[发明专利]直接催化裂解原油增产低碳烯烃的催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种直接催化裂解原油增产低碳烯烃的催化剂及其制备方法，以干基重量计，所述催化剂包含5%‑20%Y型分子筛，20%‑50%的磷和锆改性ZSM‑5分子筛，10%‑40%载体，5%‑25%粘结剂，该催化剂的特点在于以磷和锆共改性ZSM‑5分子筛调控催化剂酸量和催化剂孔道分布，利于反应物在催化剂的扩散和目标产物的生成。本发明所开发催化剂用于原油直接催化裂解过程中能抑制二次反应的发生、提高产物中低碳烯烃的收率，具有较好应用前景。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体涉及一种直接催化裂解原油增产低碳烯烃的催化剂及其制备方法。

背景技术

随着新能源汽车的推广，成品油生产收益递减，另一方面，乙烯、丙烯等基础化工原料的需求量增长迅速，石化行业开始由生产成品油向多产高附加值化工产品转型。生产低碳烯烃的工艺主要有石油催化/蒸汽裂解、甲醇制烯烃等，甲醇制烯烃投资大、产品结构单一，而且该过程CO₂排放量非常高（5.8吨CO₂/吨烯烃），大约是石脑油制烯烃过程的7倍，在碳中和战略目标影响下，甲醇制烯烃工艺将受到极大限制，石油裂解制烯烃更有发展前景。催化裂解石油制烯烃所需温度相对较低、能耗低、原料适用性广，是未来生产低碳烯烃的重要途径。

催化剂性质决定裂解性能以及产物分布，石油裂解催化剂的活性组分主要是ZSM-5分子筛，其具有独特孔结构及可调变的酸性，但是重油大分子难以进入ZSM-5孔道进行反应，较大的反应物分子也不易从孔道内扩散出，此外，反应过程中ZSM-5水热稳定性差，遇水容易骨架脱铝，也易积碳而覆盖活性位点、堵塞孔道，导致催化剂稳定性差、反应活性降低。针对以上问题，学者们开展了大量研究，发现可以通过调控催化剂的孔结构，制备多级孔结构分子筛催化剂或将ZSM-5与大孔结构的Y分子筛复配；再者，通过稀土金属、过渡金属改性ZSM-5分子筛，改善其表面酸强度和密度，提高催化剂活性和稳定性。

CN108658093A公开了一种多级孔ZSM-5分子筛的制备方法，其在正辛烷催化裂解制低碳烯烃过程中具有良好催化性能，正辛烷转化率和烯烃收率均得到明显提高。CN108745410B公开了一种含磷的多级孔ZSM-5/Y复合分子筛制备方法，其有效提高了石脑油催化裂化制低碳烯烃过程中丙烯收率，改善了产品组成。Momayez等人(Journal ofAnalytical and Applied Pyrolysis, 2015, 112, 135–140)的研究表明，以Zr或Ce改性ZSM-5可改善其裂解石脑油的活性，提高乙烯、丙烯收率。专利CN103143384A公开了一种采用磷与过渡金属元素共同改性ZSM-5与ZSM-11共晶分子筛的方法，可提高重油催化裂解性能以及液化气中烯烃含量，降低汽油中苯含量。专利CN112138710A公开了一种磷和稀土金属共改性的MFI结构复合分子筛催化剂，将其用于石油烃催化裂解反应中可提高乙烯选择性。

当前原油直接催化裂解的研究鲜有报道，该技术存在原油组成复杂、轻重组分同时裂解困难，催化剂稳定性差且低碳烯烃收率低的问题。

发明内容

本发明提出了一种直接催化裂解原油增产低碳烯烃的催化剂及其制备方法，解决了现有催化剂裂解原油过程中低碳烯烃收率低的问题。

实现本发明的技术方案是：

一种磷、锆改性的原油直接催化裂解增产低碳烯烃的催化剂，所述催化剂以干基重量计包含5%-20% Y型分子筛，20%-50%的磷和锆改性ZSM-5分子筛，10%-40%载体，5%-25%粘结剂。

所述分子筛选自REY、NaY、USY、HY、硅铝比15~80的ZSM-5分子筛中的两种或多种，以干基重量计，Y型分子筛在催化剂中的含量为5%-20%，优选5%-15%，ZSM-5分子筛在催化剂中的含量为20%-50%，优选25%-50%。

所述载体为高岭土、埃洛石、海泡石、膨润土、水滑石、凸凹棒石及蒙脱土中的一种或多种，以干基重量计，在催化剂中的含量为10%-40%，优选为15%-40%。