专利名称：无粘结剂丝光沸石/β沸石共生分子筛催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种无粘结剂丝光沸石/ β沸石共生分子筛催化剂及其制备方法。
背景技术：
分子筛由于具有均勻规整的孔道结构、较大的比表面积和较高的热稳定行，具有 良好的择形催化性能和吸附性能，被广泛的应用在石油化工等领域。由于分子筛粉末自身 强度较低，易分散流失，工业上无法直接应用在使用，因此在使用过程中需要加入粘结剂成 型来增加强度，成型后的催化剂中，由于粘结剂包裹分子筛，造成了分子筛的有效利用率下 降，部分的分子筛的孔道被堵塞，导致催化剂的比表面积较低，活性也较低，又由于粘结剂 是无规整的孔道结构，反应原料和产物在催化剂扩散困难，容易积炭，对催化剂的寿命有一 定的影响。把催化剂中的粘结剂转化为有效组分分子筛则可以克服以上问题，提高催化剂 的活性和扩散性能。无粘结剂催化剂就是把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。一般无粘结剂分子筛催化剂指的是催化剂中粘结剂重量含量小 于等于5%。一般的共生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。目前报道的无粘结剂催化剂有无粘结剂ZSM-5分子筛，是在成型催化剂加入 ZSM-5的前驱体通过气相转化制得的。中国专利200510028782报道了无粘结剂小晶粒丝光沸石沸石的制备方法本发明 通过采用以硅藻土或白炭黑为主要原料，加入晶种导向剂，并以硅溶胶或硅酸钠作为粘结 剂成型，然后用有机胺和水蒸汽气固相处理转化为一体化小晶粒丝光沸石的技术方案，。主 要解决沸石粉体在实际应用中存在难回收、易失活和聚集的弱点，以及成型过程中加入粘 结剂会引起有效表面积减小和扩散限制影响的问题。中国专利200510029462报道了无粘结剂ZSM型分子筛的制备方法。通过采用将 含量为5 50重量％粘结剂氧化硅与ZSM型分子原粉形成的混合物，在含有卤化有机胺和 烷基二胺的水溶液或蒸汽中，经水热处理转化为一体化ZSM型分子筛的技术方案，主要解 决了分子筛催化剂成型过程中加入粘结剂会引起有效表面积减小和扩散限制影响的问题。现有报道的复合分子筛、共生分子筛或混晶分子筛都需要把分子筛合成后或加入晶种导向剂水热合成，合成过程较为繁琐复杂。目前报道的合成丝光沸石/β沸石共生分 子筛都是通过水热合成的方法制备而成。合成过程中加入晶种或模板剂，制备方法复杂且 又污染。直接制备无粘结剂丝光沸石/ β沸石共生分子筛催化剂的方法可优化制备步骤， 避免制备过程复杂的问题，具有明显的经济价值和社会价值。目前，无粘结剂复合分子筛及其制备方法未见报道，通过加入单一晶种制备出无 粘结剂复合分子筛的技术也未见报道。因此，无粘结剂丝光沸石/β沸石共生分子筛催化 剂也尚未有报道，通过单一分子筛为晶种或导向剂制备无粘结剂丝光沸石/β沸石共生分 子筛更未有报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是现有丝光沸石/β沸石共生分子筛催化剂中 含有粘结剂时活性较低、不含粘结剂的丝光沸石/ β沸石共生分子筛强度较差以及含有粘 结剂的丝光沸石和β沸石的机械混合物活性较低的问题，提供一种新的无粘结剂丝光沸 石/β沸石共生分子筛催化剂。该催化剂具有催化活性较高，机械强度较高，同时机械强度 也较高的优点。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种新的与解决技术问题之一的催 化剂相对应的制备方法。为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下一种无粘结剂丝光沸石 / β沸石共生分子筛催化剂，含有Si02/Al203摩尔比为20 120的丝光沸石/ β沸石共生 分子筛，其中粘结剂重量含量0 5% ；丝光沸石/β沸石共生分子筛中丝光沸石与β沸 石的重量比为0.2 100 1，无粘结剂丝光沸石/β沸石共生分子筛催化剂的机械强度为 50 200牛顿/颗。上述技术方案中丝光沸石/β沸石共生分子筛的SiO2Al2O3摩尔比优选范围为 20 80，其中粘结剂重量含量优选范围为0. 2 2%，丝光沸石/ β沸石共生分子筛中丝光 沸石与β沸石的重量比优选范围为0.5 80 1，制得的无粘结剂催化剂的机械强度优选 范围为60 150牛顿/颗。为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下上述无粘结剂丝光沸石 /β沸石共生分子筛催化剂的制备方法，包括以下步骤a)以成型焙烧后的催化剂重量计，把10 80%的丝光沸石、0. 2 20%的碱性物 质、0. 5 20%的铝的化合物和10 80%的氧化硅混合、成型、干燥后，得到成型催化剂前 体混合物I，其中混合物I中铝的化合物重量含量小于氧化硅的重量含量；b)将混合物I置于放入含有选自四乙基溴化铵或四乙基氢氧化铵中至少一种的 模板剂蒸气中，在120 200°C进行晶化处理10 240小时后得到无粘结剂丝光沸石/ β 沸石共生分子筛催化剂前体；c)催化剂前体经过干燥，在400 700°C下焙烧1 10小时，得到无粘结剂丝光 沸石/β沸石共生分子筛催化剂；其中，以成型焙烧后的催化剂重量计，模板剂的用量为5 300%，丝光沸石的 SiO2Al2O3摩尔比为10 40 ；碱性物质选自I A或II A元素的氧化物、氢氧化物或者其弱 酸盐中的至少一种；铝的化合物选自铝盐、铝的氧化物、铝的含水氧化物或铝的氢氧化物中的至少一种。上述技术方案中，I A主族元素优选方案选自钠或钾中的至少一种，II A元素优 选方案选自镁或钙中的至少一种；弱酸盐优选方案选自碳酸盐、草酸盐或柠檬酸盐中的至 少一种；以成型焙烧后的催化剂重量计，丝光沸石的用量优选范围为15 70% ；碱性物质 的用量优选范围为0. 5% 10% ；铝的化合物用量优选范围为2 15% ；氧化硅的用量优 选范围为15 70%;晶化温度优选范围为130 180°C，晶化时间优选范围为20 100小 时；混合物I中还含有0. 1 2%的选自田菁粉、甲基纤维素或可溶性淀粉中至少一种的扩 孔剂。催化剂前体混合物I挤条后的形状一般为切面为圆柱形、直径为0. 5 2mm的长 条状固体，干燥后破碎成每粒长度为5毫米的短圆柱形催化剂条，便于转晶处理和考评。本 发明中的催化剂机械强度按这种形状测量计算。催化剂前体混合物I也可以根据需要做成 蜂窝状，三叶草状、空心管状或球状等形状，其强度标准另计。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。转晶后粘结剂含量的确定通过 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。催化剂的强度测试方法为在压力试验机上测试焙烧后的催化剂的压碎强度，所测催化 剂的每颗尺寸为直径1. 5毫米，长度5毫米，横放在试验机上，测量催化剂破碎时所受的最 大压力，测试10颗催化剂压碎强度后取其平均值。本发明通过在成型催化剂中加入单一晶种丝光沸石，放入特定的适合β沸石生 长的四乙基溴化铵或四乙基氢氧化铵模板剂蒸汽中，控制同时适于丝光沸石和β沸石生 长的碱性环境和物料配比，使粘结剂在丝光沸石晶种的诱导下，能转化成丝光沸石有效成 分，同时在模板剂蒸汽和碱性的适宜环境中，粘结剂中也可以诱导出β沸石晶种并可以成 核生长，因此粘结剂在可以通过气相转化的方法转变成共生分子筛有效组分，得到无粘结 剂型丝光沸石/β沸石共生分子筛催化剂，达到简单环保的目的。制得的无粘结剂型丝光 沸石/ β沸石共生分子筛催化剂中粘结剂的含量可以达到0. 5%以下，甚至不含粘结剂，催 化剂中全部为丝光沸石/β沸石共生分子筛，这样提高了单位体积催化剂中共生分子筛的 含量，提高了催化剂的活性。由于转晶后得到的无粘结剂共生分子筛物相之间交错生长，结 合比较紧密，所以催化剂的强度也较高，可达到150牛顿/颗以上。制得的催化剂可用在石 脑油催化裂解制丙烯的反应中，乙烯丙烯的双烯重量收率可达54%以上，取得了较好的技 术效果。
图1为实施例1制备的无粘结剂丝光沸石/β沸石共生分子筛催化剂的XRD图谱。图2为实施例1制备的无粘结剂丝光沸石/ β沸石共生分子筛催化剂的扫描电镜 图片。下面通过具体实施例对本发明做近一步阐述。
具体实施例方式实施例1
取SiO2Al2O3摩尔比为20的丝光沸石60克，加入质量百分含量为40%的硅溶胶 40克和硫酸铝16克，混合搅拌均勻后，再加入1摩尔/升的氢氧化钠溶液10毫升，混合搅 拌均勻，然后剂条成型，成型催化剂在80°C烘干3小时，然后放入内胆底层含水和四乙基溴 化铵重量比为1 1的混合溶液40克的200毫升的高压釜中，催化剂和液体水不接触，高 压釜密封后放入烘箱，170°C晶化60小时后取出，然后水洗2次，放入烘箱内120°C烘干3 小时，在放入马弗炉内程序升温40(TC焙烧2小时，550°C焙烧3小时，制得无粘结剂丝光沸 石/β沸石共生分子筛催化剂。其中丝光沸石的重量百分含量为65.7%，β沸石含量为 32. 3%，测试催化剂样品的耐压碎强度为160牛顿。制得的催化剂的XRD图谱如图1所示， 其显示为丝光沸石/β沸石的物相。制得的催化剂的扫描电镜图片如图2所示，其显示为 球型β沸石晶粒和丝光沸石晶粒的混合物，无定型状态的粘结剂含量为2%。实施例2 6按照实施例1的方法，分别取SiO2Al2O3摩尔比为10、20、30、40和20的丝光沸石 作为晶种，其它条件不变，原料组成配比如表1所示，制得的无粘结剂催化剂如表2所示。实施例7 13按照实施例1的方法，其它条件不变，在成型过程中加入可溶性淀粉、田菁粉或甲 基纤维素，原料组成配比如表1所示，混合搅拌均勻，挤条成型，再按实施例1的方法制成无 粘结剂丝光沸石/ β沸石共生分子筛催化剂，结果如表2所示。实施例14按照实施例1的方法制得无粘结剂丝光沸石/ β沸石共生分子筛催化剂，用浓度 为5%的硝酸铵溶液，按催化剂和硝酸铵溶液的固液比为1 10的比例，在90°C交换三次， 然后550°C焙烧3小时后，制得氢型的无粘结剂丝光沸石/β沸石共生分子筛催化剂。采用 上海高桥石化公司生产的组分为C4 Cltl的轻油为原料(原料物性指标见表3)，考评催化 剂的活性，用直径为12毫米的固定床反应器常压下考评，反应温度范围为650°C，反应压力 为0.02MPa，质量空速为1小时―1，水/原料油质量比为1 1，反应半小时后，产物分布见 表4，原料转化率为94%，得到乙烯质量收率为30%，丙烯质量收率为24%，双烯质量总收 率为54%。
权利要求
一种无粘结剂丝光沸石/β沸石共生分子筛催化剂，含有SiO2/Al2O3摩尔比为20～100丝光沸石/β沸石共生分子筛，其中粘结剂重量含量0～5％；丝光沸石/β沸石共生分子筛中丝光沸石与β沸石的重量比为0.2～100∶1，成型催化剂的机械强度为50～200牛顿/颗。
2.根据权利要求1所述的无粘结剂丝光沸石/β沸石共生分子筛催化剂，其特征在于 所含的丝光沸石/ β沸石共生分子筛的Si02/Al203摩尔比为20 80，其中粘结剂重量含量 0.2 2%，丝光沸石/β沸石共生分子筛中丝光沸石与β沸石的重量比为0.5 80 1， 制得的成型催化剂强度为60 150牛顿/颗。
3.权利要求1所述的无粘结剂丝光沸石/β沸石共生分子筛催化剂的制备方法，包括 以下步骤a)以成型焙烧后的催化剂重量计，把10 80%的丝光沸石、0.2 20%的碱性物质、 0. 5 20%的铝的化合物和10 80%的氧化硅混合、成型、干燥后，得到成型催化剂前体混 合物I，其中混合物I中铝的化合物重量含量小于氧化硅的重量含量；b)将混合物I置于放入含有选自四乙基溴化铵或四乙基氢氧化铵中至少一种的模板 剂蒸气中，在120 200°C进行晶化处理10 240小时后得到无粘结剂丝光沸石/ β沸石 共生分子筛催化剂前体；c)催化剂前体经过干燥，在400 700°C下焙烧1 10小时，得到无粘结剂丝光沸石 /β沸石共生分子筛催化剂；其中，以成型焙烧后的催化剂重量计，模板剂的用量为5 300%，丝光沸石的SiO2/ Al2O3摩尔比为10 40 ；碱性物质选自I A或II A元素的氧化物、氢氧化物或者其弱酸盐 中的至少一种；铝的化合物选自铝盐、铝的氧化物、铝的含水氧化物或铝的氢氧化物中的至 少一种。
4.根据权利要求3所述的无粘结剂丝光沸石/β沸石共生分子筛催化剂的制备方法， 其特征在于I A元素选自钠或钾中的至少一种，II A元素选自镁或钙中的至少一种；弱酸 盐选自碳酸盐、草酸盐或柠檬酸盐中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的无粘结剂丝光沸石/β沸石共生分子筛催化剂的制备方法， 其特征在于以成型焙烧后的催化剂重量计，丝光沸石的用量为15 70% ；碱性物质的用量 为0. 5 10% ；铝的化合物用量为2 15% ；氧化硅的用量为15 70% ；模板剂的用量为 10 100%。
6.根据权利要求3所述的无粘结剂丝光沸石/β沸石共生分子筛催化剂的制备方法， 其特征在于晶化温度为130 180°C ；晶化时间为20 100小时。
7.根据权利要求3所述的无粘结剂丝光沸石/β沸石共生分子筛催化剂的制备方法， 其特征在于以成型催化剂重量计，成型催化剂前体混合物I中还含有0. 1 2%的选自田菁 粉、甲基纤维素或可溶性淀粉中至少一种的扩孔剂。
全文摘要
本发明涉及一种无粘结剂丝光沸石/β沸石共生分子筛催化剂的制备方法。主要解决现有丝光沸石/β沸石共生分子筛催化剂中含有粘结剂时活性较低、不含粘结剂的丝光沸石/β沸石共生分子筛强度较差以及含有粘结剂的丝光沸石和β沸石的机械混合物活性较低的问题，本发明通过采用一种无粘结剂丝光沸石/β沸石共生分子筛催化剂，含有SiO2/Al2O3摩尔比为20～100丝光沸石/β沸石共生分子筛，其中粘结剂重量含量0～5％；丝光沸石/β沸石共生分子筛中丝光沸石与β沸石的重量比为0.2～100∶1，成型催化剂的机械强度为50～200牛顿/颗的技术方案，较好地解决了该问题，制得的无粘结剂丝光沸石/β沸石共生分子筛催化剂可用于石脑油催化裂解制丙烯的反应中。
文档编号B01J29/70GK101992124SQ20091005782
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月31日 优先权日2009年8月31日
发明者任丽萍, 金文清, 马广伟 申请人:中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院