[发明专利]一种用于催化裂解制低碳烯烃的催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于催化裂解制低碳烯烃的催化剂，其包含以下组分：高硅铝比Y型分子筛5～20wt％，改性ZSM‑5分子筛20～60wt％，大孔基质材料0.5～25wt％，抑制氢转移组分0.5～15wt％，粘土15～60wt％，粘结剂2～20wt％，高硅铝比Y型分子筛的硅铝比大于9；改性ZSM‑5分子筛的改性元素包括碱土金属、稀土金属和磷元素中的至少一种；大孔基质材料孔体积为1.0～2.5cm³/g，平均孔径为5～100nm；抑制氢转移组分为过渡金属氧化物。本发明还涉及一种上述催化剂的制备方法。本发明提供的催化剂用于原油直接催化裂解制低碳烯烃，具有原油转化率高、低碳烯烃产率高的特点。

技术领域

本发明属于炼油催化剂领域，具体涉及适用于催化裂解制低碳烯烃的催化剂及其制备方法，特别是适用于原油直接催化裂解制低碳烯烃。

背景技术

我国炼油能力持续增长，截至2018年，我国炼油能力已经达到8.31亿吨/年，居世界第二位。原油实际加工量6.04亿吨，加工负荷不足73％，产能过剩2亿吨以上，成品油市场竞争激烈。与此同时，以乙烯、丙烯、丁烯为主的低碳烯烃的需求一直保持较高增速，且成为原油需求增长的主要驱动力。这就要求炼化企业调整产品结构，少产成品油，多产低碳烯烃。

低碳烯烃是重要的基本有机化工原料，其用途十分广泛。目前我国制取低碳烯烃的主流途径，仍然是通过石脑油蒸汽裂解工艺，而且作为原料的石脑油面临着严重的短缺局面，能耗和原料成本都较高。另一方面，我国大庆、长庆石蜡基原油烷烃含量高、特性因数高、密度低，特别适合作为催化裂解生产低碳烯烃的原料。在这种形势下，原油直接催化裂解制低碳烯烃成为炼化企业由炼油向化工转型升级、提质增效的主要手段之一。

目前，原油直接催化裂解制低碳烯烃技术的相关研究正在兴起。ExxonMobil公司开发了无需精炼过程就能将原油直接转化为轻质烯烃工艺，该工艺绕过常规的常减压蒸馏过程，将原油直接供给裂解炉，分别在裂解炉的对流段和辐射段间加入一个闪蒸罐，将原油预加热通过闪蒸分离出较轻组分，然后将所提取的油气返回到炉内的辐射段盘管并以通常的方式裂解，在闪蒸罐底部收集的重质液体组分被送至炼油厂，或进入市场销售。沙特阿美和沙特基础工业在2017年宣布将建设2000万吨/年的原油直接转化为多种石化产品的项目，预计2025年投产，该项目以阿拉伯轻质原油为原料，原油直接进入加氢裂化装置，脱除硫并将高沸点组分转化为低沸点组分，之后经过蒸馏分离，蜡油及更轻的组分进入蒸汽裂解装置，重组分则进入沙特阿美公司自主研发的深度催化裂化装置，最大化生产烯烃。与传统石脑油裂解技术相比，该技术生产成本低200美元/吨，但是加氢裂化和催化裂化装置将增加投资成本，以15％税前投资回报率计，该技术与当前沙特石脑油裂解成本相当。为了得到更高的化学品转化率并将该技术推向商业化，2018年1月，沙特阿美与西比埃(CBI)、雪佛龙(Lummus Global)签署了一项联合开发协议，致力于通过研发加氢裂化技术将原油直接生产化工品的转化率提高至70～80％，一旦该技术得以成功商业化，以年加工量2000万吨原油为例，每年至少生产1400万吨化学品，相比较之下，北美地区2016～2022年乙烷裂解装置新增乙烯产能也仅有1100万吨/年，该技术将严重冲击整个石化行业。

原油直接催化裂解制低碳烯烃技术开发过程中，新型高效催化剂的开发具有至关重要的作用，催化剂的性能在很大程度上决定了原料的转化率和产品的选择性，决定了装置的经济效益。不同于石脑油和重油，原油直接作为催化裂解原料时，最主要的特点是原油馏程宽，需要在同时高效转化原油中的小分子和大分子烃类，对催化剂的性能提出了极高的要求。小分子和大分子烃类裂解的条件不同，相对而言，小分子烃类裂解的活化能高、裂解难度大，要求催化剂具备强酸性活性中心；大分子烃类裂解的活化能低、容易裂解，但分子尺寸较大，要求催化剂具备较好的扩散性能。所以，从分子管理角度出发，由宽馏分的原油直接催化裂解生产低碳烯烃，需要开发出结构差异烃类分子都能高效转化的催化剂，要求催化剂同时具备强酸性活性中心以及比例合适的多级孔结构。