交换1.0h得到NH4Y分子筛。对NH4Y分子筛进行水热处理过程,水热处理温度600℃,水热处理时间为1小时,压力控制在0.1MPa,得到RNY-11分子筛。
配制0.4mol/L硝酸溶液,在搅拌状态下,将RNY-11分子筛加入到硝酸溶液体系中,在80℃搅拌1h,得到SRNY-11分子筛。将过滤得到的SRNY-11分子筛100℃烘干24h,得到最终产品改性Y-11分子筛。该分子筛的孔径分布情况如下:孔直径为2~5nm的孔所占孔容为总孔容的80%,孔直径为10~50nm的孔所占孔容为总孔容的5%。
对比例3
配制1.5mol/L硝酸铵溶液,固液比为1g/10mL,在80℃对NaY分子筛进行2次交换处理,每次交换1.0h得到NH4Y分子筛。配制0.3mol/L乙酸溶液和0.4mol/L硝酸溶液,在搅拌状态下,将NH4Y分子筛加入到已配制好的复合酸溶液体系中,在80℃搅拌1h,得到SRNY-12分子筛。将过滤得到的SRNY-12分子筛100℃烘干24h,得到最终产品改性Y-12分子筛。该分子筛的孔径分布情况如下:孔直径为2~5nm的孔所占孔容为总孔容的15%,孔直径为10~50nm的孔所占孔容为总孔容的5%。
表1各例所得改性Y型分子筛的性质
<![CDATA[比表面积,m<sup>2</sup>/g]]> <![CDATA[孔体积,cm<sup>3</sup>/g]]> <![CDATA[SiO<sub>2</sub>/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]> 晶胞,nm 相对结晶度,%
实施例1 875.8 0.51 57.9 2.430 111
实施例2 872.4 0.50 56.4 2.430 118
实施例3 812.5 0.50 82.3 2.428 92
实施例4 811.9 0.50 63.9 2.431 96
实施例5 827.7 0.49 48.9 2.431 102
实施例6 807.9 0.44 20.3 2.433 86
实施例7 806.5 0.48 26.9 2.432 90
实施例8 813.1 0.46 20.4 2.432 93
实施例9 803.5 0.42 18.6 2.436 81
对比例1 787.2 0.42 12.1 2.439 64
对比例2 713.4 0.39 7.9 2.442 69
对比例3 512.9 0.21 8.2 2.442 43
改性Y型分子筛在灵活型加氢裂化催化剂中的应用:
催化剂制备方法:分别将实施例1-9和对比例1-3得到的改性Y分子筛与氧化铝以及氧化钼、硝酸镍混合均匀,在粘合剂的作用下,将粉体均匀碾压制备成灵活型加氢裂化催化剂,干燥24h,放入马弗炉,在500℃焙烧4h,分别得到灵活型加氢裂化催化剂1-12,催化剂组成:改性Y分子筛(30wt%),氧化钼(25wt%),氧化镍(6wt%),氧化铝(余量)。
催化剂评价条件:上述灵活型加氢裂化催化剂进行预硫化后,放至200ml小型加氢裂化评价装置。实验所用原料油性质见表2,评价工艺条件为:反应压力为15.0MPa,液时体积空速为(R1/R2)为1.0/1.5h-1,氢油体积比1000:1,并控制加氢裂化反应转化率为60%下的各催化剂反应性能对比结果见表3。原料油依次经过加氢精制催化剂和加氢裂化催化剂两个床层,加氢精制催化剂床层原料油有机氮含量需控制<10ppm。
表2原料油性质
<![CDATA[密度(20℃),g/cm<sup>3</sup>]]> 0.9050
馏程/℃
IBP/EBP 363/519
凝点/℃ 32
残炭,wt% 0.22
S,wt% 2.0
N,wt% 0.13
表3催化剂产品分布
Figure BDA0003329103080000101
由表3可知,在控制加氢裂化反应转化率相同时,采用实施例催化剂时的反应温度要明显低于采用对比例催化剂,反应温度低3~12℃,说明实施例催化剂反应活性更高一些。在产品分布中,采用实施例催化剂所得到的重石脑油(65~177℃)收率和航煤(177~260℃)收率均明显高于采用对比例催化剂。本发明方法制备的改性Y型分子筛的反应活性和目标产品选择性性能更好。

Claims (15)

1.一种改性Y型分子筛的制备方法,包括如下步骤:
(1)NaY分子筛进行铵交换处理,得到NH4Y分子筛;
(2)将步骤(1)所得NH4Y分子筛进行水热处理,得到RNY分子筛;
(3)对步骤(2)所得的RNY分子筛进行有机酸-无机酸的复合酸处理,得到SRNY分子筛,经后处理,得到改性Y型分子筛。
2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:所述的NaY分子筛的性质如下:比表面积为750~950m2/g,孔容为0.35~0.45mL/g,晶胞参数为2.455~2.470nm,SiO2/Al2O3摩尔比为4~6,晶粒平均直径为0.8μm~1.5μm。
3.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(1)中铵交换处理所需的处理液为铵盐溶液,所述铵盐溶液为硝酸铵溶液、硫酸铵溶液、氯化铵溶液中的一种或几种。
4.按照权利要求3所述的方法,其特征在于:所述铵盐溶液的浓度为0.5mol/L~3.0mol/L,优选为1.0mol/L~2.0mol/L;所述NaY分子筛与铵盐溶液的固液比1g/5mL~1g/20mL。
5.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(1)中所述铵交换处理的时间为0.5h~3.0h,优选0.5h~2.0h,处理的温度25~95℃,优选60~90℃。
6.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(2)中所述水热处理的条件为:温度为300~800℃,优选400~700℃,处理时间为0.5~3小时,优选0.5~2.0小时,压力为0.05~0.5MPa,优选0.08~0.3MPa。
7.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(3)中所述有机酸为柠檬酸、草酸、乙酸、苹果酸、乙二酸中的一种或多种,优选为乙酸和/或乙二酸,所述无机酸为硝酸、硫酸、盐酸、磷酸中的一种或多种,优选为硝酸和/或硫酸。
8.按照权利要求1或7所述的方法,其特征在于:所述有机酸-无机酸的复合酸中,有机酸的浓度为0.1~1.0mol/L,无机酸的浓度为0.3~1.5mol/L。
9.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(3)中所述有机酸-无机酸的复合酸处理的条件为:处理温度为25~95℃,优选60~90℃,总处理时间为15min~3.0h,优选为30min~2.0h。
10.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(3)中所述有机酸-无机酸的复合酸处理过程为将RNY分子筛直接加入到配制好的有机酸-无机酸的复合酸中进行处理,或是将RNY分子筛分别加入到配制好的有机酸溶液、无机酸溶液中进行处理。
11.按照权利要求10所述的方法,其特征在于:将RNY分子筛分别加入到配制好的有机酸溶液、无机酸溶液中进行处理时,有机酸处理时间为15min~2.0h,优选30min~1.0h,无机酸处理时间为30min~2.5h,优选30min~2.0h。
12.一种按照权利要求1-11任一所述方法制备的改性Y型分子筛。
13.按照权利要求12所述的改性Y型分子筛,其特征性在于:所述改性Y型分子筛的性质如下:比表面积为700~1000m2/g,优选750~950m2/g,孔容为0.35~0.55ml/g,优选0.39~0.50ml/g,相对结晶度为80%~120%,优选90~110%,晶胞参数为2.425~2.445nm,优选2.430~2.440nm,SiO2/Al2O3摩尔比为18~95,优选25~85。
14.按照权利要求12所述的改性Y型分子筛,其特征性在于:所述改性Y型分子筛具有双孔分布,具体如下:孔直径为2~5nm的孔所占孔容为总孔容的20%~45%,孔直径为10~50nm的孔所占孔容为总孔容的45%~70%。
15.一种权利要求12-14任一所述改性Y型分子筛在加氢裂化催化剂中的应用。
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