[发明专利]一种用于催化裂解的催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于催化裂解的催化剂及其制备方法。活性组份为金属掺杂的HZSM‑5分子筛，所述金属为钨元素和过渡金属元素Mn、Cr、Ti的一种，所述钨元素占活性组分的重量含量在3‑9％之间，过渡元素占活性组分的重量含量在0.5‑3％之间。过渡金属掺杂HZSM‑5沸石分子筛可用于重质油催化裂解领域，具有耐高温、高活性、较大比表面积等特点，其多级孔结构有利于降低反应物分子在孔道内的扩散阻力，提高反应物分子与催化剂活性位点接触概率，从而提高烯烃、芳烃等产物产率。

技术领域

本发明涉及一种过渡金属掺杂的多级孔HZSM-5分子筛，尤其涉及用于不同原料油催化裂解制备低碳烯烃和芳烃的分子筛催化剂的制备，属于催化剂技术领域。

背景技术

随着石化行业的迅速发展，全球范围内对乙烯、丙烯、丁二烯等低碳烯烃的的需求持续增长。而我国的乙烯和丙烯的自给率只有近三分之二，仍有大量的低碳烯烃需要进口。芳烃是有机化学工业最基本的原料，芳烃中的苯、甲苯、二甲苯更是石油化工重要的基础原料，其市场规模仅次于乙烯和丙烯。芳烃产品可以广泛用于合成树脂、合成纤维、合成橡胶、洗涤剂、增塑剂、染料、医药、香料、农药等工业，对发展国民经济起着重要的作用。针对增产芳烃和烯烃而言，与改善工艺条件与设备相比，催化剂的制备与改性是一条更为快捷和节约的途径。

目前，催化裂解工艺中常用的催化剂为ZSM-5分子筛，其平均孔道尺寸在0.55nm左右，重油大分子很难直接扩散到分子筛孔道内发生裂化反应，此外，单一微孔的存在会限制反应物和产物在孔道中的传递，因此会导致反应的转化率或收率明显降低，这种传质限制也会导致催化剂积炭失活，从而缩短催化剂的使用寿命。

在对分子筛进行改性处理时，通常使用酸溶液或碱溶液处理，而单一的用酸改性时只会扩孔，影响分子筛的介孔度；单一的碱改性可能造成沸石骨架的坍塌，导致其结晶度和催化活性大幅度下降。

已有文献利用不同过渡金属改性的 ZSM-5 催化剂对柴油的裂化性能进行考察发现不同金属交换的 ZSM-5 分子筛乙烯选择性的顺序为Ag＞Cu＞Ti＞Cr＞H＞Mn＞Co，丙烯选择性由高到低的顺序为 H＞Ti＞Cr＞Mn＞Cu、Ag＞Co，这说明过渡金属的引入会影响催化裂解的反应机理，可变价的金属离子通过发生氧化还原反应，接受或给予电子，使正碳离子或烃分子失去或得到电子而转变为自由基，从而促进乙烯的生成。

此外，W会降低催化剂酸性，但可以促进C4烯烃歧化反应的发生，提高丙烯收率。除此之外，W高度分散在分子筛表面，中和了催化剂的部分酸中心，抑制积炭，提高催化剂的稳定性。专利CN103143384B通过W、P 复合改性后，增加B酸酸量，从而提高液化气的烯烃含量和降低汽油苯含量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种催化裂解催化剂，该催化剂具有适用裂解温度范围广，烯烃和芳烃选择性高的特点；本发明的目的之二在于提供一种基于酸碱改性的过渡金属改性的ZSM-5的制备方法。过渡金属掺杂HZSM-5沸石分子筛可用于重质油催化裂解领域，具有耐高温、高活性、较大比表面积等特点，其多级孔结构有利于降低反应物分子在孔道内的扩散阻力，提高反应物分子与催化剂活性位点接触概率，从而提高烯烃、芳烃等产物产率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于催化裂解的催化剂，活性组份为金属掺杂的HZSM-5分子筛，所述金属为钨元素和过渡金属元素Mn、Cr、Ti中的至少一种，所述钨元素占活性组分的重量含量在3-9％之间，所述过渡金属元素占活性组分的重量含量在0.5-3％之间。