无粘结剂ZSM5流化床催化剂的制备方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201010261494.0

申请日:

2010.08.23

公开号:

CN102371166A

公开日:

2012.03.14

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):B01J 29/40申请公布日:20120314|||实质审查的生效IPC(主分类):B01J 29/40申请日:20100823|||公开

IPC分类号:

B01J29/40; B01J37/00; C07C4/06; C07C11/04; C07C11/06

主分类号:

B01J29/40

申请人:

中国石油化工股份有限公司; 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院

发明人:

马广伟; 张惠明

地址:

100728 北京市朝阳区朝阳门北大街22号

优先权:

专利代理机构:

上海东方易知识产权事务所 31121

代理人:

沈原

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内容摘要

本发明涉及一种无粘结剂ZSM-5流化床催化剂的制备方法,主要解决现有技术中ZSM-5流化床催化剂活性较低的问题。本发明通过采用催化剂制备方法包括以下步骤:(a)将粘结剂、基质材料、扩孔剂、分散剂、导向剂和液体介质均匀混合形成悬浮液;(b)高速剪切、分散,控制悬浮液中物料粒度的在0.1~5um之间;(c)喷雾干燥该悬浮液,形成微球催化剂前体I;(d)在300~700℃焙烧该微球催化剂前体I 1~10小时,得到催化剂前体II;(e)把催化剂前体II放入模板剂蒸气中,在100~200℃晶化10~200小时,得到

权利要求书

1: 一种无粘结剂 ZSM-5 流化床催化剂的制备方法, 包括以下步骤 : (a) 将粘结剂、 基质材料、 扩孔剂、 分散剂、 导向剂和液体介质均匀混合形成悬浮液 ; (b) 高速剪切、 分散, 控制悬浮液中物料粒度的在 0.1 ~ 5um 之间 ; (c) 喷雾干燥该悬浮液, 形成微球催化剂前体 I ; (d) 在 300 ~ 700℃焙烧该微球催化剂前体 I 1 ~ 10 小时, 得到催化剂前体 II ; (e) 把催化剂前体 II 放入模板剂蒸气中, 在 100 ~ 200℃晶化 10 ~ 200 小时, 得到催 化剂前体 III ; (f) 在 400 ~ 700℃焙烧该微球催化剂前体 III 1 ~ 10 小时, 得到无粘结剂 ZSM-5 流 化床催化剂。
2: 根据权利要求 1 所述的无粘结剂 ZSM-5 流化床催化剂的制备方法, 其特征在于以悬 浮液的固体成分重量百分比计, 粘结剂用量为 20 ~ 80% ; 基质材料用量为 10 ~ 70% ; 扩孔剂的用量为 0.1 ~ 5% ; 分散剂的用量为 0.01 ~ 5% ; 导向剂用量为 0.01 ~ 5% ; 其中, 粘结剂为选自液体硅溶胶或固体无定形二氧化硅中的至少一种 ; 基质材料为选 自高岭土、 煅烧高岭土、 硅藻土、 膨润土、 白土或黏土中的至少一种 ; 扩孔剂为选自甲基纤维 素、 聚乙烯醇、 田菁粉、 可溶性淀粉或纳米碳管中的至少一种 ; 分散剂为选自柠檬酸三铵、 草 酸铵、 碳酸铵或碳酸氢铵中的至少一种, 导向剂为选自元素周期表 I A 或 IIA 元素的氧化 物、 氢氧化物或者其弱酸盐中的至少一种。
3: 根据权利要求 2 所述的无粘结剂 ZSM-5 流化床催化剂的制备方法, 其特征在于 I A 元素选自钠或钾中的至少一种 ; IIA 元素选自镁或钙中的至少一种 ; 弱酸盐选自硫酸氢盐、 亚硫酸盐、 亚硫酸氢盐、 磷酸盐、 磷酸氢盐中的至少一种。
4: 根据权利要求 1 所述的无粘结剂 ZSM-5 流化床催化剂的制备方法, 其特征在于 (a) 步骤悬浮液固体含量为 10 ~ 50% ; 采用高速剪切或者循环乳化的方法控制步骤 (b) 中物 料粒径在 0.1 ~ 2um 之间。
5: 根据权利要求 1 所述的无粘结剂 ZSM-5 流化床催化剂的制备方法, 其特征在于喷雾 干燥条件为进口温度 180 ~ 350℃, 出口温度 100 ~ 180℃, 离心转速 5000 ~ 15000 转 / 分, 出口处旋风压差为 0.5 ~ 1.0KPa, 进料速度为 0.5 ~ 5 公斤 / 小时。
6: 根据权利要求 1 所述的无粘结剂 ZSM-5 流化床催化剂的制备方法, 其特征在于喷雾 干燥制备的催化剂经过高温焙烧后, 颗粒的平均粒径在 50 ~ 90um 之间, 比表面积在 100 ~ 2 300m /g 之间, 平均孔径在 1 ~ 20nm 之间, 密度在 0.6 ~ 1.2 克 / 毫升之间, 磨损指数在 0.01 ~ 1.2 重量% / 小时 ; 以焙烧后的成品催化剂的重量计, 制得的催化剂中粘结剂含量 为 10 ~ 40 重量% ; 分子筛为 10 ~ 50 重量% ; 基体材料占 10 ~ 80 重量%。
7: 根据权利要求 1 所述的无粘结剂 ZSM-5 流化床催化剂的制备方法, 其特征在于模 板剂选自氨水、 乙二胺、 三乙胺、 正丁胺、 己二胺、 四丙基溴化铵或四丙基氢氧化铵中至少一 种; 其中, 以成型焙烧后的催化剂前体 II 的重量计, 模板剂的用量为 5 ~ 200%。
8: 根据权利要求 1 所述的无粘结剂 ZSM-5 流化床催化剂的制备方法, 其特征在于催化 2 剂前体 II 的晶化温度为 120 ~ 180℃, 晶化时间 10 ~ 200 小时。

说明书


无粘结剂 ZSM-5 流化床催化剂的制备方法

    技术领域 本发明涉及一种无粘结剂 ZSM-5 流化床催化剂的制备方法, 特别是关于一种用于 轻油催化裂解制低碳烯烃的反应的 ZSM-5 分子筛流化床催化剂的制备方法。
     背景技术 乙烯丙烯工业作为石化工业的龙头, 在国民经济发展中具有举足轻重的地位。随 着社会的发展, 我国乙烯丙烯的市场需求急剧增加, 乙烯丙烯及其下游产品的进口量逐年 增加, 国内产品市场占有率还不到一半。 乙烯和丙烯可用于生产塑料和其他化工产品, 是重 要的有机化工原料, 随着现代社会的进步和发展, 其需求量越来越大。 目前世界上 98%以上 的乙烯产量来自于蒸汽裂解技术, 丙烯生产主要以蒸汽裂解生产乙烯的联产品和炼油厂催 化裂化的副产品两种形式获得。
     分子筛由于具有良好的择形催化性能和较好的热稳定性, 被广泛的应用在石油化 工等领域。分子筛应用于工业催化时, 一般不能采用 100%的分子筛制备成催化剂应用于
     工业过程。分子筛的自身粘结性比较差, 自身粒度过于细小, 即使压片成型, 强度也低于 20 牛顿, 难于成型为直接应用于工业过程的催化剂。 分子筛的制造成本一般比较高, 如果采用 100%的分子筛作为工业催化剂, 将使得工业过程的运作成本增加。 工业过程一般要求催化 剂具备一定的形状和强度以适应于工业反应器。对于固定床反应器, 催化剂在安装之后无 需移动, 但催化剂需具备一定的抗压碎强度, 以防止在装剂过程中催化剂受冲击而破损, 并 防止安装在下层的催化剂由于承受压力而破损。 催化剂的破损粉化可能导致装置压力降的 上升, 反应行为可能会出现异常, 产品组成发生变化, 不利于目标反应过程。对于流化床反 应器, 由于催化剂本身在反应器中不断循环流动或者湍动, 催化剂颗粒与颗粒、 催化剂与反 应器器壁、 催化剂与再生器器壁、 催化剂与取热器器壁、 催化剂与输送管道壁之间的摩擦和 碰撞均会使催化剂磨细和破损, 最终以细粉的形式逸出反应系统。 这些细粉会污染环境, 并 使催化剂的使用成本上升。 因此, 无论是将分子筛应用于固定床反应器, 还是应用于流化床 反应器, 均需将分子筛和载体材料通过粘结剂的作用形成分子筛催化剂组合物 ; 这种分子 筛组合物同时可兼具催化活性、 选择性、 稳定性、 形状和强度, 从而满足工业过程对催化剂 的要求。
     US6509290 专利公开了一种制备分子筛催化剂的方法, 该催化剂中含有分子筛磨 碎颗粒和原始分子筛。该磨碎颗粒主要来自催化剂生产工艺和反应系统再循环的碎颗粒。 该方法包括将分子筛、 原始粘结剂和填料、 喷雾干燥的磨碎颗粒或团块和来自反应装置的 非原始磨碎颗粒一起混合。将该混合物干燥, 形成成品催化剂颗粒。为了增加催化剂颗粒 的强度, 该磨碎颗粒基本上不含焦炭。
     US6153552 专利研究了一种制备分子筛催化剂的方法, 该方法包括将分子筛与氧 化铝溶胶一起混合, 该氧化铝溶胶在溶液中制备并保持在 2 ~ 10 的 pH 值下, 喷雾干燥并高 温焙烧该混合物, 制得耐磨催化剂。
     CN1791463 专利公开了一种制备分子筛催化剂的方法, 该方法包括将分子筛、 液体和有效硬化量大干燥的分子筛催化剂一起混合形成淤浆, 干燥该淤浆后焙烧, 形成耐磨催 化剂。
     尽管已有一些专利涉及到了流化床催化剂的制备方法, 但流化床催化剂的耐磨强 度较低, 需要进一步提高。
     无粘结剂沸石催化剂就是把沸石分子筛催化剂成型过程中所加入的粘结剂转化 成分子筛的有效组分, 使整个催化剂中不含有粘结剂成分, 同时保持催化剂很好的强度。 无 粘结剂催化剂中由于粘结剂完全转化为分子筛成分, 这样就提高了单位体积催化剂内分子 筛的含量, 使催化剂的活性更高, 处理量更大, 同时由于催化剂中不再有粘结剂, 解决了粘 结剂包裹分子筛降低分子筛的有效利用率和粘结剂堵塞分子筛孔道的问题, 使分子筛的有 效利用率和抗积碳能力大大提高。
     一般无粘结剂沸石分子筛催化剂指的是催化剂中粘结剂含量小于等于 5%。
     一般的分子筛是通过水热合成的方法制备的, 呈粉末状, 无强度, 易流失, 不能直 接应用, 工业或实验室应用时需要加入粘结剂进行挤条或喷雾成型。一般的分子筛催化剂 成型过程中, 要加入粘结剂的重量不少于催化剂总重量的 40%, 成型后催化剂虽然有了强 度, 但是催化剂的有效利用率降低, 活性和扩散性能变差。 发明内容
     本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的 ZSM-5 流化床催化剂活性较低 的问题, 提供一种新的无粘结剂 ZSM-5 流化床催化剂的制备方法。该方法制得的催化剂具 有催化活性高的优点。
     为解决上述问题, 本发明采用的技术方案如下 : 一种无粘结剂 ZSM-5 流化床催化 剂的制备方法, 包括以下步骤 :
     (a) 将粘结剂、 基质材料、 扩孔剂、 分散剂、 导向剂和液体介质均匀混合形成悬浮 液;
     (b) 高速剪切、 分散, 控制悬浮液中物料粒度的在 0.1 ~ 5um 之间 ;
     (c) 喷雾干燥该悬浮液, 形成微球催化剂前体 I ;
     (d) 在 300 ~ 700℃焙烧该微球催化剂前体 I 1 ~ 10 小时, 得到催化剂前体 II ;
     (e) 把催化剂前体 II 放入模板剂蒸气中, 在 100 ~ 200℃晶化 10 ~ 200 小时, 得 到催化剂前体 III ;
     (f) 在 400 ~ 700℃焙烧该微球催化剂前体 III 1 ~ 10 小时, 得到无粘结剂 ZSM-5 流化床催化剂。
     上述技术方案中, 以悬浮液的固体成分重量百分比计, 悬浮液的固体成分组成优 选范围为粘结剂用量为 20 ~ 80%; 基质材料用量为 10 ~ 70%; 扩孔剂的用量为 0.1 ~ 5%; 分散剂的用量为 0.01 ~ 5%; 导向剂用量为 0.01 ~ 4%; 其中, 粘结剂优选方案为选自液体 硅溶胶或固体无定形二氧化硅中的至少一种 ; 基质材料优选方案为选自高岭土、 煅烧高岭 土、 硅藻土、 膨润土、 白土或黏土中的至少一种 ; 扩孔剂优选方案为选自甲基纤维素、 聚乙烯 醇、 田菁粉、 可溶性淀粉或纳米碳管中的至少一种 ; 分散剂优选方案为选自柠檬酸三铵、 草 酸铵、 碳酸铵或碳酸氢铵中的至少一种, 导向剂优选方案为选自元素周期表 I A 或 IIA 元素 的氧化物、 氢氧化物或者其弱酸盐中的至少一种。采用高速剪切或者循环乳化的方法控制步骤 (b) 中物料粒径优选范围在 0.1 ~ 2um 之间 ; (a) 步骤悬浮液固体含量优选范围为 10 ~ 50%; 喷雾成型条件为进口温度 180 ~ 300℃, 出口温度 100 ~ 160℃, 离心转速 5000 ~ 15000 转 / 分, 出口处旋风压差为 0.5 ~ 1.0KPa, 进料速度为 0.5 ~ 5 公斤 / 小时 ; 喷雾干燥制备的催化剂经过高温焙烧后, 颗粒的 平均粒径在 50 ~ 90um 之间, 比表面积在 100 ~ 300 之间, 平均孔径在 1 ~ 20nm 之间, 密度 在 0.6 ~ 1.2 克 / 毫升之间, 磨损指数在 0.01 ~ 1.2 重量% / 小时 ; 制得的催化剂中粘结 剂占 10 ~ 40 重量%; 分子筛占 10 ~ 50 重量%; 基体材料占 10 ~ 80 重量%。模板剂优选 方案为选自氨水、 乙二胺、 三乙胺、 正丁胺、 己二胺、 四丙基溴化铵或四丙基氢氧化铵、 四乙 基氢氧化铵或四乙基溴化铵中的至少一种。
     无粘结剂催化剂的表征手段中, 用 XRD 测试所含的物相以及各物相的含量, 用扫 描电镜观察催化剂横断面粘结剂转晶的情况以及生成的分子筛的形貌。 转晶后粘结剂含量 通过 XRD 物相定量以及扫描电镜照片中粘结剂的含量确定。催化剂硅铝比用化学分析的方 法确定。催化剂孔容、 平均孔径和孔隙率测试采用压汞法测试。
     本发明的技术方案中, 通过加入柠檬酸三铵、 草酸铵、 碳酸铵或碳酸氢铵中的至少 一种的分散剂, 使催化剂中各组分均匀分散, 不易团聚, 采用高速乳化剪切后, 悬浊液不易 分层或沉淀, 制备出的催化剂表面光滑, 球形度高, 又由于在催化剂制备过程中加了甲基纤 维素、 聚乙烯醇、 田菁粉、 可溶性淀粉或纳米碳管中的至少一种扩孔剂, 催化剂的扩散性能 较好, 活性较高。由于配制的浆料均匀、 各物质间能紧密结合, 制备的催化剂各物相间结合 紧密, 得到的成品催化剂具有较高的耐磨强度, 其磨损指数可达 0.01 重量% / 小时。本发 明中还通过控制合适的物料配比, 用选自元素周期表 I A 或 IIA 元素的氧化物、 氢氧化物或 者其弱酸盐中的至少一种为导向剂, 在模板剂蒸气中, 物料转化为 ZSM-5 无粘结剂催化剂, 制得的无粘结剂型沸石催化剂中粘结剂的含量可以达到 2%以下, 甚至不含粘结剂, 催化剂 中全部为沸石, 单位体积内, 催化剂中的分子筛含量较高, 因此, 单位体积内催化剂的活性 点数目也较多, 所以无粘结剂 ZSM-5 分子筛催化剂的活性较高, 取得了较好的技术效果。 附图说明
     图 1 为实施例 1 制备的无粘结剂 ZSM-5 催化剂的 XRD 图谱 图 2 为实施例 1 制备的无粘结剂 ZSM-5 催化剂的扫描电镜图片 下面通过实施例对本发明作进一步的阐述, 但不仅限于本实施例。具体实施方式
     【实施例 1】
     称取 500 克高岭土和田菁粉 2 克, 混合均匀后, 加入 2000 克蒸馏水, 用高速剪切机 高速剪切 30 分钟, 然后加入含氧化硅 40 重量%的硅溶胶 500 克, 继续高速剪切 30 分钟, 再 加入 1 克柠檬酸三铵, 碳酸钠 2 克, 继续高速剪切 30 分钟后, 用激光粒度仪测定此悬浮液的 颗粒度, 其平均粒径为 2 微米。用喷雾干燥机喷雾成型, 喷雾成型条件为 : 进口温度 240℃, 出口温度 120℃, 离心转速 10000 转 / 分, 出口处旋风压差为 0.7KPa, 进料速度为 1 公斤 / 小时, 得到形成微球催化剂前体 I。催化剂前体 I 采用程序升温焙烧, 在 400℃烧 3 小时, 然 后 650℃烧 3 小时, 得到焙烧后的成型催化剂前体 II。把 200 克焙烧后的成型催化剂前体 II, 放入高压釜的内胆中, 内胆底层含有 50 克 水和 50 克乙二胺的, 中间隔有筛网, 催化剂放入筛网上, 催化剂和液体水不接触, 高压釜密 封后放入烘箱, 180℃晶化 80 小时后取出, 然后水洗 2 次, 放入烘箱内 120℃烘干 3 小时, 在 放入马弗炉内程序升温 400℃焙烧 2 小时, 550℃焙烧 3 小时, 制得无粘结剂 ZSM-5 流化床催 化剂。制得的催化剂的 XRD 图谱如图 1 所示, 其显示为纯的 ZSM-5 物相。制得的催化剂的 扫描电镜图片如图 2 所示, 其显示为纯的 ZSM-5 晶粒, 几乎不存在无定型状态的粘结剂。无 定型状态的粘结剂含量为 0.2%。
     焙烧后得到的催化剂用激光粒度仪测定颗粒度, 其平均粒径为 70 微米, 氮气吸附 2 脱附测定比表面积为 310m / 克, 平均孔径为 3.5nm, 催化剂密度为在 0.8 克 / 毫升, 采用磨 耗仪测定磨耗指数为 0.02 重量% / 小时。
     【实施例 2 ~ 10】
     按照实施例 1 的方法, 采用表 1 和表 3 的配料和制备条件, 其中硅溶胶为含二氧化 硅 40 重量%, 制得流化床催化剂性能如表 2 所示。
     表3【实施例 11】
     取 200 克实施例 1 的方法制得流化床 ZSM-5 催化剂, 放入内径为 50 毫米的流化床 反应器, 采用上海高桥石化公司生产的组分为 C4 ~ C10 的轻油为原料 ( 原料物性指标见表 4), 考评催化剂的活性, 反应温度范围为 680℃, 反应压力为 0.02MPa, 重量空速为 1 小时 -1, 水 / 原料油重量比为 1 ∶ 1 下考评, 产物分布见表 5 所示, 得到乙烯重量收率为 28%, 丙烯 重量收率为 22%, 双烯重量总收率为 50%。
     表 4 轻油原料指标
     项目 密度 (20℃ ) 千克 / 米 3 馏程 初馏程℃ 终馏程℃ 饱和蒸汽压 (20℃ ) 千帕 烷烃% ( 重量% ) 环烷烃% ( 重量% ) 烯烃% ( 重量% ) 芳烃% ( 重量% ) 数据 704.6 40 160 50.2 65.2 28.4 0.2 6.2表5产物重量收率 (% ) 5.5 7.6 28.0 7.1 22.0 8.2 8.4 9.3 3.9

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1、10申请公布号CN102371166A43申请公布日20120314CN102371166ACN102371166A21申请号201010261494022申请日20100823B01J29/40200601B01J37/00200601C07C4/06200601C07C11/04200601C07C11/0620060171申请人中国石油化工股份有限公司地址100728北京市朝阳区朝阳门北大街22号申请人中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院72发明人马广伟张惠明74专利代理机构上海东方易知识产权事务所31121代理人沈原54发明名称无粘结剂ZSM5流化床催化剂的制备方法57摘要本发明。

2、涉及一种无粘结剂ZSM5流化床催化剂的制备方法,主要解决现有技术中ZSM5流化床催化剂活性较低的问题。本发明通过采用催化剂制备方法包括以下步骤A将粘结剂、基质材料、扩孔剂、分散剂、导向剂和液体介质均匀混合形成悬浮液;B高速剪切、分散,控制悬浮液中物料粒度的在015UM之间;C喷雾干燥该悬浮液,形成微球催化剂前体I;D在300700焙烧该微球催化剂前体I110小时,得到催化剂前体II;E把催化剂前体II放入模板剂蒸气中,在100200晶化10200小时,得到催化剂前体III;F在400700焙烧该微球催化剂前体III110小时,得到成品催化剂的技术方案,较好地解决了该问题,可应用于轻油催化裂解制。

3、低碳烯烃的反应过程中。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书8页附图1页CN102371167A1/2页21一种无粘结剂ZSM5流化床催化剂的制备方法,包括以下步骤A将粘结剂、基质材料、扩孔剂、分散剂、导向剂和液体介质均匀混合形成悬浮液;B高速剪切、分散,控制悬浮液中物料粒度的在015UM之间;C喷雾干燥该悬浮液,形成微球催化剂前体I;D在300700焙烧该微球催化剂前体I110小时,得到催化剂前体II;E把催化剂前体II放入模板剂蒸气中,在100200晶化10200小时,得到催化剂前体III;F在400700焙烧该微球催化剂前体III110小时,得。

4、到无粘结剂ZSM5流化床催化剂。2根据权利要求1所述的无粘结剂ZSM5流化床催化剂的制备方法,其特征在于以悬浮液的固体成分重量百分比计,粘结剂用量为2080;基质材料用量为1070;扩孔剂的用量为015;分散剂的用量为0015;导向剂用量为0015;其中,粘结剂为选自液体硅溶胶或固体无定形二氧化硅中的至少一种;基质材料为选自高岭土、煅烧高岭土、硅藻土、膨润土、白土或黏土中的至少一种;扩孔剂为选自甲基纤维素、聚乙烯醇、田菁粉、可溶性淀粉或纳米碳管中的至少一种;分散剂为选自柠檬酸三铵、草酸铵、碳酸铵或碳酸氢铵中的至少一种,导向剂为选自元素周期表IA或IIA元素的氧化物、氢氧化物或者其弱酸盐中的至少。

5、一种。3根据权利要求2所述的无粘结剂ZSM5流化床催化剂的制备方法,其特征在于IA元素选自钠或钾中的至少一种;IIA元素选自镁或钙中的至少一种;弱酸盐选自硫酸氢盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐中的至少一种。4根据权利要求1所述的无粘结剂ZSM5流化床催化剂的制备方法,其特征在于A步骤悬浮液固体含量为1050;采用高速剪切或者循环乳化的方法控制步骤B中物料粒径在012UM之间。5根据权利要求1所述的无粘结剂ZSM5流化床催化剂的制备方法,其特征在于喷雾干燥条件为进口温度180350,出口温度100180,离心转速500015000转/分,出口处旋风压差为0510KPA,进料速度为055。

6、公斤/小时。6根据权利要求1所述的无粘结剂ZSM5流化床催化剂的制备方法,其特征在于喷雾干燥制备的催化剂经过高温焙烧后,颗粒的平均粒径在5090UM之间,比表面积在100300M2/G之间,平均孔径在120NM之间,密度在0612克/毫升之间,磨损指数在00112重量/小时;以焙烧后的成品催化剂的重量计,制得的催化剂中粘结剂含量为1040重量;分子筛为1050重量;基体材料占1080重量。7根据权利要求1所述的无粘结剂ZSM5流化床催化剂的制备方法,其特征在于模板剂选自氨水、乙二胺、三乙胺、正丁胺、己二胺、四丙基溴化铵或四丙基氢氧化铵中至少一种;其中,以成型焙烧后的催化剂前体II的重量计,模板。

7、剂的用量为5200。8根据权利要求1所述的无粘结剂ZSM5流化床催化剂的制备方法,其特征在于催化权利要求书CN102371166ACN102371167A2/2页3剂前体II的晶化温度为120180,晶化时间10200小时。权利要求书CN102371166ACN102371167A1/8页4无粘结剂ZSM5流化床催化剂的制备方法技术领域0001本发明涉及一种无粘结剂ZSM5流化床催化剂的制备方法,特别是关于一种用于轻油催化裂解制低碳烯烃的反应的ZSM5分子筛流化床催化剂的制备方法。背景技术0002乙烯丙烯工业作为石化工业的龙头,在国民经济发展中具有举足轻重的地位。随着社会的发展,我国乙烯丙烯的。

8、市场需求急剧增加,乙烯丙烯及其下游产品的进口量逐年增加,国内产品市场占有率还不到一半。乙烯和丙烯可用于生产塑料和其他化工产品,是重要的有机化工原料,随着现代社会的进步和发展,其需求量越来越大。目前世界上98以上的乙烯产量来自于蒸汽裂解技术,丙烯生产主要以蒸汽裂解生产乙烯的联产品和炼油厂催化裂化的副产品两种形式获得。0003分子筛由于具有良好的择形催化性能和较好的热稳定性,被广泛的应用在石油化工等领域。分子筛应用于工业催化时,一般不能采用100的分子筛制备成催化剂应用于工业过程。分子筛的自身粘结性比较差,自身粒度过于细小,即使压片成型,强度也低于20牛顿,难于成型为直接应用于工业过程的催化剂。分。

9、子筛的制造成本一般比较高,如果采用100的分子筛作为工业催化剂,将使得工业过程的运作成本增加。工业过程一般要求催化剂具备一定的形状和强度以适应于工业反应器。对于固定床反应器,催化剂在安装之后无需移动,但催化剂需具备一定的抗压碎强度,以防止在装剂过程中催化剂受冲击而破损,并防止安装在下层的催化剂由于承受压力而破损。催化剂的破损粉化可能导致装置压力降的上升,反应行为可能会出现异常,产品组成发生变化,不利于目标反应过程。对于流化床反应器,由于催化剂本身在反应器中不断循环流动或者湍动,催化剂颗粒与颗粒、催化剂与反应器器壁、催化剂与再生器器壁、催化剂与取热器器壁、催化剂与输送管道壁之间的摩擦和碰撞均会使。

10、催化剂磨细和破损,最终以细粉的形式逸出反应系统。这些细粉会污染环境,并使催化剂的使用成本上升。因此,无论是将分子筛应用于固定床反应器,还是应用于流化床反应器,均需将分子筛和载体材料通过粘结剂的作用形成分子筛催化剂组合物;这种分子筛组合物同时可兼具催化活性、选择性、稳定性、形状和强度,从而满足工业过程对催化剂的要求。0004US6509290专利公开了一种制备分子筛催化剂的方法,该催化剂中含有分子筛磨碎颗粒和原始分子筛。该磨碎颗粒主要来自催化剂生产工艺和反应系统再循环的碎颗粒。该方法包括将分子筛、原始粘结剂和填料、喷雾干燥的磨碎颗粒或团块和来自反应装置的非原始磨碎颗粒一起混合。将该混合物干燥,形。

11、成成品催化剂颗粒。为了增加催化剂颗粒的强度,该磨碎颗粒基本上不含焦炭。0005US6153552专利研究了一种制备分子筛催化剂的方法,该方法包括将分子筛与氧化铝溶胶一起混合,该氧化铝溶胶在溶液中制备并保持在210的PH值下,喷雾干燥并高温焙烧该混合物,制得耐磨催化剂。0006CN1791463专利公开了一种制备分子筛催化剂的方法,该方法包括将分子筛、液体说明书CN102371166ACN102371167A2/8页5和有效硬化量大干燥的分子筛催化剂一起混合形成淤浆,干燥该淤浆后焙烧,形成耐磨催化剂。0007尽管已有一些专利涉及到了流化床催化剂的制备方法,但流化床催化剂的耐磨强度较低,需要进一步。

12、提高。0008无粘结剂沸石催化剂就是把沸石分子筛催化剂成型过程中所加入的粘结剂转化成分子筛的有效组分,使整个催化剂中不含有粘结剂成分,同时保持催化剂很好的强度。无粘结剂催化剂中由于粘结剂完全转化为分子筛成分,这样就提高了单位体积催化剂内分子筛的含量,使催化剂的活性更高,处理量更大,同时由于催化剂中不再有粘结剂,解决了粘结剂包裹分子筛降低分子筛的有效利用率和粘结剂堵塞分子筛孔道的问题,使分子筛的有效利用率和抗积碳能力大大提高。0009一般无粘结剂沸石分子筛催化剂指的是催化剂中粘结剂含量小于等于5。0010一般的分子筛是通过水热合成的方法制备的,呈粉末状,无强度,易流失,不能直接应用,工业或实验室。

13、应用时需要加入粘结剂进行挤条或喷雾成型。一般的分子筛催化剂成型过程中,要加入粘结剂的重量不少于催化剂总重量的40,成型后催化剂虽然有了强度,但是催化剂的有效利用率降低,活性和扩散性能变差。发明内容0011本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的ZSM5流化床催化剂活性较低的问题,提供一种新的无粘结剂ZSM5流化床催化剂的制备方法。该方法制得的催化剂具有催化活性高的优点。0012为解决上述问题,本发明采用的技术方案如下一种无粘结剂ZSM5流化床催化剂的制备方法,包括以下步骤0013A将粘结剂、基质材料、扩孔剂、分散剂、导向剂和液体介质均匀混合形成悬浮液;0014B高速剪切、分散,控制悬浮液中物。

14、料粒度的在015UM之间;0015C喷雾干燥该悬浮液,形成微球催化剂前体I;0016D在300700焙烧该微球催化剂前体I110小时,得到催化剂前体II;0017E把催化剂前体II放入模板剂蒸气中,在100200晶化10200小时,得到催化剂前体III;0018F在400700焙烧该微球催化剂前体III110小时,得到无粘结剂ZSM5流化床催化剂。0019上述技术方案中,以悬浮液的固体成分重量百分比计,悬浮液的固体成分组成优选范围为粘结剂用量为2080;基质材料用量为1070;扩孔剂的用量为015;分散剂的用量为0015;导向剂用量为0014;其中,粘结剂优选方案为选自液体硅溶胶或固体无定形二。

15、氧化硅中的至少一种;基质材料优选方案为选自高岭土、煅烧高岭土、硅藻土、膨润土、白土或黏土中的至少一种;扩孔剂优选方案为选自甲基纤维素、聚乙烯醇、田菁粉、可溶性淀粉或纳米碳管中的至少一种;分散剂优选方案为选自柠檬酸三铵、草酸铵、碳酸铵或碳酸氢铵中的至少一种,导向剂优选方案为选自元素周期表IA或IIA元素的氧化物、氢氧化物或者其弱酸盐中的至少一种。说明书CN102371166ACN102371167A3/8页60020采用高速剪切或者循环乳化的方法控制步骤B中物料粒径优选范围在012UM之间;A步骤悬浮液固体含量优选范围为1050;喷雾成型条件为进口温度180300,出口温度100160,离心转速。

16、500015000转/分,出口处旋风压差为0510KPA,进料速度为055公斤/小时;喷雾干燥制备的催化剂经过高温焙烧后,颗粒的平均粒径在5090UM之间,比表面积在100300之间,平均孔径在120NM之间,密度在0612克/毫升之间,磨损指数在00112重量/小时;制得的催化剂中粘结剂占1040重量;分子筛占1050重量;基体材料占1080重量。模板剂优选方案为选自氨水、乙二胺、三乙胺、正丁胺、己二胺、四丙基溴化铵或四丙基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵或四乙基溴化铵中的至少一种。0021无粘结剂催化剂的表征手段中,用XRD测试所含的物相以及各物相的含量,用扫描电镜观察催化剂横断面粘结剂转晶的情况。

17、以及生成的分子筛的形貌。转晶后粘结剂含量通过XRD物相定量以及扫描电镜照片中粘结剂的含量确定。催化剂硅铝比用化学分析的方法确定。催化剂孔容、平均孔径和孔隙率测试采用压汞法测试。0022本发明的技术方案中,通过加入柠檬酸三铵、草酸铵、碳酸铵或碳酸氢铵中的至少一种的分散剂,使催化剂中各组分均匀分散,不易团聚,采用高速乳化剪切后,悬浊液不易分层或沉淀,制备出的催化剂表面光滑,球形度高,又由于在催化剂制备过程中加了甲基纤维素、聚乙烯醇、田菁粉、可溶性淀粉或纳米碳管中的至少一种扩孔剂,催化剂的扩散性能较好,活性较高。由于配制的浆料均匀、各物质间能紧密结合,制备的催化剂各物相间结合紧密,得到的成品催化剂具。

18、有较高的耐磨强度,其磨损指数可达001重量/小时。本发明中还通过控制合适的物料配比,用选自元素周期表IA或IIA元素的氧化物、氢氧化物或者其弱酸盐中的至少一种为导向剂,在模板剂蒸气中,物料转化为ZSM5无粘结剂催化剂,制得的无粘结剂型沸石催化剂中粘结剂的含量可以达到2以下,甚至不含粘结剂,催化剂中全部为沸石,单位体积内,催化剂中的分子筛含量较高,因此,单位体积内催化剂的活性点数目也较多,所以无粘结剂ZSM5分子筛催化剂的活性较高,取得了较好的技术效果。附图说明0023图1为实施例1制备的无粘结剂ZSM5催化剂的XRD图谱0024图2为实施例1制备的无粘结剂ZSM5催化剂的扫描电镜图片0025下。

19、面通过实施例对本发明作进一步的阐述,但不仅限于本实施例。具体实施方式0026【实施例1】0027称取500克高岭土和田菁粉2克,混合均匀后,加入2000克蒸馏水,用高速剪切机高速剪切30分钟,然后加入含氧化硅40重量的硅溶胶500克,继续高速剪切30分钟,再加入1克柠檬酸三铵,碳酸钠2克,继续高速剪切30分钟后,用激光粒度仪测定此悬浮液的颗粒度,其平均粒径为2微米。用喷雾干燥机喷雾成型,喷雾成型条件为进口温度240,出口温度120,离心转速10000转/分,出口处旋风压差为07KPA,进料速度为1公斤/小时,得到形成微球催化剂前体I。催化剂前体I采用程序升温焙烧,在400烧3小时,然后650烧。

20、3小时,得到焙烧后的成型催化剂前体II。说明书CN102371166ACN102371167A4/8页70028把200克焙烧后的成型催化剂前体II,放入高压釜的内胆中,内胆底层含有50克水和50克乙二胺的,中间隔有筛网,催化剂放入筛网上,催化剂和液体水不接触,高压釜密封后放入烘箱,180晶化80小时后取出,然后水洗2次,放入烘箱内120烘干3小时,在放入马弗炉内程序升温400焙烧2小时,550焙烧3小时,制得无粘结剂ZSM5流化床催化剂。制得的催化剂的XRD图谱如图1所示,其显示为纯的ZSM5物相。制得的催化剂的扫描电镜图片如图2所示,其显示为纯的ZSM5晶粒,几乎不存在无定型状态的粘结剂。。

21、无定型状态的粘结剂含量为02。0029焙烧后得到的催化剂用激光粒度仪测定颗粒度,其平均粒径为70微米,氮气吸附脱附测定比表面积为310M2/克,平均孔径为35NM,催化剂密度为在08克/毫升,采用磨耗仪测定磨耗指数为002重量/小时。0030【实施例210】0031按照实施例1的方法,采用表1和表3的配料和制备条件,其中硅溶胶为含二氧化硅40重量,制得流化床催化剂性能如表2所示。说明书CN102371166ACN102371167A5/8页80032说明书CN102371166ACN102371167A6/8页900330034表30035说明书CN102371166ACN102371167A。

22、7/8页100036【实施例11】0037取200克实施例1的方法制得流化床ZSM5催化剂,放入内径为50毫米的流化床反应器,采用上海高桥石化公司生产的组分为C4C10的轻油为原料原料物性指标见表4,考评催化剂的活性,反应温度范围为680,反应压力为002MPA,重量空速为1小时1,水/原料油重量比为11下考评,产物分布见表5所示,得到乙烯重量收率为28,丙烯重量收率为22,双烯重量总收率为50。0038表4轻油原料指标0039项目数据密度20千克/米37046馏程初馏程40终馏程160饱和蒸汽压20千帕502烷烃重量652环烷烃重量284烯烃重量02芳烃重量62说明书CN102371166ACN102371167A8/8页110040表50041产物分布产物重量收率甲烷55乙烷76乙烯280丙烷71丙烯220丁烷82丁烯84碳五以上馏分93其他39说明书CN102371166ACN102371167A1/1页12图1图2说明书附图CN102371166A。

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