TWI502061B - 流動觸媒裂解觸媒用添加劑 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種流動觸媒裂解觸媒用添加劑,係在流動觸媒裂解裝置(FCC裝置)中,添加於流動觸媒裂解觸媒(FCC觸媒)使用,特別是,用來裂解原料油中重油餾分(塔底油)而製得輕餾分(特別是汽油)者。
向來,使用流動觸媒裂解觸媒裂解原料油而製得輕油,但由於原油價格高騰,因而亦對較重之原料油(重油餾分)進行處理。在此,為利用FCC觸媒有效率地裂解重油餾分(例如殘油),而增加FCC觸媒中所含活性成分(以沸石及氧化鋁為代表)。但是,FCC觸媒中活性成分比率若增加,將有觸媒強度降低等物性惡化之問題。又,流動觸媒裂解裝置中,當裂解原料油中重油餾分而製得輕餾分時,將增進重油餾分之裂解而增加焦炭,再者生成之焦炭燃燒時,將引起溫度上昇及水蒸氣產生,而有FCC觸媒品質劣化之問題。為解決此等問題而開發有以下之添加劑做為FCC觸媒之輔助觸媒(FCC Additive)。
例如,專利文獻1中揭示一種流動觸媒裂解觸媒用添加劑,由矽鋁氧化合物、黏土及氧化矽之粒狀混合物構成,矽鋁氧化合物中氧化矽含量為10~30重量%,混合物中所含矽含量以SiO2
換算為10~60重量%。
又,專利文獻2中揭示一種流動觸媒裂解觸媒用添加劑,由矽鋁氧化合物、黏土及氧化矽構成,且由總矽含量以SiO2
換算為10~60重量%之粒子構成,具有30~80m2
/g之比表面積及0.14~0.45ml/g之總細孔容積,同時細孔半徑60以下之細孔容積為0.05ml/g以下,再者,總酸量為0.02~0.065mmol/g之範圍。
專利文獻3中揭示一種流動觸媒裂解觸媒用添加劑,由複合金屬氧化物、黏土及氧化矽構成,具有30~80m2
/g之比表面積及0.14~0.45ml/g之總細孔容積,同時細孔直徑60~200之細孔容積為總細孔容積45%以上之範圍。
專利文獻4中揭示一種重油裂解用添加觸媒,由複合金屬氧化物、黏土及氧化矽構成,比表面積30~80m2
/g,總酸量0.02~0.08mmol/g,且相對於該總酸量之強酸量比率為10~50%。
專利文獻1~4揭示之添加劑,係由矽鋁氧化合物中氧化矽含量為10~30重量%,混合物中氧化矽含量為10~60重量%,比表面積30~80m2
/g,總酸量0.02~0.08mmol/g構成者。
專利文獻1:日本專利第3479783號說明書
專利文獻2:日本專利第3467608號說明書
專利文獻3:日本專利第3643843號說明書
專利文獻4:日本專利第3920966號說明書
但是,習知之添加劑雖對於重油餾分之裂解有一定程度效果,卻有必要更提高重油餾分之裂解效率。在此,使用該等添加劑將重油餾分流動觸媒裂解時,重油餾分裂解進行同時焦炭產率將增加,而由於焦炭產率增加,引起FCC裝置中觸媒再生塔內溫度上昇,伴隨焦炭燃燒之溫度上昇及水蒸氣產生,而招致FCC觸媒品質劣化。
本發明係鑑於此等情形而發明,目的為提供一種流動觸媒裂解觸媒用添加劑,可提昇重油餾分之裂解效率,並抑制焦炭產率之增加。
依循前述目的,關於本發明之流動觸媒裂解觸媒用添加劑,係將含有黏合劑及矽鋁氧化合物之混合漿體藉由噴霧乾燥製得者,比表面積為100~400m2
/g,且總固體酸量為0.10mmol/g以上,且小於0.50mmol/g。
關於本發明之流動觸媒裂解觸媒用添加劑中,相對於前述總固體酸量之強酸量比率宜為20%以下。
關於本發明之流動觸媒裂解觸媒用添加劑中,前述混合漿體宜含有多孔性氧化矽或沸石。
關於本發明之流動觸媒裂解觸媒用添加劑中,前述混合漿體中矽鋁氧化合物比率宜為20質量%以上,且小於80質量%。
關於本發明之流動觸媒裂解觸媒用添加劑中,前述矽鋁氧化合物中氧化矽含量宜大於0質量%且小於10質量%。
關於本發明之流動觸媒裂解觸媒用添加劑中,前述黏合劑宜為氧化矽化合物或鋁化合物。
本發明之添加劑,比表面積為100~400m2
/g,且總固體酸量為0.10~0.50mmol/g,因此相較習知之添加劑,活性增大,重餾分(HCO:Heavy Cycle Oil)產率減少,汽油產率增大,焦炭產率為同等。此係由於添加劑之比表面積及總固體酸量較習知為高,原料油與添加劑之接觸面積及活性點增加,其結果FCC觸媒活性增大同時,HCO產率降低所致。又可考慮為,藉減小總固體酸中強酸比率為20%以下,而抑制過度裂解反應,汽油及FCC裂解輕油(LCO:Light Cycle Oil)產率增大,更抑制焦炭產率之增大。
針對有關於本發明一實施形態之流動觸媒裂解觸媒用添加劑做說明。
本發明之流動觸媒裂解觸媒用添加劑(以下亦簡稱為「添加劑」),係於流動觸媒裂解裝置(FCC裝置)中,特別是,為裂解原料油中重油餾分(塔底油)以製得輕餾分,而添加於流動觸媒裂解觸媒中使用,由含有沸石之無機氧化物多孔體所構成者。
本發明之添加劑,係將黏合劑及矽鋁氧化合物以習知條件噴霧乾燥而製得,藉由BET法(JIS Z8830)測定之比表面積為100~400m2
/g,宜為150~380m2
/g,較宜為200~350m2
/g,且藉由氨吸附熱測定法(參照日本專利第3784852號,實際以實施例1記載方法測定)測定之總固體酸量(吸附熱70kJ/mol以上之氨吸附量)為0.10 mmol/g以上,小於0.50 mmol/g,宜為0.20~0.45mmol/g,較宜為0.25~0.40mmol/g。
在此,添加劑之比表面積若小於100m2
/g,由於添加劑與原料油之反應場減少,重油餾分(HCO)裂解效率將降低,若超過400m2
/g則添加劑之體密度及強度將惡化。又,當添加劑之固體酸量小於0.10mmol/g時,重油餾分裂解效率將降低,0.50mmol/g以上時,重油餾分將過度裂解而增加焦炭產率。
所使用之黏合劑,可使用氧化矽化合物或鋁化合物。在此,氧化矽化合物可舉例如使用水玻璃及矽酸溶液等,鋁化合物可舉例如使用鹼式氯化鋁及水鋁石解凝溶膠等。
矽鋁氧化合物可使用將氧化矽化合物混合或混合熟成於假水鋁石凝膠或水鋁石凝膠者。
矽鋁氧化合物中氧化矽含量大於0質量%且小於10質量%,宜為1~9質量%。在此,矽鋁氧化合物中氧化矽含量若為10質量%以上,比表面積及酸量將降低。
混合漿體亦可含黏土礦物、多孔性氧化矽及沸石。黏土礦物有高嶺土、蒙脫石、白雲石及方解石等,多孔性氧化矽有水合氧化矽及無水氧化矽等,沸石有超安定化Y型沸石(USY)、H-Y、NH4
-Y、RE-Y、RE-USY、ZSM-5及絲光沸石等。藉添加多孔性氧化矽或沸石,可調整(增大)添加劑之比表面積,同時有助於活性提昇。
混合漿體中矽鋁氧化合物之比率宜為20質量%以上,且小於80質量%,且較宜為40~70質量%。又,由矽鋁氧化合物之比率,可控制添加劑之比表面積及固體酸量。在此,當混合漿體中矽鋁氧化合物之比率小於20質量%,由於裂解重油餾分之活性成分不足,將難以有效裂解重油餾分,當80質量%以上,添加劑之強度及體密度將降低,做為流動觸媒裂解觸媒用添加劑使用時將產生流動性惡化或粉化,因此有難以運作流動觸媒裂解裝置之顧慮。又,混合漿體中之黏合劑濃度為10~15質量%左右,混合漿體中之固體含量濃度為15~30質量%左右。
相對於添加劑之總固體酸量,強酸量(氨吸附熱測定法中吸附熱110kJ/mol以上之氨吸附量)之比率為20%以下,且宜為10%以下,較宜為5%以下。在此,前述強酸量大於20%時,將發生過度裂解反應,而有焦炭產率增加之傾向。
以下舉實施例及比較例做說明,唯本發明不因此受任何限定。
將氧化矽17.5質量%之水玻璃以25質量%之硫酸水溶液調整為pH1.6製作氧化矽溶膠a300g(含有氧化矽10質量%。即含有氧化矽30g),添加於含有氧化鋁(Al2
O3
)13.0質量%之水鋁石漿體7690g(含有氧化鋁1000g)後,以48質量%之氫氧化鈉水溶液調整為pH10.5,再於95℃熟成1小時,製得含有氧化矽3質量%之矽鋁氧化合物漿體A。此矽鋁氧化合物漿體A,氧化鋁及氧化矽之合計濃度為14質量%。
又,將17.5質量%之水玻璃以硫酸調整為pH1.6,製得氧化矽濃度12.5質量%之氧化矽溶膠b(由氧化矽化合物所構成黏合劑之一例)。
將矽鋁氧化合物漿體A1430g(含有矽鋁氧化合物200g)以硫酸調整為pH4.0後,添加氧化矽溶膠b1600g(含有氧化矽200g。以下相同),接著添加高嶺土600g(乾燥質量。以下相同)均勻混合後,以入口溫度460℃,出口溫度260℃,及滯留時間20分鐘之條件噴霧乾燥(於以下實施例亦相同),接著藉由進行洗淨(以觸媒乾燥基準添加20質量%之硫酸銨除去鹼後,以15%氨水除去硫酸。於以下實施例亦相同)去礦質,製得平均粒徑60μm之添加劑1。添加劑1之組成示於表1。再者,添加劑1之比表面積藉BET法測定,體密度藉UOP法254-65測定(於以下實施例亦相同)。於表1表示添加劑1之性質。
對於所製得添加劑1進行如下固體酸量之測定。首先,將0.2g之添加劑1於500℃燒成1小時,接著於減壓下(1×10-4
torr)400℃熱處理4小時後,使氨氣吸附,檢測此時產生之吸附熱,求算總固體酸量。測定使用東京理工社製「Calorimeter」,以吸附熱70kJ/mol以上之氨吸附量為總固體酸量,110kJ/mol以上為強酸量(於以下之實施例亦同樣測定)。於表1表示添加劑1之固體酸量測定結果。
將矽鋁氧化合物漿體A2860g(含有矽鋁氧化合物400g)以硫酸調整為pH4.0,添加氧化矽溶膠b1600g(含有氧化矽200g),接著添加高嶺土400g均勻混合後,行噴霧乾燥,接著藉進行洗淨去礦質,製得平均粒徑60μm之添加劑2。於表1表示添加劑2之組成及性質。
將矽鋁氧化合物漿體A5000g(含有矽鋁氧化合物700g)以硫酸調整為pH4.0,添加氧化矽溶膠b1600g(含有氧化矽200g),接著添加高嶺土100g均勻混合後,行噴霧乾燥,接著藉進行洗淨去礦質,製得平均粒徑60μm之添加劑3。於表1表示添加劑3之組成及性質。
將矽鋁氧化合物漿體A1070g(含有矽鋁氧化合物150g)以硫酸調整為pH4.0,添加氧化矽溶膠b1600g(含有氧化矽200g),接著添加高嶺土650g均勻混合後,行噴霧乾燥,接著藉進行洗淨去礦質,製得平均粒徑60μm之添加劑4。於表1表示添加劑4之組成及性質。
將矽鋁氧化合物漿體A5710g(含有矽鋁氧化合物800g)以硫酸調整為pH4.0,添加氧化矽溶膠b1600g(含有氧化矽200g)均勻混合後,行噴霧乾燥,接著藉進行洗淨去礦質,製得平均粒徑60μm之添加劑5。於表1表示添加劑5之組成及性質。
使用添加劑1~5,評估添加劑之固體酸量對活性之影響。
添加劑之活性評估,使用ARCO社製試驗級反應器進行。此裝置為使觸媒於裝置內循環並重複反應與觸媒再生之循環式流動床,仿商業規模使用之FCC單元。將FCC平衡觸媒與添加劑1~5各自混合為質量比90:10(1.8kg:0.2kg),使用脫硫常壓殘油(DSAR),反應塔溫度設定為520℃,再生塔溫度設定為670℃,於裝置中調整成相對於原料油1g觸媒為5g或7g,進行接觸裂解反應,分析反應後生成物及殘留物(生成液)。在此,將反應塔內生成氣體以株式會社島津製作所製氣相層析儀[Micro GC 3000A]分析,測定氫及C1~C4為止之產率,同時將再生塔內生成之CO及CO2
以島津製作所製紅外線吸收式氣體分析裝置[CGT-7000]分析並計算焦炭產率。再者,將生成液以Hewlett Packard社製蒸餾氣相層析儀[GC System HP6890]測定汽油餾分、輕油餾分(LCO)及重油餾分(HCO)之生成量。反應前添加劑1~5於100%蒸氣條件下,以810℃各自處理12小時。表1表示各自之評估結果。又,於評估結果中,轉化率以未加入添加劑時之測定結果為基準,標記其差值,又,關於汽油、LCO、HCO及焦炭,係將前述轉化率一定時各自之生成量,以未加入添加劑時之生成量為基準,標記其差值。於以下之實施例亦同樣地進行評估。
根據表1,當固體酸量為0.1~0.4mmol/g,隨固體酸量增加,重油餾分之裂解效率提昇,HCO餾分減少,而得到良好結果,但當固體酸量為0.08mmol/g,由於重油餾分之裂解效率低,HCO餾分增加,又,當固體酸量為0.5mmol/g,雖重油餾分之裂解效率提昇且HCO減少,但焦炭產率增加。
將矽鋁氧化合物漿體A2860g(含有矽鋁氧化合物400g)以硫酸調整為pH4.0,添加氧化矽溶膠b1600g(含有氧化矽200g),接著添加高嶺土100g及超安定化Y型沸石300g(乾燥質量。以下相同)均勻混合後,行噴霧乾燥,接著藉洗淨去礦質,製得平均粒徑60μm之添加劑6。於表2表示添加劑6之組成及性質。
將矽鋁氧化合物漿體A1430g(含有矽鋁氧化合物200g)以硫酸調整為pH4.0,添加氧化矽溶膠b1600g(含有氧化矽200g),接著添加高嶺土100g及超安定化Y型沸石500g均勻混合後,行噴霧乾燥,接著藉洗淨去礦質,製得平均粒徑60μm之添加劑7。於表2表示添加劑7之組成及性質。
使用添加劑1、添加劑3、添加劑4、添加劑6及添加劑7,評估關於比表面積造成對活性之影響。於表2表示各自之評估結果。又,關於添加劑7,由於體密度低而難以使用於實際裝置,未進行活性評估。
根據表2,當比表面積為100~350m2
/g,由於與重油餾分之反應場增加,HCO產率降低而得到良好結果,但當比表面積為85m2
/g,因反應場少而HCO產率增加,當410m2
/g,預期反應場多而有效率地裂解重油餾分,但由於體密度低而不實用。
於含有氧化鋁13.0質量%之水鋁石漿體7690g中,添加氧化矽溶膠a500g(即含有氧化矽50g)後,以48質量%之氫氧化鈉水溶液調整成為pH10.5,再於95℃熟成1小時,製得含有氧化矽5質量%之矽鋁氧化合物漿體B。此矽鋁氧化合物漿體B,氧化鋁及氧化矽合計濃度為15質量%。
將矽鋁氧化合物漿體B4670g(含有矽鋁氧化合物700g)以硫酸調整為pH4.0,添加氧化矽溶膠b1600g(含有氧化矽200g),接著添加高嶺土100g均勻混合後,行噴霧乾燥,接著藉洗淨去礦質,製得平均粒徑60μm之添加劑8。於表3表示添加劑8之組成及性質。
將含有氧化鋁13.0質量%之水鋁石漿體5385g(含有氧化鋁700g)以硫酸調整為pH4.0,添加氧化矽溶膠b1600g(含有氧化矽200g),接著添加高嶺土100g均勻混合後,行噴霧乾燥,接著藉洗淨去礦質,製得平均粒徑60μm之添加劑9。於表3表示添加劑9之組成及性質。
於含有氧化鋁13.0質量%之水鋁石漿體7690g中,將17.5%之水玻璃以硫酸調整為pH1.6,添加氧化矽溶膠a1200g(即含有氧化矽120g)後,以48質量%之氫氧化鈉水溶液調整成為pH10.5,再於95℃熟成1小時,製得含有氧化矽11質量%之矽鋁氧化合物漿體C。此矽鋁氧化合物漿體C,氧化鋁及氧化矽合計濃度為15質量%。
將矽鋁氧化合物漿體C4670g(含有矽鋁氧化合物700g)以硫酸調整為pH4.0,添加氧化矽溶膠b1600g(含有氧化矽200g),接著添加高嶺土100g均勻混合後,行噴霧乾燥,接著藉洗淨去礦質,製得平均粒徑60μm之添加劑10。於表3表示添加劑10之組成及性質。
使用添加劑3、添加劑8、添加劑9及添加劑10,評估矽鋁氧化合物中氧化矽含量造成對活性之影響。於表3表示各自之評估結果。
根據表3,當矽鋁氧化合物中氧化矽含量增加,HCO產率減少,為良好結果,但當氧化矽含量為0質量%,由於固體酸量少,HCO產率減少幅度小,當氧化矽含量為11質量%,焦炭產率增加。
於Al2
O3
濃度為23.3質量%之鹼式氯化鋁溶液b858g(氧化鋁化合物所構成黏合劑之一例。含有氧化鋁200g)中,添加高嶺土500g,接著添加以硫酸調整為pH5.0之矽鋁氧化合物漿體A2140g(含有矽鋁氧化合物300g)均勻混合後,行噴霧乾燥,接著藉洗淨去礦質,製得平均粒徑60μm之添加劑11。於表4表示添加劑11之組成及性質。
於鹼式氯化鋁溶液b858g(含有氧化鋁200g)中,添加高嶺土300g,接著添加以硫酸調整為pH4.5之矽鋁氧化合物漿體A3570g(含有矽鋁氧化合物500g)均勻混合後,行噴霧乾燥,接著藉洗淨去礦質,製得平均粒徑60μm之添加劑12。於表4表示添加劑12之組成及性質。
於鹼式氯化鋁溶液b858g(含有氧化鋁200g)中,添加高嶺土100g,接著添加以硫酸調整為pH4.0之矽鋁氧化合物漿體A5000g(含有矽鋁氧化合物700g)均勻混合後,行噴霧乾燥,接著藉洗淨去礦質,製得平均粒徑60μm之添加劑13。於表4表示添加劑13之組成及性質。
於鹼式氯化鋁溶液b858g(含有氧化鋁200g)中,添加高嶺土600g,接著添加以硫酸調整為pH4.0之矽鋁氧化合物漿體A1430g(含有矽鋁氧化合物200g)均勻混合後,行噴霧乾燥,接著藉洗淨去礦質,製得平均粒徑60μm之添加劑14。於表4表示添加劑14之組成及性質。
於鹼式氯化鋁溶液b858g(含有氧化鋁200g)中,添加以硫酸調整為pH4.0之矽鋁氧化合物漿體A5710g(含有矽鋁氧化合物800g)均勻混合後,行噴霧乾燥,接著藉洗淨去礦質,製得平均粒徑60μm之添加劑15。於表4表示添加劑15之組成及性質。
使用添加劑11~15,評估關於添加劑固體酸量造成對活性之影響。於表4表示各自之評估結果。
根據表4,氧化鋁溶膠黏合劑亦與氧化矽溶膠黏合劑相同,當固體酸量為0.1~0.4mmol/g,隨固體酸量增加,重油餾分之裂解效率提昇,HCO餾分減少,得到良好結果,但當固體酸量為0.07mmol/g,重油餾分之裂解效率提昇,HCO餾分增加,當固體酸量為0.5mmol/g,焦炭產率增加。
於鹼式氯化鋁溶液b858g(含有氧化鋁200g)中,添加高嶺土100g,接著添加以硫酸調整為pH4.0之矽鋁氧化合物漿體A2860g(含有矽鋁氧化合物400g)及超安定化Y型沸石300g均勻混合後,行噴霧乾燥,接著藉洗淨去礦質,製得平均粒徑60μm之添加劑16。於表5表示添加劑16之組成及性質。
於鹼式氯化鋁溶液b858g(含有氧化鋁200g)中,添加高嶺土100g,接著添加以硫酸調整為pH4.0之矽鋁氧化合物漿體A1430g(含有矽鋁氧化合物200g)及超安定化Y型沸石500g均勻混合後,行噴霧乾燥,接著藉洗淨去礦質,製得平均粒徑60μm之添加劑17。於表5表示添加劑17之組成及性質。
使用添加劑11、添加劑13、添加劑14、添加劑16及添加劑17,評估關於比表面積造成對活性之影響。於表5表示各自之評估結果。又,關於添加劑17,由於體密度低而難以使用於實際裝置,未進行活性評估。
根據表5,當比表面積為100~350m2
/g,與重油餾分之反應場增加使得HCO產率降低而得到良好結果,但當比表面積為90m2
/g,由於反應場少HCO產率增加,當410m2
/g,預期反應場多而有效率地裂解重油餾分,但由於體密度低而不實用。
如上,本發明之流動觸媒裂解觸媒用添加劑,可將原料油中之重油餾分有效地裂解,且抑制焦炭產率,以高產率製得汽油及LCO。該添加劑特徵為比表面積高,總固體酸中之強酸比率低。一般而言強酸比率高則反應活性將提高,但由於過度裂解反應進行而有焦炭產率提高之問題點。因此,可知抑制該添加劑之總固體酸中所占強酸之比率,再藉由提高比表面積,使每單位表面積之固體酸量降低,而可抑制原料油之過度裂解造成焦炭產率之增加。
Claims (8)
- 一種流動觸媒裂解觸媒用添加劑,係將含有黏合劑及矽鋁氧化合物之混合漿體進行噴霧乾燥而得者,其特徵在於比表面積為200~350m2 /g,且總固體酸量為0.20~0.40mmol/g。
- 如申請專利範圍第1項記載之流動觸媒裂解觸媒用添加劑,其中相對於前述總固體酸量,強酸量之比率為20%以下。
- 如申請專利範圍第1項記載之流動觸媒裂解觸媒用添加劑,其中前述混合漿體含有多孔性氧化矽或沸石。
- 如申請專利範圍第2項記載之流動觸媒裂解觸媒用添加劑,其中前述混合漿體含有多孔性氧化矽或沸石。
- 如申請專利範圍第1項記載之流動觸媒裂解觸媒用添加劑,其中前述混合漿體之矽鋁氧化合物比率為20質量%以上,且小於80質量%。
- 如申請專利範圍第1項記載之流動觸媒裂解觸媒用添加劑,其中矽鋁氧化合物之氧化矽含量大於0質量%且小於10質量%。
- 如申請專利範圍第5項記載之流動觸媒裂解觸媒用添加劑,其中矽鋁氧化合物之氧化矽含量大於0質量%且小於10質量%。
- 如申請專利範圍第1至7項中任一項記載之流動觸媒裂解觸媒用添加劑,其中前述黏合劑為氧化矽化合物或鋁化合物。
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