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高岭土原位晶化法是以高岭土为原料

时间:2014-05-07 10:16:33

编辑:世邦机器

原位晶化法:高岭土原位晶化法是以高岭土为原料,通过高岭土加工技术先将其制成高岭土微球,将微球焙烧,再使其在碱性体系下进行原位晶化,高岭土加工后晶化产物再经离子交换和水热焙烧,可制备成高岭土型FCC催化剂。高岭土原位晶化法的特殊制备工艺使高岭土型催化剂具有如下特点:微球高温焙烧后提高了基质活性和捕集重金属的能力;高温焙烧微球水热晶化在微球表面形成丰富的大孔,Y型分子筛生长在微球表面,增加了催化剂对重质油大分子的可接近性和裂化活性;晶化产物在后处理时引入抗钒组分,可有效地保护分子筛免受重金属钒的破坏。因此,这类催化剂的活性、活性稳定性、抗重金属性、渣油裂化性能和汽油选择性能等均良好,加之其催化剂生产成本低廉,因而成为裂化催化剂方面一支强劲的竞争力量。故原位晶化Y型沸石的研究较多,而且已应用于工业流化催化裂化(FCC)(郑淑琴等,2003;王有和,2009)。

中国石油兰州石化企业石油化工研究院于20世纪80年代针对国内原油组分中重金属镍和钒含量高等现状,先后研制出多种类型的高岭土型系列催化剂,如REY型、REHY型和REUSY型高岭土催化剂及高岭土型抗钒助剂,其中REY(牌号LB-1)型和REHY(牌号LB-2)型高岭土催化剂实现工业化生产,受到石油炼制厂家的广泛关注。郑淑琴等采用“高岭土原料-喷雾成型-焙烧-晶化-后处理-成品”的工艺制备了高岭土型催化剂。研究了以高岭土原位晶化的特殊工艺所制备的高岭土型FCC催化剂的特性。结果表明,高岭土型催化剂具有酸强度、酸类型和孔分布合理的特点,其结构稳定,具有优异的抗重金属性能。

刘欣梅等以煤系高岭土为原料,经碱熔活化、补硅,在优化的合成条件下,可以原位水热合成NaY分子筛。详细考察了晶化温度、晶化时间、加水量、老化时间和合成体系中硅铝比等反应因子对合成产物的结构和热稳定性的影响。结果表明,理想反应条件是:合成体系中硅铝比为2,晶化温度为370℃,晶化时间为10h,老化时间为12h,加水量为40〜60mL(每克试样中的加水量)。在此条件下以高岭土为原料可以原位合成出结晶度较高、无杂晶的NaY分子筛。所得分子筛比表面积较高(420m2/g),孔径分布集中(集中在0.6nm),热稳定性好。并认为采用碱熔活化的目的是活化高岭土中的硅铝物种,使其生成可溶性的硅铝酸盐,其中的Al3+由原来的六配位变成四配位;还可对其中的惰性相如石英等进行消熔,以消除它们对合成分子筛结构的影响以及在晶化过程中的副作用。

在上述条件中,晶化温度和加水量是影响结晶产物物理结构性能的主要因素。在分子筛晶化过程中,温度是主要的动力学控制因素。晶化温度的变化能改变各个面族生长的活化能,同时,因晶体生长包括界面反应和扩散反应,在不同的温度下这两种反应速率是不同的。当温度较低时,结晶过程主要是界面反应。当温度升高后,扩散就成为主导作用,所以在不同温度下,晶体各个面族的生长速率比例也发生相应的变化,主要表现在晶体不同的结晶形态上。因此,选择合适的晶化温度及其控制适宜的温差对快速生长成目的结晶产物具有重要意义。结果发现,当晶化温度低于360℃时,结晶产物中仅有少量4A分子筛的晶相,随晶化温度的升高,开始有NaY分子筛晶相生成。当晶化温度达到370℃时,得到晶型完美的NaY分子筛.但是,随着晶化温度的进一步升高,又开始出现转晶现象,NaY分子筛向P型分子筛转变,并且伴随着晶型的转化,NaY分子筛的结晶度显著减校当晶化温度达到一定时,结晶产物大多数是P型分子筛,而NaY分子筛含量很少,这是由于升高温度可以促使凝胶中的固相溶解,液相浓度增加,从而加速晶核的生长,进而快速生成分子筛晶体。同时,晶化温度提高后,也促使晶化体系向热力学性质更稳定的体系转变。因此,提高晶化温度,不仅缩短了诱导期,而且提高了晶fe速率。但是,温度过高,可能引发转晶现象,导致Y型分子筛结晶度降低。可以看出,晶化温度是一个非常重要的控制因素。晶化温度的影响主要取决于各类分子筛在晶化体系中的热力学稳定性。晶化温度越高,越有利于更稳定晶相的分子筛形成。因此,在合成热力学稳定性处于亚稳态的各类实用分子筛时,应严格控制晶化温度,以确保合成质量。

实验发现,加水量的多少主要表现在影响胶粒的浓度、迁移速率等方面。加水量过多或过少,均不利于特定分子筛的高效合成,因此,须对其进行有效控制。

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