CN108264924A - 一种多产汽油的烃催化裂化方法 - Google Patents
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Abstract
一种多产汽油的烃催化裂化方法。该方法包括在催化裂化条件下,将烃油与一种裂化催化剂接触,并在距离提升管反应器中部位置处注入柴油,进行催化裂化反应,得到液化气、汽油、柴油、重油等产物。该催化剂含有改性分子筛、粘土、拟薄水铝石;所述的催化剂制备方法包括:拟薄水铝石有酸溶过程,与催化剂其它组分混合,形成浆液,在最终的浆液中加入碱性物质,使浆液pH值在3.3~5.0范围内,然后喷雾干燥、固化、水洗,得到催化剂。本发明公开的催化裂化催化剂孔体积可调,具有优良的活性稳定性、裂化反应选择性和抗重金属污染性能;本发明提供的方法明显增加了汽油的收率。
Description
技术领域
本发明涉及一种多产汽油的烃催化裂化方法,特别是涉及一种在催化裂化条件下,采用柴油回炼,烃油与一种裂化催化剂接触进行催化裂化多产汽油的方法。
背景技术
经济新常态下,中国主要成品油消费仍呈增长趋势,汽油刚性需求增长较快,而柴油需求增速大幅减少,市场需求的柴/汽比明显下降。面对市场的变化,为了更加高效、清洁地利用宝贵的石油资源,满足市场需求多产汽油,炼油研发部门近年来积极地开发新技术,为支撑未来炼油工业的发展和应对市场变化发挥重要作用。
催化裂化是重油加工最重要的工艺,提供了中国商品汽油池中75%的汽油成分。虽然通过原料的加氢预处理等手段可以提高裂化反应汽油产率,但加氢处理需要增加设备和投资费用,操作的苛刻度也增加,因此,如何在催化裂化过程中,开发应用新的技术来增加汽油产率,而不增加设备和投资费用,具有重要意义。
目前,催化裂化过程中增产汽油的技术主要集中在工艺和催化剂上。工艺方面,例如,中国专利CN 104560184 A公开了一种多产汽油的催化转化方法,将催化裂化轻循环油经切割得到轻馏分和重馏分,其中重馏分经加氢处理得到加氢重馏分,轻馏分、加氢重馏分单独分别进入不同的催化裂化装置提升管反应器,在催化裂化催化剂存在下进行裂化反应,分离反应产物得到包括汽油、轻循环油的产品。该方法采用两套独立的催化裂化装置或者具有双提升管反应器的单套催化裂化装置分别加工轻循环油的轻馏分及加氢后的重馏分,可以通过采用不同的操作参数,最大限度地优化满足轻循环油不同馏分催化裂化反应所需的苛刻条件,从而最大程度地生产催化汽油。中国专利CN 103540359 A公开了一种提高低碳烯烃和汽油收率的劣质重油催化转化工艺,包括:(1)劣质重油原料油进入两段提升管第一反应区(I区)进行催化裂化反应,生成的油气进入分馏塔;(2)分馏塔顶部出口为干气、液化气和汽油的混合物,中部出口为柴油,下部出口为催化蜡油,底部为油浆。催化蜡油与柴油一起进入两段提升管第二反应区(II区),油浆进入减压蒸馏塔;(3)减压蒸馏塔上部出口较低残炭轻馏分物料与中部出口较高残炭重馏分物料共同进入加氢装置;底部超高残炭油浆进入延迟焦化装置;(4)加氢装置出来的低残炭易裂解物料进入提升管I区再次进行反应。该发明特点是延长了催化剂寿命、降低了干气和焦炭产率,同时提高了低碳烯烃和汽油的收率。现有的工艺原料油需要加氢处理,增加了设备与投资费用;或者催化裂化工艺比较复杂,不容易操作;或者不涉及与专用催化剂配套使用,影响了应用效果。
催化裂化过程中增产汽油的催化剂方面,例如,中国专利CN 104275206 A公开了一种提高催化裂化汽油收率的催化剂制备方法,是以高岭土和酸处理后的硅藻土混合物为原料,加入化学水、结构助剂、分散剂和/或补强剂,经混合打浆、喷雾成微球;将喷雾微球进行焙烧,焙烧微球按照一定比例与导向剂、水玻璃和氢氧化钠混合,于水热条件下进行晶化反应,得到一种孔结构和抗磨性能良好、包含30~60%NaY分子筛的晶化产物,该原位晶化微球可作为制备催化裂化催化剂的前驱物。将该原位晶化微球经过铵盐交换、稀土交换,制备成可提高汽油收率的催化裂化催化剂。该技术采用原位晶化催化剂制备方法,催化剂活性组分只能是Y型分子筛,分子筛种类不能灵活调变。中国专利CN 102600826 A公开了一种催化裂化助剂组合物和催化裂化助剂,以催化裂化助剂组合物的总重量计,并以干基计,该催化裂化助剂组合物含有2~65重%的硅镁胶,1~25重%稀土化合物,15~85重%一水铝石。该发明提供的催化裂化助剂,由于采用硅镁胶、稀土化合物和一水铝石为原料,因此具有大的基质比表面积和适宜的酸性,具有优异的重油转化能力,汽油和柴油的收率提高,焦炭和干气的产量降低。中国专利CN 103084207 B公开了一种抗碱氮多产汽油的催化裂化催化剂及其制备方法,所述催化剂包括裂化活性组元、介孔硅铝材料、粘结剂和粘土,其中,所述的裂化活性组元包括第一Y型分子筛和含稀土的超稳Y型分子筛,所述的第一Y型分子筛中稀土含量以氧化稀土计为8~23重量%,铁含量以Fe2O3计为0.1~3.0重量%,铜含量以CuO计为0~3.0重量%,磷含量以P2O5计为0~2.0重量%,氧化钠含量为0.1~2.5重量%。该催化剂的制备方法,包括将裂化活性组元、介孔硅铝材料、粘土和粘结剂打浆,喷雾干燥,洗涤,过滤和干燥的步骤。该催化剂用于高碱氮含量的烃油催化裂化,具有更高的转化率和汽油收率。
现有的催化剂制备技术解决了某些方面的不足,满足了催化剂在某些方面的需求,但仍需要适于抗重金属、裂化重油以及增产汽油的催化裂化催化剂新技术。
由于重油和渣油中含有胶质、沥青质等容易产生焦炭的大分子化合物,而且含有重金属镍、钒等,导致催化裂化平衡催化剂上镍钒含量在10000μg/g已比较常见,而高达15000μg/g的重度污染也不罕见,钒在催化裂化高温水热环境下严重破坏催化剂中的活性组分分子筛的结构,造成催化剂活性降低,使催化裂化产品分布变差。因此,需要开发具有优良的活性、水热稳定性和抗重金属污染的催化剂,以满足重油、渣油裂化对催化剂性能的严格要求。另外,由于渣油大分子的直径一般大于1.0nm,而作为烃类裂化活性中心的分子筛的孔道直径只有0.6~1.0nm,因此,渣油大分子必须先经过中大孔活性基质的预裂化,裂化成较小分子后,才能进入分子筛孔道进行反应,继续转化为市场更为需要的汽柴油等产品,这要求催化剂具有通畅的孔道结构,使烃类反应物分子能够顺畅地进入催化剂中,与裂化活性中心接触、反应,并使产物分子能够顺畅地通过催化剂的孔道扩散、离开催化剂,以提高渣油转化、减少中间馏分油的进一步转化、减少生焦,提高催化裂化反应的选择性。
为了提高催化剂的活性和稳定性,现有技术中一般采用稀土或磷对分子筛或催化剂进行改性处理,如中国专利CN1169717C公开了一种Y沸石用稀土离子进行改性的方法和产品,该方法用NaY分子筛为原料,先经铵交换,然后进行水热处理,再用含H+、NH4 +和RE3+的溶液处理后,经洗涤、干燥、焙烧,得到改性分子筛产品。中国专利CN1111136 C公开了一种含磷和稀土的Y型分子筛的制备方法,是将NaY分子筛先用铵离子和稀土离子交换,进行焙烧,再与磷化合物反应结合上1~10重量%的P2O5,再进行焙烧得到。中国专利CN1209288 C公开了一种含磷和稀土的八面沸石的制备方法,是将八面沸石先用铵化合物和磷化合物进行一次交换反应后,然后在交换浆液中引入稀土溶液进一步反应,经过滤、洗涤,再进行焙烧得到。含该沸石的催化剂活性稳定性好,汽油收率高,焦炭产率低,重油裂化能力和抗重金属污染能力强。中国专利CN1026225 C公开了一种稀土Y分子筛的制备方法,是将NaY分子筛与稀土离子在水溶液中进行离子交换后,过滤,滤饼在流动的水蒸汽中进行焙烧得到。中国专利CN1069553 C公开了一种制备稀土Y型分子筛的方法,是将NaY分子筛与稀土离子进行离子交换后,过滤,滤饼再进行焙烧,焙烧后的产物的1~40%循环返回下一批稀土交换浆液中继续上面所述的操作,其余作为REY分子筛产品用于制备催化剂,如此连续进行,得到稀土Y型分子筛。中国专利CN103058217 A公开了一种含稀土的Y分子筛的制备方法,该方法用NaY分子筛为原料,先经铵交换,然后进行水热处理,再用含H+、NH4 +、RE3+和有机溶剂的混合溶液处理后,母液分离、滤饼焙烧,得到改性分子筛产品。中国专利CN1159101 C公开了一种含稀土超稳Y沸石的制备方法,该方法将氧化钠含量为3~5重量%的超稳Y沸石与一种稀土化合物溶液混合,制成一种浆液,将得到的浆液在剪应力至少10公斤/厘米2的条件下研磨至少1分钟,得到改性分子筛产品。该方法制备的沸石具有高的水热稳定性、抗钠及抗重金属污染的能力。
现有的Y型分子筛制备技术,在分子筛的稀土离子交换后,一般经过过滤,滤饼进行焙烧处理,这样就造成稀土并不能够全部交换到分子筛上去,一部分稀土进入滤液而流失,稀土利用率不高。现有技术或者在稀土交换前就进行水热焙烧,造成分子筛结构破坏较多,分子筛活性下降。重复地将焙烧后的分子筛产物的1~40%循环返回下一批稀土交换浆液中继续进行处理的操作,造成分子筛制备工艺复杂、能源浪费和分子筛收率降低等问题。分子筛制备过程中使用有机溶剂会带来新的环境污染问题。另外,含稀土的Y分子筛存在过滤难的问题,使工业生产过程中生产的连续性受到限制,降低了含稀土分子筛的产能。因此,为了满足分子筛催化剂对活性、水热稳定性和抗重金属污染能力的要求,满足分子筛制备过程的清洁化和连续性要求,尽管有了近来的分子筛制备技术,但仍需要制备工艺环保,稀土等ⅢB族元素利用率高或不损失,同时具有优良的活性、水热稳定性和抗重金属污染的分子筛制备新技术。
在催化剂制备方面,为了提高催化剂转化渣油的能力,提高催化裂化反应的选择性,多产汽油,需要改善催化剂的孔道结构,提高催化剂的孔体积,尤其中大孔体积。现有技术增加催化剂的中大孔体积的方法主要包括3个方面:
(1)在催化剂制备中引入具有中大孔的材料。如CN1854258A报道了一种催化裂化催化剂,其特征是在该催化裂化催化剂的制备过程中加入3~20重量%的介孔硅铝材料,该介孔硅铝材料的孔体积为0.5~2.0ml/g,孔径为8~20nm。CN1436835A公开了一种催化裂化催化剂,其特征是在该催化裂化催化剂的制备过程中引入大孔氧化铝,大孔氧化铝的孔径不小于5nm。CN1690169A报道了一种含分子筛烃类裂化催化剂的制备方法,其特征是在该裂化催化剂的制备过程中加入一种平均颗粒直径为5~100纳米的硅溶胶颗粒。这类方法的缺点是,引入的中大孔材料自身制备过程复杂,不容易得到,或者制备成本高,增加了催化剂的制备成本。同时,大孔固体材料粒度大,需要增加粘结剂用量来确保催化剂抗磨性能不变差,也会增加催化剂的制备成本。
(2)在催化剂制备过程中引入高分子聚合物,在催化剂成型后再将聚合物焙烧除去,从而形成中大孔。例如,CN1831090A报道了在催化剂的制备过程中引入5~1500nm的聚合物,成型后除去聚合物。CN 103301889 A报道了一种催化裂化催化剂及其制备方法,将多孔材料和分子筛与有机成膜物聚乙烯醇的水溶液混合,再与其它组分混合,制备成催化剂。这类方法的缺点是,高分子聚合物价格昂贵,需要大量添加才会使催化剂的孔体积提高到满意的程度,使催化剂制备成本增加;且高温处理会产生环保问题。
(3)在催化剂制备过程中调节催化剂组成及堆积方式从而构筑中大孔。例如,US5221648A公开了在催化剂的制备过程中引入两种不同硅源与特定的铝源和白土通过特定的方式混合,以制备具有大的介孔体积和好的强度的催化裂化催化剂。CN1749365A公开了一种使用硅粘结剂的裂化催化剂,含有以SiO2计5~40重%的硅粘结剂,该催化剂在成型前保持浆液处于溶胶态,通过控制喷雾干燥尾气温度50~150℃生成微球状凝胶,再进行老化扩孔处理得到的。这类方法在很多情况下,其缺点是制备过程中工艺控制比较困难。
因此,为了满足重油和渣油大分子的裂化要求,多产汽油,尽管有了近来的催化剂技术,但仍需要不增加制备成本、不带来新的污染、工艺简单可行的催化剂制备新技术。
发明内容
本发明的目的就在于避免上述技术的不足,提供一种与现有方法不同的催化剂制备方法及烃催化裂化方法,本发明方法柴油馏分不需要加氢处理,与烃油共同与专用催化剂接触进行裂化反应,催化裂化工艺简单且可以直接增产汽油。
本发明涉及一种多产汽油的烃催化裂化方法,该方法包括烃油进入提升管反应器,在反应温度为430~600℃,剂油重量比3~15:1(所述的剂油重量比,其中油的重量不包含作为进料在提升管反应器中部注入的柴油或轻柴油),油气停留时间0.5~10秒,压力0.15~0.5MPa,水蒸汽与原料的重量比为0.01~0.4:1的反应条件下与裂化催化剂接触进行催化裂化反应;在提升管反应器中部,相对于提升管高度,距离提升管反应器出口1/2~1/4,更好的是1/3~1/4的位置处注入柴油或轻柴油,得到液化气、汽油、柴油、重油及其它产物;裂化催化剂以催化剂质量为100%计算,含有10~55%以干基计的改性Y型分子筛、0~45%以干基计的辅助分子筛、10~80%以干基计的粘土、5~40%以干基计的拟薄水铝石、0~40%以氧化物计的无机氧化物和0~20%以氧化物计的粘结剂;所述的裂化催化剂制备方法包括:将至少含有上述改性Y型分子筛、粘土、拟薄水铝石的混合浆液中加入碱性物质,使浆液pH值在3.3~5.0范围内,然后喷雾干燥、固化、水洗,得到催化剂;其中拟薄水铝石有酸溶过程;改性Y型分子筛通过下述制备方法获得:NaY分子筛先用铵离子交换,过滤后混合含元素周期表中ⅢB族元素的化合物,不经洗涤直接进行喷雾干燥和水热焙烧,然后再用铵盐交换,并使该交换浆液中含有可使ⅢB族元素产生沉淀的阴离子,过滤后进行或不进行水热焙烧。
本发明所公开的多产汽油的烃催化裂化方法中,最好在距离提升管反应器出口1/3~1/4(相对于提升管高度)的位置处注入柴油或轻柴油,所述的柴油最好是指常压下馏程为180~360℃的馏分油,所述的轻柴油最好是指常压下馏程为180~280℃的馏分油。提升管反应产生的柴油或轻柴油可以部分回炼,也可以全部回炼。所述的烃油最好选自原油、常压渣油、减压渣油、常压蜡油、减压蜡油、直馏蜡油,丙烷轻/重脱油、焦化蜡油和煤液化产物中的一种或几种。最好柴油或轻柴油加入量为原料油总进料量的1%~30%,温度最好为0~230℃。
该方法更好的催化裂化条件为:反应温度为450~560℃,剂油质量比4~12:1,油气停留时间1~6秒,水蒸汽与原料的重量比为0.04~0.2:1。更好的裂化催化剂组成为:含有15~45%以干基计的改性Y型分子筛、0~30%以干基计的辅助分子筛、15~65%以干基计的粘土、10~30%以干基计的拟薄水铝石、5~25%以氧化物计的无机氧化物和5~15%以氧化物计的粘结剂。
本发明所公开的多产汽油的烃催化裂化方法,其中催化剂制备方法中,加入酸的目的是使拟薄水铝石酸溶,所述的改性分子筛、辅助分子筛、粘土、酸、拟薄水铝石、无机氧化物和粘结剂的加入顺序无特别限制,只要在混合浆液的体系中含有酸溶的拟薄水铝石,并在喷雾干燥前,在上述混合浆液中加入了碱性物质,使最终浆液的pH值在3.3~5.0范围内,即可满足本发明的要求。例如,拟薄水铝石可以酸溶后,再与分子筛、粘土、无机氧化物和粘结剂混合打浆;也可以与选自分子筛、粘土、无机氧化物和粘结剂中的一种或多种混合打浆后,再加入酸进行酸溶。所述的酸选自硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、甲酸中的一种或多种,酸与拟薄水铝石(干基计)的重量比为0.02~0.30,最好0.10~0.25。
本发明所公开的一种多产汽油的烃催化裂化方法,其中催化剂的制备方法中,所述的碱性物质选自可以在水中电离、提供OH-离子的物质,例如碱性硅溶胶、水玻璃、硅酸钠、偏铝酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种。
在含有酸溶的拟薄水铝石酸性溶胶的浆液体系中,当加入了碱性物质,可能使胶粒的聚集状态发生变化,在随后的喷雾干燥过程中,胶团更容易因水分蒸发形成较多的中大孔,使催化剂的孔体积提高。通常来说,碱性物质的加入量少、拟薄水铝石的酸溶程度深、粘结剂的加入量大的情况下,催化剂抗磨性能更好,但孔体积提高幅度也小,反之,碱性物质的加入量大、拟薄水铝石的酸溶程度浅、粘结剂的加入量少的情况下,催化剂抗磨性能变差,但孔体积提高幅度增大。通过控制碱性物质的加入量、拟薄水铝石的酸溶程度、粘结剂的加入量等,能够制备孔体积提高、强度满足本发明多产汽油的烃催化裂化方法要求的催化剂。
本发明所述的催化裂化催化剂中,对辅助分子筛、粘土、无机氧化物、粘结剂均为现有催化裂化催化剂中使用的物质,本发明并不加以限定,均可使用。如:辅助分子筛可选自Y型分子筛、β分子筛、SAPO分子筛、ZSM分子筛和钛硅分子筛中的一种或几种;其中Y型分子筛,选自USY、REUSY、REHY、HY、NH4Y、REY和含磷Y分子筛中的一种或几种。
粘土可选自多水高岭土、偏高岭土、酸抽提高岭土、碱抽提高岭土、蒙脱土、硅藻土、累托土、埃洛石、皂石、海泡石、凹凸棒土、水滑石和膨润土中的一种或多种,这些粘土为本领域普通技术人员所公知。
无机氧化物可为氧化铝、氧化硅、无定型硅铝(粉末)、氧化钛、氧化锆或其混合物中的一种或多种。所述氧化铝选自各种形态的氧化铝和/或水合氧化铝,例如γ-氧化铝、η-氧化铝、θ-氧化铝、一水铝石(Boehmite)、三水铝石(Gibbsite)和拜耳石(Bayreite)中的一种或多种,拟薄水铝石除外。
粘结剂选自裂化催化剂中常用的粘结剂中的一种或多种,例如硅溶胶、铝溶胶、改性硅溶胶、改性铝溶胶和无定形硅铝凝胶中的一种或多种,氧化铝、拟薄水铝石除外。
本发明还公开了催化裂化催化剂的制备方法,包括:将拟薄水铝石、酸、粘土、无机氧化物、粘结剂、分子筛混合打浆,形成浆液后,再加入碱性物质,使最终浆液的pH值在3.3~5.0范围内,然后喷雾成型、水洗、干燥,制备得到催化剂。
本发明还提供了适用于该多产汽油的烃催化裂化方法中所用催化剂的改性Y型分子筛更具体的制备方法:
改性Y型分子筛的制备方法至少包括:
(1)将NaY分子筛与铵盐进行离子交换,水与分子筛重量比2~30,pH=2.8~6.5,温度5~100℃,交换时间0.3~3.5小时,过滤,滤饼洗涤后与水、含元素周期表中ⅢB族元素的化合物混合,以ⅢB族元素氧化物计,在以干基计的分子筛中含量为0.5~20重量%,不经洗涤直接进行喷雾干燥,水热焙烧;焙烧后的分子筛氧化钠含量为2~6重量%;
(2)将步骤(1)所得的分子筛继续与铵盐和水进行离子交换,并使该交换浆液或交换后的分子筛浆液中含有可使ⅢB族元素产生沉淀的阴离子,水与分子筛重量比2~30,pH=2.8~9.0,温度5~100℃,交换时间0.3~3.5小时,过滤后进行或不进行焙烧。最终分子筛的ⅢB族元素含量为0.5~20重量%,氧化钠含量为0.3~2重量%。
步骤(2)中:为使交换浆液或交换后的分子筛浆液中含有可使ⅢB族元素产生沉淀的阴离子,最好加入沉淀剂,如沉淀剂可以选择可提供ⅢB族元素产生沉淀的阴离子的铵盐,具体如碳酸铵、碳酸氢铵、草酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸铵等中的一种或多种,也可以选择使用其它满足上述要求的沉淀剂,具体如氨水、草酸、磷酸、二氧化碳、尿素等中的一种或多种。
所述的沉淀剂的加入量满足沉淀反应中的物质摩尔配比即可。所述的草酸、草酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、二氧化碳、磷酸、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸铵、尿素等的加入量视ⅢB族元素化合物的加入量而定,沉淀剂∶氧化物计的ⅢB族元素化合物的重量比为0.02~5∶1。沉淀剂为氨水时,氨水的加入量视分子筛浆液的pH值而定,使分子筛浆液pH值保持在6.0~9.0范围内。沉淀剂可以在步骤(2)分子筛与铵盐交换前加入分子筛浆液中,还可以在步骤(2)分子筛与铵盐交换后加入分子筛浆液中,加入沉淀剂后最好至少搅拌10分钟,以保证分子筛浆液中游离的ⅢB族元素沉淀下来。
在分子筛中,元素周期表中ⅢB族元素的分布状态不同,对分子筛性能的影响不同,其中,以离子形式交换到分子筛上的ⅢB族元素,在水热焙烧过程中会进入分子筛的小笼中,稳定分子筛的晶体结构,提供更多的酸活性中心。以独立相形式存在的ⅢB族元素,能够捕集重金属钒,形成稳定的钒酸盐,避免钒破坏分子筛的晶体结构,达到抗重金属污染的作用。
本发明所公开的一种多产汽油的烃催化裂化方法,其中所述的催化剂中,改性Y型分子筛的制备方法,通过控制步骤(1)中滤饼与含元素周期表中ⅢB族元素的化合物混合时间、混合比例以及控制步骤(2)中沉淀剂的加入量,达到调节分子筛中ⅢB族元素的分布状态的目的,可根据对分子筛活性、稳定性以及抗重金属污染的实际需要,调节以离子形式和以独立相形式存在的ⅢB族元素的比例。滤饼与含元素周期表中ⅢB族元素的化合物混合,在温度5~100℃搅拌至少半小时以上,再喷雾干燥、水热焙烧,所得的分子筛中,ⅢB族元素主要以离子形式交换到分子筛上,搅拌温度越高越有利于ⅢB族元素以离子形式交换到分子筛上去,其中少量没有交换到分子筛上去的ⅢB族元素,在后续的水热焙烧过程中,一部分通过固相迁移进入分子筛,起到与离子交换的ⅢB族元素相同的作用,另一部分以独立相形式存在,可用于催化裂化反应过程中捕集重金属。在步骤(2)中,元素周期表中ⅢB族元素的离子与铵盐之间存在反交换,部分进入分子筛浆液中,加入含有可使ⅢB族元素产生沉淀的阴离子可使这部分ⅢB族元素沉淀在分子筛上,这样,既使得分子筛的氧化钠含量进一步降低,也避免了ⅢB族元素的流失,提高了ⅢB族元素的利用率,这部分ⅢB族元素的沉淀物,可起到在催化裂化反应过程中捕集重金属的作用。
本发明所公开的一种多产汽油的烃催化裂化方法,其中所述的催化剂中,改性Y型分子筛的制备方法中,步骤(1)和步骤(2)中的铵盐选自硫酸铵、硫酸氢铵、硝酸铵、氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵、草酸铵、柠檬酸铵、柠檬酸二氢铵和柠檬酸氢二铵中的一种或多种,铵盐主要用于交换Y型分子筛上的钠,使经过交换后的分子筛具有酸催化活性。
本发明所公开的一种多产汽油的烃催化裂化方法,其中所述的催化剂中,改性Y型分子筛的制备方法中,所述的ⅢB族元素选自钪、钇和镧系稀土元素中的一种或多种。所述的镧系稀土为富镧稀土、富铈稀土、纯镧或纯铈。在步骤(1)中的含ⅢB族元素的化合物选自可溶于水的ⅢB族元素的卤化物、硝酸盐、硫酸盐、富ⅢB族元素的化合物中的一种或多种,也可以是不溶于水的ⅢB族元素的氧化物、氢氧化物和碳酸盐中的一种或多种,也可以酸溶后选用。
可根据对分子筛活性、稳定性以及抗重金属污染的实际需要,调节ⅢB族元素化合物的比例。催化剂制备过程中,与粘土、拟薄水铝石、粘结剂混合前,改性Y型分子筛、辅助分子筛经过剪切、砂磨和球磨中的一种或多种处理,使分子筛中位粒径D(v,0.5)小于5μm。
本发明改性分子筛的制备方法中,步骤(1)与步骤(2)中所述的焙烧过程,是将含元素周期表中ⅢB族元素的分子筛在10%~100%水蒸汽气氛下进行水热焙烧,焙烧温度450~700℃,焙烧时间0.5~4小时。焙烧过程中,存在脱铝和硅迁移,使得分子筛骨架上的Si-O-Al被Si-O-Si所代替,由于Si原子(直径为0.082nm)比Al原子(直径为0.1nm)小,键长变短(Si-O键长0.161nm,Al-O键长0.174nm),晶胞收缩,分子筛结构稳定性提高。焙烧过程中,也同时伴随着离子迁移,其中,元素周期表中ⅢB族元素的离子迁移到分子筛方钠石笼中的SⅠ和SⅡ位置,起到稳定分子筛晶体结构和提供酸活性中心的作用,方钠石笼中的Na+离子则迁移到超笼中,在后续的离子交换过程中脱离分子筛。与单纯的高温焙烧相比,在100%水蒸汽气氛下进行水热焙烧,更有利于上述的ⅢB族元素离子和Na+离子的迁移,也更有利于保持分子筛的晶体结构和晶胞收缩。
本发明所公开的一种多产汽油的烃催化裂化方法,其中所述的催化剂中,改性分子筛的制备方法中,在步骤(2)中还可加入助滤剂,助滤剂选自阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚合氯化铝中的一种或多种。其加入量相对于分子筛干基为0.01%~5%。可以在步骤(2)分子筛铵盐交换前、交换中或交换后加入分子筛浆液中,加入助滤剂后进行搅拌,最好搅拌2分钟以上。由于ⅢB族元素离子改性的Y分子筛存在过滤难的问题,使工业生产过程中生产的连续性受到限制,降低了含ⅢB族元素的分子筛的产能,加入助滤剂可有效提高分子筛的过滤速度,从而保证了生产的连续性和产能的提高。
本发明的烃催化裂化方法中催化剂所用改性分子筛,以改性分子筛为100重量%计,改性Y型分子筛中ⅢB族元素(以氧化物计)含量为0.5~20重量%,氧化钠含量为0.3~2重量%。
本发明的主要优点和效果:
本发明所公开的一种多产汽油的烃催化裂化方法,其中,催化剂中改性分子筛的制备中,先用铵离子交换NaY分子筛,使NaY分子筛的氧化钠含量在2~6重量%范围内,过滤后,滤饼混合含元素周期表中ⅢB族元素的化合物,不经洗涤直接进行喷雾干燥和水热焙烧,然后再用铵盐交换,交换浆液中加入沉淀剂或者沉淀剂和助滤剂,过滤后进行或不进行水热焙烧。这种分子筛制备工艺,含ⅢB族元素的分子筛浆液容易过滤,ⅢB族元素基本不损失,分子筛制备过程更加环保,在分子筛中ⅢB族元素以离子交换和独立相两种形式存在,分别起到提高分子筛活性、稳定性和抗重金属性能的目的。含有本发明改性分子筛的催化剂同时具有优良的活性、水热稳定性和抗重金属污染性能。本发明采用碱性物质调节溶胶体系中胶粒的聚集状态,能够获得孔体积提高幅度可调的催化裂化催化剂,催化裂化选择性改善。本发明方法柴油馏分不需要加氢处理,与烃油共同与专用催化剂接触进行裂化反应,催化裂化工艺简单且可以直接增产汽油。
本发明所公开的催化剂,具有优良的催化裂化选择性、裂化活性、稳定性和更强的抗重金属污染性能;适用于重油催化裂化,尤其适用于重金属钒含量高的重油催化裂化多产汽油。所述重油包括但不限于常压渣油、减压渣油、减压瓦斯油、常压瓦斯油、脱沥青油和焦化瓦斯油中的一种或多种。
具体实施方式
下面进一步用实施例说明本发明,但本发明并不仅限于这些例子。
(一)实施例中所用的分析测试方法。
1.氧化钠、氧化稀土、氧化钇含量:采用X荧光法分析。
2.分子筛的结晶度、晶胞常数:采用X射线衍射法分析。
3.磨损指数:采用气升法(鹅管法),标准号Q/SYLS 0518-2002。
4.孔体积:采用水滴法测试。
5.催化剂的活性测定:在华阳公司生产的CSA-B型催化剂评定装置上进行。催化剂预先在800℃、100%水蒸气条件下老化4h或17h后,采用大港轻柴油为原料进行活性测定,反应温度460℃,反应时间70s,催化剂装量5.0g,剂油比3.2。
6.催化剂裂化反应性能评价(ACE评价):在ACE-MODEL R+MM评价装置上进行,催化剂预先在800℃、100%水蒸气条件下处理17h,反应原料为兰州石化公司300万吨/年重催原料油,反应条件为剂油比5.0,反应温度530℃。
7.催化剂裂化反应性能评价(中型提升管装置评价):催化剂预先在800℃、100%水蒸气条件下处理10h,反应原料油性质列于表5。
(二)实施例中所用原料规格
1.NaY分子筛、REUSY分子筛(RE2O3含量4.02%,Na2O含量1.24%)、高岭土(灼减18.6%)、硅藻土(灼减15.4%)、拟薄水铝石(灼减36.4%)、铝溶胶(含氧化铝21.2重%)、氯化稀土(RE2O3288.7g/L)、氨水(浓度16%)、水玻璃(250g/L):均为工业品,采自兰州石化公司催化剂厂。碱性硅溶胶:pH值8.5-10.5,含氧化硅25重%,青岛海洋化工有限公司生产。
2.氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、草酸铵、碳酸铵、硝酸钇、硝酸镧、氢氧化钾、阳离子聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、阴离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝:均为化学试剂。
3.盐酸:浓度36%,化学试剂。
实施例1
(1)将1000g NaY分子筛(干基)加入7L去离子水中,搅拌状态下,加入350g氯化铵,用盐酸调节浆液pH值3.50,85℃下搅拌1h,之后过滤、洗涤,所得滤饼与250mL氯化稀土、2.2L去离子水混合,搅拌0.5h,喷雾干燥,然后在焙烧炉中在100%水蒸汽气氛下进行水热焙烧,焙烧温度600℃,焙烧时间2小时。
(2)将步骤(1)所得的分子筛继续与氯化铵及水按照分子筛(干基):铵盐:水=1:0.3:7的重量比混合,形成浆液,在80℃、pH=3.5条件下搅拌1小时,加入1%(相对于分子筛干基)阳离子聚丙烯酰胺,搅拌5分钟,再加入碳酸铵,碳酸铵加入量满足碳酸铵:ⅢB族元素(氧化物计)的重量比=0.4,搅拌10分钟,过滤、洗涤,滤饼在600℃、100%水蒸汽气氛下焙烧2小时。
得到本发明分子筛Z-1。
(3)将600g(干基)分子筛Z-1加入1.2L去离子水中,经过砂磨处理,使分子筛中位粒径D(v,0.5)小于5μm,得到分子筛浆液Z-1J。将425g铝溶胶、1972g高岭土、943g拟薄水铝石、4.9L水混合打浆,加入50mL盐酸,升温到50℃,搅拌1小时,再降温到25℃,加入分子筛浆液Z-1J,搅拌15分钟,然后加入240g碱性硅溶胶、180mL水玻璃,最终浆液的pH值3.55,继续搅拌30分钟,均质后喷雾干燥成型、焙烧、水洗、干燥,得到本发明催化剂C-1。
实施例2
(1)除了将实施例1步骤(2)中与铵盐交换后的分子筛浆液不加入助滤剂阳离子聚丙烯酰胺之外,其它条件同实施例1,制得本发明分子筛Z-2。
(2)将600g(干基)分子筛Z-2加入1.2L去离子水中,经过砂磨处理,使分子筛中位粒径D(v,0.5)小于5μm,得到分子筛浆液Z-2J。将425g铝溶胶、1972g高岭土、943g拟薄水铝石、4.9L水混合打浆,加入50mL盐酸,升温到50℃,搅拌1小时,再降温到25℃,加入分子筛浆液Z-2J,搅拌15分钟,然后加入240g碱性硅溶胶、180mL水玻璃,最终浆液的pH值3.57,继续搅拌30分钟,均质后喷雾干燥成型、焙烧、水洗、干燥,制得本发明催化剂C-2。
对比例1
通过离子交换方法制得含稀土的对比分子筛DZ-1。
(1)按照现有专利技术,将1000g NaY分子筛(干基)加入7L去离子水中,搅拌状态下,加入350g氯化铵、250mL氯化稀土,用盐酸调节浆液pH值3.50,85℃下搅拌1h,之后过滤、洗涤,所得滤饼在焙烧炉中在100%水蒸汽气氛下进行水热焙烧,焙烧温度600℃,焙烧时间2小时。
(2)步骤(2)中的分子筛制备条件同实施例1。
制得对比分子筛DZ-1。
(3)将600g(干基)分子筛DZ-1加入1.2L去离子水中,经过砂磨处理,得到分子筛浆液DZ-1J。将425g铝溶胶、2101g高岭土、943g拟薄水铝石、5.2L水混合打浆,加入50mL盐酸,升温到50℃,搅拌1小时,再降温到25℃,加入分子筛浆液DZ-1J,最终浆液的pH值3.20,继续搅拌30分钟,均质后喷雾干燥成型、焙烧、水洗、干燥,得到对比催化剂DC-1。
对比例2
(1)除了将实施例1步骤(2)中铵盐交换后的分子筛浆液不加入沉淀剂碳酸铵之外,其它条件同实施例1,制得对比分子筛DZ-2。
(2)将600g(干基)分子筛DZ-2加入1.2L去离子水中,经过砂磨处理,得到分子筛浆液DZ-2J。将425g铝溶胶、2101g高岭土、943g拟薄水铝石、5.2L水混合打浆,加入50mL盐酸,升温到50℃,搅拌1小时,再降温到25℃,加入分子筛浆液DZ-2J,最终浆液的pH值3.21,继续搅拌30分钟,均质后喷雾干燥成型、焙烧、水洗、干燥,得到对比催化剂DC-2。
实施例3
(1)将2000g NaY分子筛(干基)加入20L去离子水中,搅拌状态下,加入600g硫酸铵,用盐酸调节浆液pH值3.45,90℃下搅拌1h,之后过滤、洗涤,所得滤饼与542g硝酸钇、4.8L去离子水混合,使NaY分子筛(干基):钇的化合物(以氧化钇计)重量比为1:0.08,搅拌0.5h,喷雾干燥,在焙烧炉中在100%水蒸汽气氛下进行水热焙烧,焙烧温度620℃,焙烧时间1.5小时。
(2)将步骤(1)所得的分子筛、硫酸铵及水按照分子筛(干基):铵盐:水=1:0.3:5的重量比混合,形成浆液,在90℃、pH=3.5条件下搅拌1小时,加入0.02%(相对于分子筛干基)阳离子聚丙烯酰胺和草酸铵,草酸铵加入量满足草酸铵:ⅢB族元素(氧化物计)的重量比=1.2,搅拌10分钟,过滤、洗涤,滤饼在620℃、100%水蒸汽气氛下焙烧1.5小时。
得到本发明分子筛Z-3。
(3)将870g(干基)分子筛Z-3加入1.7L去离子水中,经过砂磨处理,使分子筛中位粒径D(v,0.5)小于5μm,得到分子筛浆液Z-3J。将1622g高岭土、943g拟薄水铝石、4.4L水混合打浆,加入25mL盐酸,升温到60℃,搅拌1小时,再降温到25℃,加入708g铝溶胶、分子筛浆液Z-3J,搅拌15分钟,然后加入240g硅溶胶,用氨水调节最终浆液的pH值3.70,继续搅拌1小时,均质后喷雾干燥成型、焙烧、水洗、干燥,得到本发明催化剂C-3。
对比例3
按照现有专利技术,通过离子交换方法制得含钇的对比分子筛DZ-3。
(1)将2000g NaY分子筛(干基)加入20L去离子水中,搅拌状态下,加入600g硫酸铵、542g硝酸钇,使NaY分子筛(干基):钇的化合物(以氧化钇计)重量比为1:0.08,用盐酸调节浆液pH值3.45,90℃下搅拌1h,之后过滤、洗涤,所得滤饼在焙烧炉中在100%水蒸汽气氛下进行水热焙烧,焙烧温度620℃,焙烧时间1.5小时。
(2)将步骤(1)所得的分子筛、硫酸铵及水按照分子筛(干基):铵盐:水=1:0.3:5的重量比混合,形成浆液,在90℃、pH=3.5条件下搅拌1小时,过滤、洗涤,滤饼在620℃、100%水蒸汽气氛下焙烧1.5小时。
制得对比分子筛DZ-3。
(3)将870g(干基)分子筛DZ-3加入1.7L去离子水中,经过砂磨处理,得到分子筛浆液DZ-3J。将1695g高岭土、943g拟薄水铝石、4.6L水混合打浆,加入25mL盐酸,升温到60℃,搅拌1小时,再降温到25℃,加入708g铝溶胶、分子筛浆液DZ-3J,最终浆液的pH值3.18,继续搅拌1小时,均质后喷雾干燥成型、焙烧、水洗、干燥,得到对比催化剂DC-3。
对比例4
采用本发明实施例3分子筛Z-3,按照现有专利成胶技术制备对比催化剂DC-4。
将870g(干基)分子筛Z-3加入1.7L去离子水中,经过砂磨处理,得到分子筛浆液Z-3J。将1695g高岭土、943g拟薄水铝石、4.6L水混合打浆,加入25mL盐酸,升温到60℃,搅拌1小时,再降温到25℃,加入708g铝溶胶、分子筛浆液Z-3J,最终浆液的pH值3.20,继续搅拌1小时,均质后喷雾干燥成型、焙烧、水洗、干燥,得到对比催化剂DC-4。
实施例4
(1)将1000g NaY分子筛(干基)加入8L去离子水中,搅拌状态下,加入350g氯化铵,用盐酸调节浆液pH值4.20,80℃下搅拌1h,之后过滤、洗涤,所得滤饼与425g硝酸镧、3.0L去离子水混合,使NaY分子筛(干基):镧的化合物(以氧化镧计)重量比为1:0.16,80℃下搅拌1h,喷雾干燥,然后在焙烧炉中在60%水蒸汽气氛下进行水热焙烧,焙烧温度580℃,焙烧时间2.5小时。
(2)将步骤(1)所得的分子筛继续与硝酸铵及水按照分子筛(干基):铵盐:水=1:0.4:5的重量比混合,形成浆液,在70℃、pH=3.5条件下搅拌2小时,加入0.8%(相对于分子筛干基)阴离子聚丙烯酰胺,用氨水调节分子筛浆液的pH值在6.5~7.0范围内,搅拌25分钟,过滤、洗涤,滤饼在200℃干燥。
得到本发明分子筛Z-4。
(3)将900g(干基)分子筛Z-4、60g(干基)REUSY分子筛加入1.9L去离子水中,经过砂磨处理,使分子筛中位粒径D(v,0.5)小于5μm,得到分子筛浆液Z-4J。将1364g高岭土、177g硅藻土、849g拟薄水铝石、3.8L水混合打浆,加入45mL盐酸,升温到55℃,搅拌1小时,再降温到20℃,加入1132g铝溶胶、分子筛浆液Z-4J,搅拌20分钟,然后用氢氧化钾溶液(浓度20%)调节最终成胶胶体浆液的pH值4.10,继续搅拌1小时,均质后喷雾干燥成型、焙烧、水洗、干燥,得到本发明催化剂C-4。
对比例5
按照现有专利技术,通过离子交换方法制得含镧的对比分子筛DZ-4。
(1)将1000g NaY分子筛(干基)加入8L去离子水中,搅拌状态下,加入350g氯化铵、425g硝酸镧,使NaY分子筛(干基):镧的化合物(以氧化镧计)重量比为1:0.16,用盐酸调节浆液pH值4.20,80℃下搅拌1h,之后过滤、洗涤,所得滤饼在焙烧炉中在60%水蒸汽气氛下进行水热焙烧,焙烧温度580℃,焙烧时间2.5小时。
(2)将步骤(1)所得的分子筛继续与硝酸铵及水按照分子筛(干基):铵盐:水=1:0.4:5的重量比混合,形成浆液,在70℃、pH=3.5条件下搅拌2小时,过滤、洗涤,滤饼在200℃干燥。
制得对比分子筛DZ-4。
(3)将900g(干基)分子筛DZ-4、60g(干基)REUSY分子筛加入1.9L去离子水中,经过砂磨处理,得到分子筛浆液DZ-4J。将1364g高岭土、177g硅藻土、849g拟薄水铝石、3.8L水混合打浆,加入45mL盐酸,升温到55℃,搅拌1小时,再降温到20℃,加入1132g铝溶胶、分子筛浆液DZ-4J,最终成胶胶体浆液的pH值3.15,继续搅拌1小时,均质后喷雾干燥成型、焙烧、水洗、干燥,得到对比催化剂DC-5。
实施例5
(1)除了将实施例1步骤(2)中铵盐交换后的分子筛浆液不加入助滤剂阳离子聚丙烯酰胺,而是加入0.5%(相对于分子筛干基)聚乙烯亚胺之外,其它条件同实施例1,制得本发明分子筛Z-5。
(2)将600g(干基)分子筛Z-5加入1.2L去离子水中,经过砂磨处理,得到分子筛浆液Z-5J。将425g铝溶胶、1972g高岭土、943g拟薄水铝石、4.9L水混合打浆,加入50mL盐酸,升温到50℃,搅拌1小时,再降温到25℃,加入分子筛浆液Z-5J,搅拌15分钟,然后加入240g碱性硅溶胶、180mL水玻璃,最终成胶胶体浆液的pH值3.58,继续搅拌30分钟,均质后喷雾干燥成型、焙烧、水洗、干燥,得到本发明催化剂C-5。
实施例6
(1)除了将实施例1步骤(2)中铵盐交换后的分子筛浆液不加入助滤剂阳离子聚丙烯酰胺,而是加入0.3%(相对于分子筛干基)聚合氯化铝之外,其它条件同实施例1,制得本发明分子筛Z-6。
(2)将600g(干基)分子筛Z-6加入1.2L去离子水中,经过砂磨处理,使分子筛中位粒径D(v,0.5)小于5μm,得到分子筛浆液Z-6J。将425g铝溶胶、1972g高岭土、943g拟薄水铝石、4.9L水混合打浆,加入50mL盐酸,升温到50℃,搅拌1小时,再降温到25℃,加入分子筛浆液Z-6J,搅拌15分钟,然后加入240g碱性硅溶胶、180mL水玻璃,最终成胶胶体浆液的pH值3.52,继续搅拌30分钟,均质后喷雾干燥成型、焙烧、水洗、干燥,得到本发明催化剂C-6。
实施例7
本实施例说明采用本发明提供的方法可以增加催化裂化汽油收率,提高汽油辛烷值。
试验是在中型提升管催化裂化装置上进行的,采用实施例3制备的催化剂C-3进行反应。重质原料油从提升管底部进入,与采用实施例3制备的催化剂C-3接触反应,接触温度为500℃,剂油比(即催化剂与从提升管底部进入的重质原料油的重量比)为6.1。通过蒸馏切割催化裂化柴油,柴油的馏程为221~340℃,从距提升管上方出口1/3的位置处进入提升管反应器,与采用实施例3制备的催化剂C-3接触反应。反应生成的油气和催化剂继续上行进入分离***,将反应产物与催化剂分离,催化剂汽提后去再生器烧焦再生,循环使用。
重质原料油性质列于表5,主要的产品分布以及汽油产品的性质列于表6。
对比例5
对比例5说明现有技术的催化裂化方法的催化裂化汽油收率及汽油辛烷值。
试验是在中型提升管催化裂化装置上进行的,采用对比例3制备的对比催化剂DC-3进行反应。重质原料油从提升管底部进入,与采用对比例3制备的对比催化剂DC-3接触反应,接触温度为500℃,剂油比(即催化剂与从提升管底部进入的重质原料油的重量比)为6.1。反应生成的油气和对比催化剂继续上行进入分离***,将反应产物与催化剂分离,催化剂汽提后去再生器烧焦再生,循环使用。
重质原料油性质列于表5,主要的产品分布以及汽油产品的性质列于表6。
对比例6
对比例6说明采用现有专利成胶技术制备的对比催化剂DC-4的催化裂化汽油收率及汽油辛烷值。
试验是在中型提升管催化裂化装置上进行的,采用对比例4制备的对比催化剂DC-4进行反应。重质原料油从提升管底部进入,与采用对比例4制备的对比催化剂DC-4接触反应,接触温度为500℃,剂油比(即催化剂与从提升管底部进入的重质原料油的重量比)为6.1。通过蒸馏切割催化裂化柴油,柴油的馏程为221~340℃,从距提升管上方出口1/3的位置处进入提升管反应器,与对比例4制备的对比催化剂DC-4接触反应。反应生成的油气和催化剂继续上行进入分离***,将反应产物与催化剂分离,催化剂汽提后去再生器烧焦再生,循环使用。
重质原料油性质列于表5,主要的产品分布以及汽油产品的性质列于表6。
对比例7
对比例7说明采用本发明实施例3分子筛Z-3制备的对比催化剂DC-4的催化裂化汽油收率及汽油辛烷值。
试验是在中型提升管催化裂化装置上进行的,采用对比例4制备的对比催化剂DC-4进行反应。重质原料油从提升管底部进入,与采用对比例4制备的对比催化剂DC-4接触反应,接触温度为500℃,剂油比(即催化剂与从提升管底部进入的重质原料油的重量比)为6.1。反应生成的油气和对比催化剂继续上行进入分离***,将反应产物与催化剂分离,催化剂汽提后去再生器烧焦再生,循环使用。
重质原料油性质列于表5,主要的产品分布以及汽油产品的性质列于表6。
实施例8
本实施例说明采用本发明提供的方法可以增加催化裂化汽油收率,提高汽油辛烷值。
试验是在中型提升管催化裂化装置上进行的,采用实施例3制备的催化剂C-3进行反应。重质原料油从提升管底部进入,与采用实施例3制备的催化剂C-3接触反应,接触温度为500℃,剂油比(即催化剂与从提升管底部进入的重质原料油的重量比)为6.1。通过蒸馏切割催化裂化轻柴油,轻柴油的馏程为221~280℃,从距提升管上方出口1/4的位置处进入提升管反应器,与采用实施例3制备的催化剂C-3接触反应。反应生成的油气和催化剂继续上行进入分离***,将反应产物与催化剂分离,催化剂汽提后去再生器烧焦再生,循环使用。
重质原料油性质列于表5,主要的产品分布以及汽油产品的性质列于表6。
采用实施例1~6制备的分子筛Z-1~Z-6和采用对比例1~4制备的分子筛DZ-1~DZ-4,其物化性质分析测试结果列于表1中。
表1 Y型分子筛的性质
表1结果表明,与采用现有专利技术的对比例1制备的分子筛DZ-1相比,采用实施例1制备的分子筛Z-1,氧化钠含量、结晶度、晶胞常数与对比分子筛DZ-1相当,但在分子筛制备过程中,稀土基本无损失,而采用对比例1制备的分子筛DZ-1,稀土含量低于Z-1分子筛22.8%,大量的稀土在交换过程中没有交换到分子筛上去,在过滤过程中随滤液流失,造成稀土的利用率低,进入滤液中的稀土如果不处理还会带来环境污染。
与采用对比例2制备的分子筛DZ-2相比,采用实施例1制备的分子筛Z-1,其稀土含量为7.81%,高于对比分子筛(稀土含量为6.90%),说明使用稀土沉淀剂有利于使分子筛交换浆液中游离的稀土沉积在分子筛上,避免稀土随滤液流失,从而提高分子筛制备过程中的稀土利用率。
与采用实施例2制备的分子筛Z-2相比,分别采用本发明实施例1、5、6制备的分子筛Z-1、Z-5、Z-6,其性质与分子筛Z-2相当,说明使用助滤剂不会明显影响分子筛的性能。在实验中发现,加入助滤剂明显提高了分子筛的过滤速度,分子筛过滤时间降低20%以上,可能与助滤剂促进了分子筛颗粒的凝聚和沉降有关。
与采用对比例3制备的分子筛DZ-3相比,采用实施例3制备的分子筛Z-3,其钇含量为8.85%,高于对比分子筛(钇含量为6.05%),说明采用本发明方法更有利于使分子筛交换浆液中游离的钇负载在分子筛上,避免钇随滤液流失,从而提高分子筛制备过程中钇的利用率。
与采用对比例5制备的分子筛DZ-4相比,采用实施例4制备的分子筛Z-4,其稀土含量为16.50%,高于对比分子筛(稀土含量为8.64%),说明即使在稀土含量高的情况下,采用本发明方法仍然更有利于使分子筛交换浆液中游离的稀土负载在分子筛上,提高分子筛制备过程中稀土的利用率。
采用实施例1~6制备的催化剂C-1~C-6和采用对比例1~5制备的对比催化剂DC-1~DC-5,分别测试催化剂经过4h、17h水蒸汽老化后的活性,测试结果列于表2。
为了考察催化剂的抗重金属污染能力,将上述催化剂采用等体积浸渍法,分别浸渍3000μg/g Ni、5000μg/g V(相对于催化剂),经镍、钒污染的催化剂在800℃、100%水蒸汽条件下处理4h,测试污染催化剂4h水蒸汽老化后的活性,测试结果列于表2。
表2中,用活性保留率R1和活性保留率R2分别表征催化剂的水热稳定性和抗重金属污染能力。分别定义:活性保留率R1=17h水蒸汽老化活性/4h水蒸汽老化活性×100%;活性保留率R2=污染4h水蒸汽老化活性/4h水蒸汽老化活性×100%。
表2催化剂的活性、水热稳定性和抗重金属性能
表2结果表明,与采用对比例1制备的催化剂DC-1相比,以本发明实施例1制备的催化剂C-1,其4h、17h活性分别提高了4和4个百分点,活性保留率R1提高2个百分点,说明本发明催化剂具有更高的活性和水热稳定性;其活性保留率R2高于对比催化剂(DC-1)4个百分点,说明本发明催化剂具有更好的抗重金属污染性能。
与采用对比例2制备的催化剂DC-2相比,以本发明实施例1制备的分子筛Z-1为活性组分制备的催化剂C-1,其4h、17h活性分别提高了1和2个百分点,活性保留率R1提高2个百分点,活性保留率R2提高5个百分点,说明本发明含稀土分子筛的催化剂具有更高的活性和水热稳定性,具有更好的抗重金属性能。
与采用实施例2制备的催化剂C-2相比,分别以本发明实施例1、5、6制备的分子筛Z-1、Z-5、Z-6为活性组分制备的催化剂C-1、C-5、C-6,其4h、17h活性,以及活性保留率R1、活性保留率R2与含有实施例2制备的分子筛(Z-2)的催化剂C-2相当,说明使用助滤剂不会明显影响分子筛和催化剂的性能。
与采用对比例3制备的催化剂DC-3相比,以本发明实施例3制备的催化剂C-3,其4h、17h活性分别提高了4和5个百分点,活性保留率R1提高2个百分点,活性保留率R2提高12个百分点,说明本发明含钇分子筛催化剂具有更高的活性和水热稳定性,具有更好的抗重金属性能。
与采用对比例4制备的催化剂DC-4相比,以本发明实施例3制备的催化剂C-3,其4h、17h活性分别提高了2和2个百分点,活性保留率R1、R2相当,说明本发明孔体积提高的催化剂具有更高的活性和水热稳定性。
与采用对比例5制备的催化剂DC-5相比,以本发明实施例4制备的催化剂C-4,其4h、17h活性分别提高了8和7个百分点,活性保留率R1提高2个百分点,活性保留率R2提高15个百分点,说明本发明含稀土分子筛催化剂具有更高的活性和水热稳定性,具有更好的抗重金属性能。
本发明催化剂的抗重金属性能改善,这与使用沉淀剂使分子筛中沉淀的ⅢB族元素含量增加有关,这种独立相的沉淀物有利于捕集重金属钒,减少了钒在水热老化过程中对分子筛结构的破坏。
采用实施例1~6制备的催化剂C-1~C-6和采用对比例1~5制备的对比催化剂DC-1~DC-5,分别测试其抗磨性能和孔体积,测试结果列于表3。
表3催化剂的孔体积和抗磨性能
项目 | 孔体积,mL.g-1 | 磨损指数,m% |
采用实施例1制备的催化剂C-1 | 0.40 | 1.0 |
采用实施例2制备的催化剂C-2 | 0.41 | 1.2 |
采用实施例3制备的催化剂C-3 | 0.44 | 1.7 |
采用实施例4制备的催化剂C-4 | 0.46 | 2.4 |
采用实施例5制备的催化剂C-5 | 0.41 | 1.1 |
采用实施例6制备的催化剂C-6 | 0.42 | 1.3 |
采用对比例1制备的催化剂DC-1 | 0.34 | 1.2 |
采用对比例2制备的催化剂DC-2 | 0.34 | 1.1 |
采用对比例3制备的催化剂DC-3 | 0.35 | 1.0 |
采用对比例4制备的催化剂DC-4 | 0.35 | 0.9 |
采用对比例5制备的催化剂DC-5 | 0.35 | 0.9 |
表3结果表明,与采用对比例1、2制备的催化剂DC-1、DC-2相比,采用本发明实施例1、2、5、6制备的催化剂C-1、C-2、C-5、C-6,其磨损指数相当,均能满足工业催化裂化装置对催化剂抗磨性能的要求(磨损指数低于3.0m%),同时,本发明催化剂C-1、C-2、C-5、C-6孔体积明显高于对比催化剂17%以上。说明采用本发明方法能够制备孔体积改善、抗磨性能较好的催化剂。
与采用对比例3、4制备的催化剂DC-3、DC-4相比,采用本发明实施例3制备的催化剂C-3,其抗磨性能满足工业催化剂使用要求,同时,其孔体积明显提高,高于对比催化剂26%。与采用对比例5制备的催化剂DC-5相比,采用本发明实施例4制备的催化剂C-4,其磨损指数低于3.0m%,抗磨性能满足工业催化剂使用要求,同时,其孔体积明显提高,高于对比催化剂31%。同样说明采用本发明在成胶过程最后加入碱性物质的方法,能够制备孔体积改善、抗磨性能较好的催化剂。
对采用实施例3制备的催化剂C-3和采用对比例3制备的对比催化剂DC-3,分别进行ACE催化裂化反应性能评价,评价结果列于表4。
表4 ACE催化裂化反应选择性评价结果
表4结果表明,与采用对比例3制备的催化剂DC-3相比,采用本发明实施例3制备的催化剂C-3,其转化率提高近1个百分点,总液收和轻收分别提高1.44和1.41个百分点,汽油提高1.83个百分点,焦炭降低0.87个百分点,同时重油收率略有降低,说明本发明催化剂C-3具有更好的裂化反应选择性和多产汽油性能。
表5重质原料油性质分析
表6中型提升管催化裂化反应评价结果
由表6可见,与对比例6相比,实施例7采用本发明提供的催化剂与方法,汽油收率提高2.32个百分点,油浆降低1.50个百分点,焦炭收率降低0.44个百分点;汽油中芳烃含量增加,研究法辛烷值提高0.2个单位。说明本发明催化剂由于提高了孔体积,从而改善了催化裂化反应选择性,汽油收率提高。
对比例5采用的催化剂与对比例7采用的催化剂,除了分子筛不同之外,其它组成相同。表6结果表明,在相同的反应条件下,与对比例5相比,对比例7采用本发明实施例3分子筛Z-3制备的对比催化剂DC-4,其汽油收率提高1.55个百分点,油浆降低1.12个百分点;汽油中芳烃含量增加,研究法辛烷值提高0.1个单位。说明DC-4催化剂由于含有本发明改性Y型分子筛,从而使催化裂化反应选择性改善,汽油收率提高。
由表6可见,与对比例5相比,实施例7采用本发明提供的催化剂与催化裂化方法,回炼柴油(馏程为221~340℃),汽油收率提高16.86个百分点,干气收率降低0.66个百分点,油浆降低3.68个百分点,焦炭收率降低1.25个百分点;汽油中芳烃含量增加,研究法辛烷值提高1.3个单位。说明本发明催化剂与催化裂化方法能够协同提高汽油产率,提高汽油辛烷值。
由表6可见,与对比例5相比,实施例8采用本发明提供的催化剂与催化裂化方法,将轻柴油(馏程为221~280℃)回炼,同样可以达到多产汽油的目的,汽油收率提高15.55个百分点,干气收率降低0.69个百分点,油浆降低2.62个百分点,焦炭收率降低1.56个百分点;汽油中芳烃含量增加,研究法辛烷值提高0.9个单位。同样说明本发明催化剂与催化裂化方法能够协同提高汽油产率,提高汽油辛烷值。
当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (16)
1.一种多产汽油的烃催化裂化方法,其特征在于,该方法包括烃油进入提升管反应器,在反应温度为430~600℃,剂油重量比3~15:1,油气停留时间0.5~10秒,压力0.15~0.5MPa,水蒸汽与原料的重量比为0.01~0.4:1的反应条件下与裂化催化剂接触进行催化裂化反应;在提升管反应器中部,相对于提升管高度,距离提升管反应器出口1/2~1/4,更好是1/3~1/4的位置处注入柴油或轻柴油,得到产物包括液化气、汽油、柴油及重油;裂化催化剂以催化剂质量为100%计,含有10~55%以干基计的改性Y型分子筛、0~45%以干基计的辅助分子筛、10~80%以干基计的粘土、5~40%以干基计的拟薄水铝石、0~40%以氧化物计的无机氧化物和0~20%以氧化物计的粘结剂;所述的裂化催化剂的制备方法包括:在至少含有上述改性Y型分子筛、粘土和拟薄水铝石的混合浆液中加入碱性物质,使浆液pH值在3.3~5.0范围内,然后喷雾干燥、固化、水洗,得到催化剂;其中拟薄水铝石有酸溶过程;改性Y型分子筛通过下述制备方法获得:NaY分子筛先用铵离子交换,过滤后混合含元素周期表中ⅢB族元素的化合物,不经洗涤直接进行喷雾干燥和水热焙烧,然后再用铵盐交换,并使该交换浆液中含有可使ⅢB族元素产生沉淀的阴离子,过滤后进行或不进行水热焙烧。
2.根据权利要求1所述的烃催化裂化方法,其特征在于裂化催化剂组成为:含有15~45%以干基计的改性Y型分子筛、0~30%以干基计的辅助分子筛、15~65%以干基计的粘土、10~30%以干基计的拟薄水铝石、5~25%以氧化物计的无机氧化物和5~15%以氧化物计的粘结剂。
3.根据权利要求1所述的烃催化裂化方法,其特征在于催化裂化的反应条件为:反应温度为450~560℃,剂油重量比4~12:1,油气停留时间1~6秒,水蒸汽与原料的重量比为0.04~0.2:1。
4.根据权利要求1所述的烃催化裂化方法,其特征在于柴油是指常压下馏程为180~360℃的馏分油;轻柴油是指常压下馏程为180~280℃的馏分油;烃油选自原油、常压渣油、减压渣油、常压蜡油、减压蜡油、直馏蜡油、丙烷轻/重脱油、焦化蜡油和煤液化产物中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的烃催化裂化方法,其特征在于柴油或轻柴油加入量为烃油总进料量的1%~30%,温度为0~230℃。
6.根据权利要求1所述的烃催化裂化方法,其特征在于所述的改性Y型分子筛的制备方法至少包括:
(1)将NaY分子筛与铵盐进行离子交换,水与分子筛重量比2~30,pH=2.8~6.5,温度5~100℃,交换时间0.3~3.5小时,过滤,滤饼洗涤后与水、含元素周期表中ⅢB族元素的化合物混合,以ⅢB族元素的氧化物计,在以干基计的分子筛中含量为0.5~20重量%,不经洗涤直接进行喷雾干燥,水热焙烧;焙烧后的分子筛中氧化钠含量为2~6重量%;
(2)将步骤(1)所得的分子筛继续与铵盐和水进行离子交换,并使该交换浆液或交换后的分子筛浆液中含有可使ⅢB族元素产生沉淀的阴离子,水与分子筛重量比2~30,pH=2.8~9.0,温度5~100℃,交换时间0.3~3.5小时,过滤后进行或不进行焙烧。
7.根据权利要求1所述的烃催化裂化方法,其特征在于ⅢB族元素选自钪、钇和镧系稀土中的一种或多种;镧系稀土为富镧稀土、富铈稀土、纯镧或纯铈;粘土选自多水高岭土、偏高岭土、酸抽提高岭土、碱抽提高岭土、蒙脱土、硅藻土、累托土、埃洛石、皂石、海泡石、凹凸棒土、水滑石和膨润土中的一种或多种;无机氧化物为氧化铝、氧化硅、无定型硅铝粉末、氧化钛和氧化锆中的至少一种;粘结剂选自硅溶胶、铝溶胶、改性硅溶胶、改性铝溶胶和无定形硅铝凝胶中的一种或多种;辅助分子筛选自Y型分子筛、β分子筛、SAPO分子筛、ZSM分子筛和钛硅分子筛中的一种或几种,其中Y型分子筛选自USY、REUSY、REHY、HY、NH4Y、REY和含磷Y分子筛中的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的烃催化裂化方法,其特征在于步骤(2)中:为使交换浆液或交换后的分子筛浆液中含有使ⅢB族元素产生沉淀的阴离子,加入沉淀剂;沉淀剂为能提供ⅢB族元素产生沉淀的阴离子的铵盐、氨水、草酸、磷酸、二氧化碳和尿素中的一种或多种。
9.根据权利要求6所述的烃催化裂化方法,其特征在于步骤(1)以及步骤(2)中所述的焙烧是在10%~100%水蒸汽气氛下进行的,焙烧温度450~700℃,焙烧时间0.5~4小时。
10.根据权利要求6所述的烃催化裂化方法,其特征在于步骤(2)中在交换浆液或交换后的分子筛浆液中加入助滤剂,助滤剂选自阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺和聚合氯化铝中的一种或多种;其加入量相对于分子筛干基的重量为0.01%~5%。
11.根据权利要求6所述的烃催化裂化方法,其特征在于步骤(2)中沉淀剂不包括氨水时,沉淀剂∶氧化物计的ⅢB族元素化合物的重量比为0.02~5∶1。
12.根据权利要求8所述的烃催化裂化方法,其特征在于沉淀剂为氨水时,氨水加入后使分子筛浆液pH值保持在6.0~9.0。
13.根据权利要求1所述的烃催化裂化方法,其特征在于以ⅢB族元素氧化物计,所述的改性Y型分子筛中,ⅢB族元素含量为0.5~20重量%,氧化钠含量为0.3~2重量%。
14.根据权利要求1所述的烃催化裂化方法,其特征在于与粘土、拟薄水铝石、粘结剂混合前,改性Y型分子筛、辅助分子筛经过剪切、砂磨、球磨中的一种或多种处理,使上述分子筛的中位粒径D(v,0.5)小于5μm。
15.根据权利要求1所述的烃催化裂化方法,其特征在于所述的碱性物质选自能在水中电离、提供OH-离子的物质。
16.根据权利要求15所述的烃催化裂化方法,其特征在于所述的碱性物质选自碱性硅溶胶、水玻璃、硅酸钠、偏铝酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或多种。
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