CN100338186C - 一种石油烃类裂化催化剂 - Google Patents

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Abstract

一种石油烃类裂化催化剂，包括10～50质量%的Y型沸石、10～40质量%的磷和稀土改性的天然沸石、10～40质量%的粘土和10～30质量%的无机氧化物，所述的天然沸石为以丝光沸石为主晶相并伴有斜发沸石晶相的天然沸石，改性天然沸石中以P2O5计的磷含量为0.5～15质量%，以RE2O3计的稀土含量为0.5～10质量%。该催化剂用于重油裂化反应，不仅具有较好的重油裂化能力，而且产物中液化气含量较高，生产的汽油馏分中烯烃含量低、异构烷烃含量高。

Description

一种石油烃类裂化催化剂
技术领域
本发明为一种石油烃类裂化催化剂，具体地说，是一种以重质油为原料通过裂化反应制取富含异构烷烃汽油的催化剂。
背景技术
随着环境保护要求的日益严格，汽油已从无铅汽油发展到新配方汽油。在新配方汽油的标准中，一方面要求限制汽油的蒸汽压和苯含量，另一方面，还将逐步限制烯烃组分的含量。如世界燃油规范II类汽油标准中要求汽油组分烯烃的含量在20体积％以下。中国2002年7月1日在北京、上海、广州三大城市执行的汽油标准中，要求汽油组分中烯烃的含量低于35体积％。中国今后的汽油质量标准还将进一步限制汽油中烯烃的含量。
催化裂化是生产车用汽油组分的主要技术之一，其汽油产率可达50质量％以上，催化裂化汽油是车用汽油的主要调和组分。在中国，催化裂化汽油占车用汽油调和组分的80％以上。二十世纪八十年代以来，车用汽油无铅化迫使催化裂化技术向生产高辛烷值汽油的方向发展。为此，催化裂化的工艺条件和催化剂类型发生了很大变化。在工艺方面，主要是提高反应温度，缩短反应时间，提高反应苛刻度，抑制过裂化反应，提高提升管底部油气和催化剂的接触效率；在催化剂方面，开发了超稳Y(USY)型沸石结合惰性基质或活性基质的催化剂以及含不同类型沸石的复合催化剂。
催化裂化技术虽然已取得上述进展，满足了汽油无铅化的要求，提高了汽油的辛烷值，但无论是通过改变工艺条件，还是使用新型沸石催化剂，都是以提高汽油组分中的烯烃含量来增加汽油的辛烷值。这与新配方汽油对烯烃含量的要求相差甚远。
CN1179461A公开了一种含天然沸石的裂化催化剂。该催化剂是由5～45重％的Y型沸石、0～15重％的ZSM-5沸石、40～70重％的含丝光沸石和斜发沸石的天然沸石，以及余量的无机氧化物粘结剂所组成。该催化剂中的天然沸石未进行改性，只是将其当做一种催化剂基质使用。因而，该催化剂的氢转移反应活性较低，可以降低焦炭产率，但裂化产物中低碳烯烃尤其是低碳异构烯烃的含量偏高。
由于异构烷烃的辛烷值高、敏感度低，是理想的汽油调和组分。因此，降低催化裂化汽油烯烃含量比较理想的途径是通过使用能增加汽油异构烷烃含量的新型裂化催化剂，在催化裂化过程中尽可能多地使烯烃组分经过异构化反应和氢转移反应，转化成辛烷值较高的异构烷烃组分。
CN1354223A公开了一种生产富含异构烷烃汽油的催化裂化催化剂。该催化剂是由以催化剂重量为基准的0～70重％的粘土、5～90重％的无机氧化物和1～50重％的沸石组成，所述的沸石为两种不同稀土含量的高硅Y沸石的混合物，其中以RE2O3计的稀土含量为8～20重％的硅铝比为5～15的高硅Y沸石含量为25～75重％，以RE2O3计的稀土含量为2～7重％的硅铝比为16～50的高硅Y沸石的含量为25～75重％。该催化剂所得裂化产物以汽油为主，液化气产量不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种石油烃类裂化催化剂，该催化剂具有较好的重油大分子裂化能力，裂化产物中轻质油收率高，汽油组分中烯烃含量低，异构烷烃含量高。
本发明提供的石油烃类裂化催化剂，包括10～50质量％的Y型沸石、10～40质量％的磷和稀土改性的天然沸石、10～40质量％的粘土和10～30质量％的无机氧化物，所述的天然沸石为以丝光沸石为主晶相并伴有斜发沸石晶相的天然沸石，改性天然沸石中以P2O5计的磷含量为0.5～15质量％，以RE2O3计的稀土含量为0.5～10质量％。
本发明在以丝光沸石为主晶相的天然沸石中加入稀土和磷进行改性，以改善天然沸石的孔结构，提高轻质油产率，并降低汽油的烯烃含量。用本发明所述的改性天然沸石制备的裂化催化剂不仅有较好的重油裂化能力，且裂化产物中轻质油产率高，得到的汽油产物中烯烃含量低，异构烷烃含量明显增加。
具体实施方式
本发明先制备用磷和稀土改性的天然沸石，再在该改性沸石中加入活性组分Y型沸石，粘土和无机氧化物制成裂化催化剂。所述的改性天然沸石中由于改性元素的存在，其孔道结构改变，孔径缩小，因此由其制备的催化剂用于裂化反应时，轻质组分收率增加，特别是液化气产量增加，所得汽油中烯烃含量降低，异构烷烃含量增加。
本发明催化剂中还进一步含有0.3～1.5质量％的MFI型沸石，所述的MFI型沸石优选ZSM-5或者是含有改性元素的ZSM-5，如含磷的ZSM-5、含稀土的ZSM-5或者是含磷和稀土的ZSM-5，所述的改性ZSM-5的制备方法见CN1020269C、CN1059133C、CN1027632C、CN1049406C。ZSM-5的氧化硅与氧化铝的摩尔比为20～500，优选20～120。
所述催化剂中的Y型沸石优选稀土超稳Y(REUSY)、稀土Y(REY)或两者的混合物。若为稀土超稳Y和稀土Y两者混合物时，其中的稀土超稳Y含量为80～85质量％，稀土Y含量为15～20质量％。
所述的改性天然沸石中以P2O5计的磷含量优选2.0～6.0质量％，以RE2O3计的稀土含量优选2.0～5.0质量％。所述天然沸石的X射线衍射(XRD)谱图参见CN1179461A。
所述的粘土优选高岭土、海泡石、凹凸棒石、蒙脱石或累脱石，更优选高岭土。催化剂中粘土的含量优选20～40质量％。
所述的无机氧化物为粘结剂，优选氧化铝、二氧化硅或二者的混合物，更优选氧化铝。
所述催化剂中各组分中含有的稀土优选混合稀土。混合稀土的种类不限，其含有的主要金属组分为镧，同时伴有其它一至多种选自镧系金属的金属组元。
本发明所述的改性天然沸石的制备方法为：将天然沸石或经预处理的天然沸石制成固含量为1～40质量％，优选10～30质量％的浆液，在浆液中加入含磷化合物充分反应，再加入稀土化合物溶液继续反应一段时间。所述加入含磷化合物和稀土化合物后进行反应的温度为35～95℃，优选50～70℃，反应时间0.5～10小时，优选1～4小时。然后将所得混合物干燥、焙烧，制成改性的天然沸石。上述制备过程中的焙烧温度为300～800℃，优选400～650℃，适宜的焙烧时间为0.5～10小时，优选1～2小时。
所述的天然沸石由富含丝光沸石和斜发沸石的天然矿物经粉碎、浆化和水洗等步骤处理后得到。得到的天然沸石可直接用于制备改性天然沸石，优选经过预处理再进行改性。
天然沸石的预处理方法是：用脱阳离子水将所述天然沸石打浆分散成固含量为1～40质量％，优选10～30质量％的浆液，搅拌下加入无机酸，35～95℃、优选50～70℃反应一段时间，适宜的反应时间为0.5～10小时，优选1～4小时。然后过滤、洗涤，制成脱除大部分Na、K、Mg、Ca等伴生杂质的浆液。在此浆液中加入含磷化合物和稀土化合物即可制得改性天然沸石。
上述方法中所述的无机酸选自盐酸、硝酸或硫酸，但不包括磷酸。
制备改性天然沸石所用的含磷化合物选自磷酸、亚磷酸、磷酸酐、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸铵、亚磷酸铵、亚磷酸二氢铵、磷酸铝中的一种或多种，或者是磷酸与氨水的混合物，优选磷酸。
本发明催化剂适用于重油裂化制取轻质组分和馏分油的各种工艺过程。应用本发明进行重油裂化的反应温度为460～600℃，反应时剂油比为2～12∶1。
下面通过实例进一步说明本发明，但本发明并不限于此。
实例中所述的天然沸石为产自新疆吉木萨尔县天然沸石矿的富含丝光沸石并伴生斜发沸石的天然矿物，经粉碎、浆化、水洗后得到的产物，其化学组成见表1，表1中沸石的化学组成由X射线荧光光谱法测定。
                      实例1
制备本发明所述的改性天然沸石。
(1)天然沸石预处理：在一搅拌釜中加入150千克脱阳离子水和10千克(干基)天然沸石，搅拌分散30分钟，加入2.2升10.2摩尔/升的工业盐酸，升温至65℃反应1.5小时。将所得混合物过滤，并以滤饼干基重50倍的脱阳离子水洗涤三次，得到固含量为25质量％的天然沸石浆液。
(2)制备改性天然沸石：取24千克天然沸石浆液，搅拌下加入450克浓度为85质量％的磷酸，65℃反应45分钟。再加入0.6升浓度为200克/升的氯化混合稀土(工业级，上海跃龙稀土有限公司出品)溶液继续反应45分钟。将所得混合物120℃干燥24小时，450℃焙烧1小时，制得改性天然沸石a，其化学组成见表1。
                         实例2
按实例1的方法制备改性天然沸石b，不同的是(2)步加入1.2升浓度为200克/升的氯化混合稀土溶液，制得的改性天然沸石b的化学组成见表1。
                          实例3
制备本发明所述的裂化催化剂。
取1.6千克(干基)改性天然沸石a，2.4千克(干基)高岭土(苏州高岭土公司生产，固含量78质量％)，加入15千克脱阳离子水打浆90分钟，再加入1.2千克(干基)拟薄水铝石继续打浆45分钟。加入浓度为36质量％的盐酸0.22升，搅拌均匀后，60℃老化1小时。将含有2.4千克(干基)稀土超稳Y(REUSY)沸石(齐鲁石化催化剂厂生产，商品名为DM-4)的固含量为30质量％的混合浆液及1.86千克铝溶胶(齐鲁石化催化剂厂生产，固含量21.5质量％)加入到上述混合物中，打浆混合均匀后，喷雾干燥成型。取成型后产物1千克(干基)，加入脱阳离子水10千克及30克氯化铵，用浓度为2.0质量％的盐酸调节浆液pH值至3.0，搅拌升温至60℃，洗涤20分钟后过滤，将洗后产物干燥，制得的催化剂A的组成见表2。
                         实例4
按实例3的方法制备催化剂B，不同的是加入改性天然沸石b代替改性天然沸石a，催化剂B的组成见表2。
                         实例5
按实例3的方法制备催化剂C，不同的是用改性天然沸石a、高岭土和拟薄水铝石打浆，并在60℃老化后，加入含有2千克REUSY和0.4千克稀土Y(REY)沸石(齐鲁石化催化剂厂生产)的固含量为30质量％的混合浆液，制得的催化剂C的组成见表2。
                          实例6
按实例3的方法制备催化剂D，不同的是用改性天然沸石b、高岭土和拟薄水铝石打浆，并在60℃老化后，加入含有2千克REUSY和0.4千克稀土Y沸石的固含量为30质量％的混合浆液，制得的催化剂D的组成见表2。
                           实例7
按实例3的方法制备催化剂E，不同的是用改性天然沸石a、高岭土和拟薄水铝石打浆，并在60℃老化后，加入含有2千克REUSY、0.4千克稀土Y沸石和0.08千克ZSM-5沸石(SiO2/Al2O3 35)的固含量为30质量％的混合浆液，制得的催化剂E的组成见表2。
                          实例8
按实例3的方法制备催化剂F，不同的是用改性天然沸石b、高岭土和拟薄水铝石打浆，并在60℃老化后，加入含有2千克REUSY、0.4千克稀土Y沸石和0.08千克ZSM-5沸石(SiO2/Al2O3 35)的固含量为30质量％的混合浆液，制得的催化剂F的组成见表2。
                         实例9
按实例3的方法制备催化剂G，不同的是用改性天然沸石a、高岭土和拟薄水铝石打浆，并在60℃老化后，加入含有2.4千克REUSY和0.08千克的含磷ZSM-5沸石(齐鲁石化催化剂厂生产，SiO2/Al2O3 35)的固含量为30质量％的混合浆液，制得的催化剂G的组成见表2。
                         对比例1
按实例3的方法制备对比催化剂M，不同的是制备过程中不加入改性天然沸石，而是用4.0千克的苏州高岭土与1.2千克的拟薄水铝石打浆，制得的催化剂M的组成见表2。
                          对比例2
制备CN1179461A实例2所述的含不经改性的天然沸石的对比催化剂N。
按实例3的方法制备对比催化剂N，不同的是用4.0千克的天然沸石代替其中的改性天然沸石a和高岭土，制得的对比催化剂N的组成见表2。
                          对比例3
按CN1179461A实例1的方法制备对比催化剂K，但催化剂中不含ZSM-5。
按实例3的方法制备对比催化剂K，不同的是加入1.6千克的天然沸石和2.4千克的高岭土打浆，再按后继的步骤操作，直至喷雾干燥成型。取成型后的产物1千克(干基)，加入脱阳离子水10千克打浆，加入浓度为85质量％的磷酸37克和浓度为25质量％的氨水45毫升，60℃打浆30分钟，过滤后产物加入脱阳离子水3000克，再加入工业氯化铵30克，60℃打浆30分钟，过滤后干燥，制得对比催化剂K，其组成见表2。
                         实例10～19
以下实例说明本发明催化剂的催化性能。
将制备的裂化催化剂经800℃，100％水蒸汽老化12小时，在小型FCC固定流化床装置上进行评价，评价所用原料油性质见表3，评价结果见表4。
从表4可知，本发明催化剂与对比催化剂相比，具有较高的重油裂化能力，转化率较高，产物中液化气和C5汽油收率均较高，得到的汽油产物中烯烃含量较低，且异构烷烃含量明显提高，汽油辛烷值与REUSY为活性组分的对比催化剂M相比，没有明显下降。
表1
  沸石   组成，质量％
SiO2 Al2O3 Na2O CaO MgO K2O Fe2O3 RE2O3 P2O5 Cl-
  天然沸石   74.2   14.0   4.6   2.4   0.78   0.98   1.8   痕量   痕量   1.2
  改性天然沸石a 75.0 14.0 0.6 1.3 0.6 0.5 1.3 2.0 4.2 0.5
  改性天然沸石b 74.0 13.5 0.5 1.0 0.6 0.5 1.3 4.0 4.0 0.6
表2
  实例号   催化剂编号   催化剂组成，质量％
REUSY REY   天然沸石 高岭土 氧化铝 ZSM-5 P2O5
  编号   含量
  3   A   30   -   a   20   30   20   -   -
  4   B   30   -   b   20   30   20   -   -
  5   C   25   5   a   20   30   20   -   -
  6   D   25   5   b   20   30   20   -   -
  7   E   25   5   a   20   29   20   1.0   -
  8   F   25   5   b   20   29   20   1.0   -
9 G 30 - a 20 29 20   含磷ZSM-51.0 -
  对比例1 M 30 - - 50 20 - -
  对比例2 N 30 - 未改性 50 - 20 - -
  对比例3 K 30 - 未改性 20 28 20 - 2.0
表3
  项目   指标
  密度(20℃)，g/cm3粘度(100℃)，mm2/s凝固点，℃残炭，m％   0.890624.84434.3
  元素组成，m％C/HS/N 86.54/13.030.13/0.3
  四组分，m％饱和烃芳烃胶质沥青质 51.229.718.30.8
  馏程，℃初馏～5％10％～30％50％～70％90％～95％ 282～351370～482553～--
表3
  实例号   实例10   实例11   实例12   实例13   实例14   实例15   实例16   实例17   实例18   实例19
  催化剂编号   M   N   K   A   B   C   D   E   F   G
  微活指数(800℃12小时)   64   64   62   67   67   68   68   68   68   67
  反应条件反应温度，℃重量空速，hr-1剂油比注水量，m％ 50010610 50010610 50010610 50010610 50010610 50010610 50010610 50010610 50010610 50010610
  物料平衡，m％干气液化气C5汽油柴油重油焦炭 2.2619.3850.9911.286.469.64 2.3219.9551.8210.425.769.73 2.0119.1250.2812.586.899.12 2.8720.5951.889.764.3310.47 2.6620.6051.4610.244.7310.31 2.3320.2354.209.584.688.98 2.8420.5854.118.504.139.85 3.0222.6652.098.103.9310.21 2.6523.0449.939.564.5110.31 2.6223.0851.049.244.169.87
  转化率，m％   82.27   83.82   80.53   85.81   85.03   85.74   87.37   87.98   85.93   86.60
  汽油+柴油，m％   62.27   62.24   62.86   61.64   61.77   63.78   62.61   60.19   59.49   60.28
  汽油组成烯烃异构烷正构烷环烷烃芳烃 24.6433.855.747.4328.35 26.7435.535.677.2424.83 27.8934.775.047.6824.62 19.5643.036.496.3224.60 18.0643.816.426.3126.42 15.9945.235.686.5626.52 14.4545.826.496.2526.96 16.0346.976.316.4724.22 15.8243.595.616.6228.34 20.5842.495.866.8724.21
  汽油RON*   87.5   88.1   88.6   87.3   87.6   87.2   87.7   87.2   87.9   87.5
RON：研究法辛烷值

Claims (9)

1、一种石油烃类裂化催化剂，包括10～50质量％的Y型沸石、10～40质量％的磷和稀土改性的天然沸石、10～40质量％的粘土和10～30质量％的无机氧化物，所述的天然沸石为以丝光沸石为主晶相并伴有斜发沸石晶相的天然沸石，改性天然沸石中以P2O5计的磷含量为0.5～15质量％，以RE2O3计的稀土含量为0.5～10质量％。
2、按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于所述的催化剂中还进一步含有0.3～1.5质量％的MFI型沸石。
3、按照权利要求2所述的催化剂，其特征在于所述的MFI型沸石选自ZSM-5、含磷ZSM-5、含稀土ZSM-5或含磷和稀土的ZSM-5。
4、按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于所述的Y型沸石选自稀土超稳Y、稀土Y或两者的混合物。
5、按照权利要求4所述的催化剂，其特征在于所述的Y型沸石由80～85质量％的稀土超稳Y和15～20质量％的稀土Y组成。
6、按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于所述的改性天然沸石中以P2O5计的磷含量为2.0～6.0质量％，以RE2O3计的稀土含量为2.0～5.0质量％。
7、按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于所述的粘土选自高岭土、海泡石、凹凸棒石、蒙脱石或累脱石，粘土含量为20～40质量％。
8、按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于所述的无机氧化物为氧化铝、二氧化硅或二者的混合物。
9、按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于所述的稀土为混合稀土。
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