КАТАЛИЗАТОР КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 2011 года по МПК B01J29/80 B01J29/72 B01J29/76 B01J29/40 C10G11/05 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к катализаторам конверсии углеводородов, содержащим цеолит. Более конкретно, настоящее изобретение относится к катализаторам крекинга, содержащим цеолит, которые обеспечивают каталитический крекинг углеводородов для получения олефинов С₂-С₄.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Легкие олефины (олефины С₂-С₄) являются важным исходным сырьем для нефтехимической промышленности. Как правило, легкие олефины получают из углеводородов нефти с использованием термического крекинга паром, при котором в качестве исходного сырья используются газообразные углеводороды, нафта, керосин, легкое дизельное топливо и остатки вакуумной перегонки. Если для получения бензина и легкого дизельного топлива используется традиционный процесс каталитического крекинга, то легкие олефины получают как побочные продукты с выходом, не превышающим 15% от веса исходного сырья.

Использование способа каталитического крекинга для получения легких олефинов из углеводородов нефти описывается во многих патентах. Используются катализаторы на основе металлов, причем в качестве носителей используются SiO₂, Al₂O₃ или другие оксиды, а металлы большей частью выбираются из элементов Групп IIB, VB, VIIB и VIII, которые характеризуются гидрогенизационной или дегидрогенизационной активностью и проявляют дегидрогенизационную активность в условиях крекинга при высокой температуре и низком давлении, в результате чего ускоряется получение легких олефинов (US 3541179, US 3647682, DD 225135 и SU 1214726). При использовании таких катализаторов благодаря дегидрогенизационным свойствам металлов в процессе реакции крекинга, соответственно, ускоряется коксообразование в результате реакции полимеризации и на катализаторе формируются отложения кокса. Поэтому могут использоваться только легкие исходные продукты с диапазоном точки кипения, не превышающим 220°С.

В некоторых других патентах описывается использование композиционных оксидных катализаторов. В примерах таких катализаторов указывается катализатор, содержащий ZrO₂, HfO₂ в качестве главных компонентов, Al₂O₃, Сr₂O₃, МnО, Fе₂О₃ и оксиды щелочных или щелочноземельных металлов в качестве активирующей добавки (US 3725495, US 3839485); и катализатор SiO₂·Аl₂О₃, содержащий небольшие количества Fе₂О₃, ТiO₂, CaO, МgО, Na₂O и К₂O (SU 550173, SU 559946).

Широкое применение цеолитов в нефтехимической промышленности и в переработке нефти привело к появлению третьего класса катализаторов, а именно катализаторов, содержащих цеолиты. В последнее время в катализатор добавляется добавка, селективная к форме, для повышения октанового числа бензина, получаемого при каталитической переработке. Например, в патенте США 3758403 описывается катализатор, содержащий цеолит ZSM-5 и цеолит с крупными порами (с отношением от 1:10 до 3:1) в качестве активных компонентов, и кроме повышения октанового числа бензина такой катализатор обеспечивает более высокий выход олефинов С₃ и С₄, составляющий примерно 10 вес.%.

Если катализатор содержит смесь цеолита с MFI-структурой (высококремнистый цеолит с пятичленными кольцами) и в крекинге углеводородов нефти для получения легких олефинов используется цеолит с размером пор, превышающим 7 ангстрем, то цеолит с крупными порами (в основном Y-цеолит) используется для крекинга исходных продуктов для получения бензина и дизельного топлива, которые затем подвергаются крекингу для получения легких олефинов с использованием цеолита с MFI-структурой (US 3758403, CN 1043520A, US 500649 и CN 1026242С). Для повышения селективности катализаторов в отношении олефинов цеолиты с MFI-структурой модифицируют дополнительно, например, переходными металлами (US 5236880), фосфором (CN 1205307А, US 6566293), редкоземельными элементами (CN 1085825А), фосфором и редкоземельными элементами (CN 1093101A, US 5380690, CN 1114916A, CN 1117518A, CN 1143666A), фосфором и щелочноземельными металлами (CN 1221015А, US 6342153, CN 1222558А, US 6211104) и фосфором и переходными металлами (CN 1504540A).

Бета-цеолит имеет структуру, состоящую из 12-членных колец с пересекающимися пористыми каналами, в которой диаметр пор 12-членного кольца равен 0,75-0,57 нм для одномерного пористого канала, параллельного грани (001) кристалла, и диаметр пор 12-членного кольца равен 0,65-0,56 нм для двухмерного пористого канала, параллельного грани (100) кристалла. Бета-цеолит - это высококремнистый цеолит с большими порами, имеющий трехмерную структуру, единственную, которая найдена до настоящего времени, причем он обладает как свойствами кислотного катализатора, так и структурной селективностью благодаря особенностям своей структуры, и, кроме того этот цеолит обладает очень высокой термостойкостью (температура разрушения кристаллической решетки превышает 1200°С), гидротермальной стойкостью, а также устойчив к истиранию. Благодаря своей уникальной структуре бета-цеолит обладает хорошей термической и гидротермальной стойкостью, кислотостойкостью, устойчивостью к закоксовыванию и каталитической активностью в отношении ряда каталитических реакций, и поэтому в последние годы быстро развивался новый тип каталитических материалов на базе этого цеолита. Имеются публикации о многочисленных применениях бета-цеолита в крекинге углеводородов нефти для получения легких олефинов.

В документе CN 1103105А описывается катализатор крекинга, обеспечивающий высокий выход изобутилена и изоамилена и представляющий собой композицию, состоящую из четырех активных компонентов и носителя, причем активные компоненты состоят из модифицированного цеолита HZSM-5 и высококремнистого цеолита HZSM-5 с различными отношениями кремнезем/глинозем, цеолита USY и бета-цеолита, а носитель состоит из природной глины и неорганического оксида. Активные компоненты и катализатор имеют следующий состав: (1) модифицированный цеолит HZSM-5 с отношением кремнезем/глинозем 20:100 5-25 вес.%; (2) высококремнистый цеолит HZSM-5 с отношением кремнезем/глинозем 250:450 1-5 вес.%; (3) цеолит USY 5-20 вес.%; (4) бета-цеолит 1-5 вес.%; (5) природная глина 30-60 вес.%; (6) неорганический оксид 15-30 вес.%. Катализатор характеризуется повышенным выходом изобутилена и изоамилена с одновременным получением бензина с высоким октановым числом.

В документе CN 1057408А описывается катализатор крекинга, содержащий высококремнистый цеолит, который состоит из 10-30 вес.% модифицированного высококремнистого цеолита и 70-90% носителя, причем модифицированный высококремнистый цеолит содержит (от веса цеолита) 0,01-3,0 вес.% фосфора, 0,01-1,0% железа или 0,01-10 вес.% алюминия (алюминий в структуре цеолита исключен) и выбирается из морденита, бета-цеолита или ZSM-цеолита с отношением кремнезем/глинозем, превышающим 15, а носителем является неорганический оксид или смесь неорганического оксида и каолина. Катализатор используется для получения легких олефинов в процессе каталитического крекинга углеводородов одновременно с выходом бензина и дизельного топлива.

В документе CN 1099788А описывается катализатор крекинга, обеспечивающий более высокий выход олефинов С₃-С₅, который состоит из 10-50 вес.% Y-цеолита с размером элементарной ячейки, не превышающим 2,450 нм, 2-40 вес.% цеолита, выбранного из цеолита ZSM-5 или бета-цеолита, модифицированного Р, RE, Са, Mg, Н, Al и др., и их смесей, 20-80 вес.% полусинтетического носителя, состоящего из каолина и глиноземного связующего. Используя такой катализатор, можно не только повысить выход олефинов С₃-С₅, где выход C₄ ⁼+iC₅ ⁼ доходит до 10-13 вес.%, но также поддерживать выход бензина на уровне порядка 35-42 вес.%.

В документе CN 1145396A описывается катализатор крекинга, обеспечивающий более высокий выход изобутилена и изоамилена, который состоит из трех активных цеолитных компонентов и носителя, причем их содержание (от веса катализатора) составляет: 6-30 вес.% высококремнистого цеолита с пятичленными кольцами, содержащего фосфор и редкоземельный элемент, 5-25 вес.% цеолита USY, 1-5 вес.% бета-цеолита, 30-60 вес.% глины и 15-30 вес.% неорганического оксида. Катализатор характеризуется повышенным выходом изобутилена и изоамилена с одновременным получением бензина с высоким октановым числом.

В документе CN 1354224А описывается катализатор каталитического крекинга для получения легких фракций с высоким содержанием изомерного алкана, пропилена и изобутана, причем катализатор содержит (от веса катализатора): 0-70 вес.% глины, 5-90 вес.% неорганического оксида и 1-50 вес.% цеолита. Цеолит представляет собой смесь следующих компонентов (от веса цеолита): (1) 20-75 вес.% высококремнистого Y-цеолита с отношением кремнезем/глинозем порядка 5-15 и 8-20 вес.% Fe₂O₃; (2) 20-75 вес.% высококремнистого Y-цеолита с отношением кремнезем/глинозем порядка 16-50 и 2-7 вес.% Fe₂O₃; и (3) 1-50 вес.% бета-цеолита, или морденита, или ZRP-цеолита. Катализатор может увеличивать содержание изомерного алкана в легких фракциях и одновременно повышать выход пропилена и изобутана, однако выход пропилена улучшается ненамного.

В документе CN 1504541А описывается катализатор каталитического крекинга углеводородов для получения легких олефинов и ароматических углеводородов, причем катализатор содержит молекулярное сито с размером пор 0,45-0,7 нм, аморфный оксид и по меньшей мере два модифицирующих компонента, выбираемых из фосфора, щелочноземельных металлов, лития и редкоземельных элементов. В катализаторе используется кремнезем-глиноземное или кремнезем-фосфор-глиноземное молекулярное сито, причем в качестве кремнезем-глиноземного молекулярного сита используется цеолит ZSM-5, цеолит ZSM-11, морденит или бета-цеолит, а в качестве кремнезем-фосфор-глиноземного молекулярного сита используется SAPO-5, SAPO-11 или SAPO-34. Активные центры катализатора могут быть модифицированы в зависимости от практических требований для получения легких олефинов в качестве основных продуктов и ароматических углеводородов в качестве побочных продуктов.

В документе CN 1566275А описывается катализатор, содержащий молекулярное сито, для крекинга углеводородов и способ его получения, причем молекулярное сито является смесью первого и второго цеолитов, термостойкого неорганического оксида и металла, а также глины (необязательный компонент), причем первый цеолит является Y-цеолитом, молярное отношение кремнезем/глинозем во втором цеолите превышает 20, содержание первого цеолита составляет 1-50 вес.%, содержание второго цеолита составляет 1-60 вес.%, содержание термостойкого неорганического оксида составляет 2-80 вес.%, содержание глины составляет 0-80 вес.%, содержание металла составляет 0,1-30 вес.%, и компоненты металла присутствуют в основном в состоянии валентности восстановления. Катализатор может не только обеспечивать высокий выход олефинов С₃-С₅, но также имеет повышенную активность в отношении десульфуризации, а также повышенную активность в отношении реакций крекинга. В качестве второго цеолита используется один или несколько цеолитов, выбранных из цеолитов, имеющих MFI-структуру и содержащих фосфор, редкоземельный элемент и/или щелочноземельный металл (необязательный компонент), бета-цеолитов, содержащих фосфор, редкоземельный элемент и/или щелочноземельный металл (необязательный компонент), морденита, содержащего фосфор, редкоземельный элемент и/или щелочноземельный металл (необязательный компонент).

В патентах США №5006497 и №5055176 описывается многокомпонентный катализатор и способ каталитического крекинга с его использованием. Катализатор содержит матрицу, молекулярное сито с крупными порами, молекулярное сито для крекинга/изомеризации парафина и молекулярное сито для получения ароматических углеводородов, причем молекулярное сито с крупными порами выбирается из группы, состоящей из цеолита Y, DeAIY, USY, UHPY, VPI-5, колонной глины, SAPO-37, бета-цеолита и их смесей; молекулярное сито для крекинга/изомеризации парафина выбирается из группы, состоящей из цеолитов водородного типа ZSM-5, ZSM-11, ZSM-22, ZSM-35 и ZSM-57; и в качестве молекулярного сита для получения ароматических углеводородов используется GaZSM-5.

В патентной заявке США №20050070422 описывается композиция катализатора, используемого для повышения выхода пропилена с использованием каталитического крекинга, который содержит первое молекулярное сито со средним размером пор, второе молекулярное сито, в котором имеются поры канала по меньшей мере одного размера, который меньше размера пор первого сита, и молекулярное сито (необязательный компонент) с третьим большим размером пор, причем первое молекулярное сито выбирается из группы, состоящей из ZSM-5, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-57, ITQ- 13 и МСМ-22; второе молекулярное сито выбирается из группы, состоящей из ECR-42, ZSM-22, ZSM-35, ZSM-23, МСМ-22, МСМ-49, SAPO-11, SAPO-34 и SAPO-41; и третье молекулярное сито выбирается из группы, состоящей из фожазита, L-цеолита, VPI-5, SAPO-37, цеолита X, бета-цеолита, ZSM-3, ZSM-4, ZSM-18, ZSM-20, МСМ-9, МСМ-41, MCM-41S, МСМ-48, Y-цеолита, USY, REY, REUSY и т.п. Этот катализатор пригоден для использования при получении пропилена путем крекинга нафты и исходных тяжелых углеводородных продуктов.

По мере увеличения потребности в легких олефинах существует насущная необходимость в разработке катализатора конверсии углеводородов, который должен обладать повышенной способностью конверсии углеводородов нефти и обеспечивать повышенный выход легких олефинов, в особенности пропилена.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предлагается имеющий улучшенные характеристики катализатор конверсии углеводородов для каталитической конверсии углеводородов нефти с целью получения легких олефинов.

После интенсивных исследований автор обнаружил, что если катализатор конверсии углеводородов содержит в качестве каталитического компонента специальный модифицированный бета-цеолит, его селективность в отношении олефинов С₂-С₁₂ может быть существенно улучшена, в результате чего он становится предпочтительным для получения легких олефинов (С₂-С₄) путем дополнительного крекинга. При этом может быть повышен выход легких олефинов при получении их из углеводородов нефти.

Для достижения указанной цели в настоящем изобретении предлагается катализатор конверсии углеводородов, который содержит (от общего веса катализатора): 1-60 вес.% смеси цеолитов, 5-99 вес.% термостойкого неорганического оксида и 0-70 вес.% глины, причем смесь цеолитов содержит (от общего веса смеси): 1-75 вес.% бета-цеолита, модифицированного фосфором и переходным металлом М, 25-99 вес.% цеолита с MFI-структурой и 0-74 вес.% цеолита с крупными порами, причем безводный химический состав бета-цеолита, модифицированного фосфором и переходным металлом М, имеет следующий вид: (0-0,3)Na₂O·(0,5-10)Аl₂О₃·(1,3-10)P₂O₅·(0,7-15)М_хO_у·(64-97)SiO₂ (в скобках указаны массовые проценты оксидов),

где переходный металл М - это один или несколько металлов, выбранных из группы, состоящей из Fe, Со, Ni, Сu, Mn, Zn и Sn; х - число атомов переходного металла М и y - число, при котором обеспечивается валентность, соответствующая степени окисления переходного металла М.

Более конкретно настоящее изобретение относится к следующему катализатору:

1. Катализатор конверсии углеводородов, который содержит (от общего веса катализатора): 1-60 вес.% смеси цеолитов, 5-99 вес.% термостойкого неорганического оксида и 0-70 вес.% глины, причем смесь цеолитов содержит (от общего веса смеси): 1-75 вес.% бета-цеолита, модифицированного фосфором и переходным металлом М, 25-99 вес.% цеолита с MFI-структурой и 0-74 вес.% цеолита с крупными порами,

причем безводный химический состав бета-цеолита, модифицированного фосфором и переходным металлом М, имеет следующий вид: (0-0,3)Na₂O·(0,5-10)Аl₂О₃·(1,3-10)P₂O₅·(0,7-15)М_хO_у·(64-97)SiO₂ (в скобках указаны массовые проценты оксидов),

где переходный металл М - это один или несколько металлов, выбранных из группы, состоящей из Fe, Со, Ni, Сu, Mn, Zn и Sn, х - число атомов переходного металла М и y - число, при котором обеспечивается валентность, соответствующая степени окисления переходного металла М.

2. Катализатор конверсии углеводородов по п.1, отличающийся тем, что он содержит (от общего веса катализатора): 10-50 вес.% смеси цеолитов, 10-70 вес.% термостойкого неорганического оксида и 0-60 вес.% глины.

3. Катализатор конверсии углеводородов по п.1, отличающийся тем, что безводный химический состав бета-цеолита, модифицированного фосфором и переходным металлом М, имеет следующий вид: (0-0,2)Na₂O·(1-9)Аl₂O₃·(1,5-7)Р₂О₅·(0,9-10)М_хO_у·(75-95)SiO₂ (в скобках указаны массовые проценты оксидов).

4. Катализатор конверсии углеводородов по п.3, отличающийся тем, что безводный химический состав бета-цеолита, модифицированного фосфором и переходным металлом М, имеет следующий вид: (0-0,2)Na₂O·(1-9)Аl₂О₃·(2-5)Р₂O₅·(1-3)М_хO_у·(82-95)SiO₂.

5. Катализатор конверсии углеводородов по п.1, отличающийся тем, что в качестве переходного металла М используется один или несколько металлов, выбранных из группы, состоящей из Fe, Со, Ni и Сu.

6. Катализатор конверсии углеводородов по п.5, отличающийся тем, что в качестве переходного металла М используется один или несколько металлов, выбранных из группы, состоящей из Fe и/или Сu.

7. Катализатор конверсии углеводородов по п.1, отличающийся тем, что в качестве цеолита, имеющего MFI-структуру, используется один или несколько цеолитов, выбранных из группы, состоящей из цеолитов ZSM-5 и ZRP.

8. Катализатор конверсии углеводородов по п.7, отличающийся тем, что в качестве цеолита, имеющего MFI-структуру, используется один или несколько цеолитов, выбранных из группы, состоящей из цеолитов ZRP, содержащих редкоземельные элементы, цеолитов ZRP, содержащих фосфор, цеолитов ZRP, содержащих фосфор и редкоземельные элементы, цеолитов ZRP, содержащих фосфор и щелочноземельные металлы, и цеолитов ZRP, содержащих фосфор и переходные металлы.

9. Катализатор конверсии углеводородов по п.1, отличающийся тем, что в качестве цеолита с крупными порами используется один или несколько цеолитов, выбранных из группы, состоящей из фажозита, L-цеолита, бета-цеолита, омега-цеолита, морденита и цеолита ZSM-18.

10. Катализатор конверсии углеводородов по п.9, отличающийся тем, что в качестве цеолита с крупными порами используется один или несколько цеолитов, выбранных из группы, состоящей из Y-цеолита, Y-цеолита, содержащего фосфор и/или редкоземельный элемент, сверхустойчивого Y-цеолита и сверхустойчивого Y-цеолита, содержащего фосфор и/или редкоземельный элемент.

11. Катализатор конверсии углеводородов по п.1, отличающийся тем, что в качестве глины используется одна или несколько глин, выбранных из группы, состоящей из каолина, галлуазита, монтмориллонита, диатомита, энделлита, сапонита, ректорита, сепиолита, аттапульгита, гидроталькита и бентонита.

12. Катализатор конверсии углеводородов по п.1, отличающийся тем, что в качестве глины используется одна или несколько глин, выбранных из группы, состоящей из каолина, галлуазита и монтмориллонита.

В предлагаемом в настоящем изобретении катализаторе конверсии углеводородов в качестве активного компонента используется смесь бета-цеолита, модифицированного фосфором и переходным металлом М, и цеолита с MFI-структурой или смесь бета-цеолита, модифицированного фосфором и переходным металлом М, цеолита с MFI-структурой и цеолита с крупными порами. Поскольку бета-цеолит модифицируется одновременно фосфором и переходным металлом М, то в результате не только повышается гидротермальная стойкость бета-цеолита и улучшаются характеристики крекинга дизельного топлива и тяжелого топлива, но и существенно повышается селективность в отношении олефинов С₂-С₁₂ при использовании катализатора в процессе каталитического крекинга углеводородов. Кроме того, олефины С₅-С₁₂ являются эффективными прекурсорами для получения олефинов С₂-С₄ при последующем крекинге с использованием цеолита с MFI-структурой. Таким образом, предлагаемые в настоящем изобретении катализаторы имеют повышенную способность по конверсии углеводородов нефти и обеспечивают более высокий выход легких олефинов, в особенности пропилена.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для получения легких олефинов из углеводородов с повышенной селективностью в настоящем изобретении предлагается катализатор конверсии углеводородов, который содержит (от общего веса катализатора): 1-60 вес.% смеси цеолитов, 5-99 вес.% термостойкого неорганического оксида и 0-70 вес.% глины, причем смесь цеолитов содержит (от общего веса смеси): 1-75 вес.% бета-цеолита, модифицированного фосфором и переходным металлом М, 25-99 вес.% цеолита с MFI-структурой и 0-74 вес.% цеолита с крупными порами,

причем безводный химический состав бета-цеолита, модифицированного фосфором и переходным металлом М, имеет следующий вид: (0-0,3)Na₂O·(0,5-10)Аl₂О₃·(1,3-10)Р₂О₅·(0,7-15)М_хO_у·(64-97)SiO₂ (в скобках указаны массовые проценты оксидов),

где переходный металл М - это один или несколько металлов, выбранных из группы, состоящей из Fe, Со, Ni, Сu, Mn, Zn и Sn; х - число атомов переходного металла М и y - число, при котором обеспечивается валентность, соответствующая степени окисления переходного металла М.

В контексте настоящего изобретения, если не указано иное, термин "легкие олефины" относится к олефинам С₂-С₄ и термин "углеводород" относится к углеводородам нефти.

Указанный углеводород - это один или несколько углеводородов, выбранных из продуктов перегонки нефти, таких как углеводороды С₄, бензин, дизельное топливо, гидрогенизированные остатки и аналогичные продукты или смесь указанных продуктов перегонки нефти. Кроме того, в качестве углеводородов может использоваться непосредственно сырая нефть и нефтяные остатки или один или несколько продуктов, выбранных из группы, состоящей из газойля вакуумной перегонки, сырой нефти и нефтяных остатков.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения катализатор конверсии углеводородов содержит (от общего веса катализатора): 10-50 вес.% упомянутой смеси цеолитов, 10-70% термостойкого неорганического оксида и 0-60% глины.

Ниже описывается сначала модифицированный бета-цеолит, являющийся одним из основных компонентов предлагаемого в настоящем изобретении катализатора конверсии углеводородов.

Если безводный химический состав бета-цеолита, модифицированного фосфором и переходным металлом М, представить в массовых процентах оксидов, то предпочтительные диапазоны содержания компонентов будут следующими: предпочтительно (0-0,2)Na₂O·(1-9)Аl₂О₃·(1,5-7)Р₂О₅·(0,9-10)М_хO_у·(75-95)SiO₂, более предпочтительно (0-0,2)Na₂O·(1-9)Al₂O₃·(2-5)P₂O₅·(1-3)М_хO_у·(82-95)SiO₂.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения в качестве переходного металла М используется металл или несколько металлов, выбранных из группы, состоящей из Fe, Со, Ni и Сu, более предпочтительно из Fe и/или Сu.

В предлагаемом в настоящем изобретении катализаторе конверсии углеводородов цеолит с MFI-структурой представляет собой высококремнистый цеолит со структурой пентасила, и в качестве него используется один или несколько цеолитов, выбранных из группы, состоящей из цеолитов ZSM-5 и ZRP, в частности один или несколько цеолитов, выбранных из группы, состоящей из цеолитов ZRP, содержащих редкоземельные элементы (см. CN 1052290А, CN 1058382А и US 5232675), цеолитов ZRP, содержащих фосфор (см. CN 1194181 A, US 5951963), цеолитов ZRP, содержащих фосфор и редкоземельные элементы (см. CN 1147420A), цеолитов ZRP, содержащих фосфор и щелочноземельные металлы (см. CN 1211469A, CN 1211470A и US 6080698) и цеолитов ZRP, содержащих фосфор и переходные металлы (см. CN 1465527А и CN 1611299А).

К упомянутым цеолитам с крупными порами относятся цеолиты с пористой структурой, размеры полостей колец которых составляет по меньшей мере 0,7 нм. В качестве такого цеолита может использоваться, например, один или несколько цеолитов, выбранных из группы, состоящей из Y-цеолита, L-цеолита, бета-цеолита, омега-цеолита, морденита и цеолита ZSM-18, в частности одного или нескольких цеолитов, выбранных из группы, состоящей из Y-цеолита, Y-цеолита, содержащего фосфор и/или редкоземельный элемент, сверхустойчивого Y-цеолита и сверхустойчивого Y-цеолита, содержащего фосфор и/или редкоземельный элемент.

Кроме того, в качестве цеолитов с MFI-структурой и цеолитов с крупными порами могут использоваться цеолиты, предлагаемые на рынке, или же они могут быть также получены с использованием различных известных способов, которые в настоящем описании подробно не рассматриваются.

Бета-цеолит, модифицированный фосфором и переходным металлом М, может быть получен с использованием различных способов. Например, фосфор и переходный металл М могут быть введены; (1) при синтезе бета-цеолита; или (2) путем выполнения следующих стадий: ионообмена с аммонием, модификации фосфором, модификации переходным металлом М, прокаливания и аналогичных стадий после синтеза бета-цеолита.

Например, бета-цеолит, модифицированный фосфором и переходным металлом М, может быть получен с использованием нижеописанного способа. А именно, осуществляют взаимодействие натриевого бета-цеолита, полученного путем обычной кристаллизации, с аммонием в весовом отношении бета-цеолит:соль аммония: Н₂O = 1:(0,1-1):(5-10) в течение 0,5-2 часов при температуре от комнатной до 100°С с последующей фильтрацией. Такая стадия взаимодействия может выполняться несколько раз (от 1 до 4), так чтобы содержание Na₂O в бета-цеолите стало меньше 0,2 вес.%. Затем в полученный таким образом бета-цеолит путем импрегнирования или ионообмена вводят фосфор и один или несколько переходных металлов, выбранных из группы, состоящей из Fe, Со, Ni, Сu, Mn, Zn и Sn, для его модификации, после чего осуществляют высушивание и прокаливание в течение 0,5-8 часов при температуре 400-800°С, причем прокаливание может осуществляться в атмосфере пара, в результате чего будет получен бета-цеолит, модифицированный фосфором и переходным металлом М.

При получении модифицированного бета-цеолита в соответствии с настоящим изобретением может быть осуществлен процесс модификации для введения в бета-цеолит фосфора и переходного металла М, например, с использованием процессов импрегнирования или ионообмена, которые хорошо известны в данной области техники.

Импрегнирование может быть выполнено, например, с использованием одного из трех способов:

а. Фильтрационный осадок после ионообмена с аммонием перемешивают с определенным количеством водного раствора фосфорсодержащего соединения при температуре от комнатной до 95°С до получения однородной массы, затем смесь высушивают и прокаливают при температуре 400-800°С, после этого полученная твердую массу перемешивают с определенным количеством водного раствора соединения, содержащего один или несколько переходных металлов М, выбранных из группы, состоящей из Fe, Со, Ni, Сu, Мn, Zn и Sn, при температуре от комнатной до 95°С до получения однородной массы, и затем высушивают;

b. Фильтрационный осадок после ионообмена с аммонием перемешивают с определенным количеством водного раствора фосфорсодержащего соединения при температуре от комнатной до 95°С до получения однородной массы, затем смесь высушивают и после этого полученную твердую массу перемешивают с определенным количеством водного раствора соединения, содержащего один или несколько переходных металлов М, выбранных из группы, состоящей из Fe, Со, Ni, Сu, Mn, Zn и Sn, при температуре от комнатной до 95°С до получения однородной массы, и затем высушивают, причем последовательность импрегнирования двух вышеуказанных водных растворов может быть также изменена на обратную; и

c. Фильтрационный осадок после ионообмена с аммонием перемешивают с определенным количеством перемешанного водного раствора фосфорсодержащего соединения и соединения, содержащего один или несколько переходных металлов М, выбранных из группы, состоящей из Fe, Со, Ni, Сu, Mn, Zn и Sn, при температуре от комнатной до 95°С до получения однородной массы, и затем смесь высушивают.

Указанный ионообмен может быть осуществлен с использованием следующего способа.

Фильтрационный осадок после ионообмена с аммонием перемешивают с определенным количеством водного раствора фосфорсодержащего соединения при температуре от комнатной до 95°С до получения однородной массы, затем смесь высушивают и прокаливают при температуре 400-800°С, после этого полученная твердую массу перемешивают с определенным количеством водного раствора соединения, содержащего один или несколько переходных металлов М, выбранных из группы, состоящей из Fe, Со, Ni, Сu, Mn, Zn и Sn, с отношением твердой и жидкой фаз 1:(5-20) до получения однородной массы, при температуре 80-95°С в течение 2-3 часов и затем фильтруют, причем стадию ионообмена можно повторить несколько раз, после чего полученный образец промывают многократно водой и высушивают.

В способе получения модифицированного бета-цеолита в соответствии с настоящим изобретением в качестве соли аммония обычно используется известная неорганическая соль, такая как соль, выбранная из хлорида аммония, сульфата аммония, нитрата аммония или их смеси.

В способе получения модифицированного бета-цеолита в соответствии с настоящим изобретением упомянутое фосфорсодержащее соединение выбирается из ортофосфорной кислоты, кислого диаммонийфосфата, дигидрофосфата аммония, фосфата аммония или их смесей.

В способе получения модифицированного бета-цеолита в соответствии с настоящим изобретением упомянутое соединение, содержащее один или несколько переходных металлов, выбираемых из Fe, Со, Ni, Сu, Mn, Zn и Sn, выбирается из соответствующих растворимых в воде солей указанных металлов, таких как их сульфаты, нитраты и хлориды.

В способе получения модифицированного бета-цеолита в соответствии с настоящим изобретением высушивание (сушка) может выполняться с использованием обычных способов и температура высушивания может быть в интервале от комнатной до 350°С, предпочтительно 100-200°С. Кроме того, прокаливание выполняется при обычной температуре прокаливания, в общем случае 400-800°С, предпочтительно 450-700°С.

При получении модифицированного бета-цеолита конкретный тип исходного бета-цеолита не указывается. Это может быть бета-цеолит, обычно используемый в технике или имеющийся на рынке, или же он может быть получен с использованием одного из известных способов. В предпочтительном варианте осуществления изобретения в качестве исходного бета-цеолита может использоваться натриевый бета-цеолит. Если натриевый бета-цеолит содержит органический матричный компонент, то вышеуказанная процедура должна выполняться после удаления этого компонента. Кроме того, содержание натрия в таком натриевом бета-цеолите должно удовлетворять требованиям содержания натрия в безводном химическом составе бета-цеолита, содержащего фосфор и переходный металл М. Если содержание натрия не удовлетворяет указанным требованиям, то может быть использован процесс ионообмена с аммонием для удаления натрия из исходного натриевого бета-цеолита. В этом отношении стадия ионообмена с аммонием не является обязательной для получения модифицированного бета-цеолита.

В способе получения модифицированного бета-цеолита в соответствии с настоящим изобретением используемые устройства и способы регулирования условий конкретно не указываются, и это могут быть обычно используемые в технике устройства и способы регулирования.

Ниже описывается другой важный компонент, термостойкий неорганический оксид, предлагаемого в изобретении катализатора конверсии углеводородов.

Такой термостойкий неорганический оксид не указывается конкретно, однако предпочтительно он выбирается из одного или нескольких термостойких неорганических оксидов, используемых в качестве матрицы, и связующего компонента катализатора крекинга, например глинозема, кремнезема и аморфного алюмосиликата. Такие термостойкие неорганические оксиды и способы их получения хорошо известны специалистам в данной области техники. Указанный термостойкий неорганический оксид может предлагаться на рынке или же он может быть получен из прекурсоров с использованием известных способов.

Кроме того, прекурсоры такого термостойкого неорганического оксида могут быть использованы непосредственно вместо него для получения предлагаемого в настоящем изобретении катализатора углеводородов. Таким образом, термин "термостойкий неорганический оксид" охватывает и сами термостойкие неорганические оксиды, и их прекурсоры.

Под прекурсорами указанного термостойкого неорганического оксида в настоящем описании понимаются вещества, способные формировать термостойкий неорганический оксид при получении предлагаемого в настоящем изобретении катализатора углеводородов. В частности, например, прекурсоры глинозема могут быть выбраны из группы, состоящей из гидратированного глинозема и/или золя оксида алюминия, причем гидратированный глинозем может быть выбран, например, из группы, состоящей из бемита, псевдобемита, тригидрата алюминия и аморфной гидроокиси алюминия. Прекурсоры упомянутого кремнезема могут быть, например, одним или несколькими прекурсорами, выбранными из группы, состоящей из золя кремнистой кислоты, геля кремнистой кислоты и жидкого стекла. Далее, прекурсоры упомянутого аморфного алюмосиликата могут быть одним или несколькими прекурсорами, выбранными из группы, состоящей из золя алюмосиликата, смеси золя кремнистой кислоты и золя оксида алюминия, и геля алюмосиликата. Кроме того, прекурсоры такого термостойкого неорганического оксида и способы их получения также хорошо известны специалистам в данной области техники.

Предлагаемый в настоящем изобретении катализатор углеводородов может содержать глину (необязательный компонент). Такая глина не указывается конкретно, но предпочтительно используется одна или несколько глин, выбранных из группы, состоящей из глин, обычно используемых в качестве активных компонентов катализаторов крекинга. Например, в качестве глины может использоваться одна или несколько глин, выбранных из группы, состоящей из каолина, галлуазита, монтмориллонита, диатомита, энделлита, сапонита, ректорита, сепиолита, аттапульгита, гидроталькита и бентонита, и предпочтительно одна или несколько глин, выбранных из группы, состоящей из каолина, галлуазита и монтмориллонита. Указанные глины и способы их получения хорошо известны специалистам в данной области техники или имеются на рынке.

Приведенные ниже примеры получения предлагаемого в настоящем изобретении катализатора углеводородов являются иллюстрациями изобретения и никоим образом не ограничивают его объем.

Весь или часть термостойкого неорганического оксида и/или его прекурсора смешивают с водой и перемешивают до получения суспензии. В полученную суспензию может быть добавлена глина. На этой стадии в суспензию может быть дополнительно добавлена оставшаяся часть термостойкого неорганического оксида и/или его прекурсора. Затем в суспензию добавляют вышеуказанную смесь цеолитов, перемешивают до получения однородной суспензии, высушивают и прокаливают. Перед добавлением смеси цеолитов, перед добавлением глины или после этого, в полученную суспензию добавляют кислоту для доведения рН суспензии до уровня 1-5. После того как уровень рН окажется в указанном диапазоне, полученную суспензию выдерживают в течение 0,1-10 часов при температуре 30-90°С. После стадии выдерживания в суспензию добавляют оставшуюся часть термостойкого неорганического оксида и/или его прекурсора.

В способе получения предлагаемого в настоящем изобретении катализатора углеводородов глина может быть добавлена до стадии выдерживания суспензии или после этой стадии. Последовательность добавления глины не влияет на характеристики предлагаемого в настоящем изобретении катализатора углеводородов.

В способе получения предлагаемого в настоящем изобретении катализатора углеводородов весь термостойкий неорганический оксид и/или его прекурсор (или их часть) может быть добавлен до стадии выдерживания. Для того чтобы повысить прочность катализатора к истиранию, часть термостойкого неорганического оксида и/или его прекурсора предпочтительно добавляют до стадии выдерживания и затем остающуюся часть термостойкого неорганического оксида и/или его прекурсора добавляют после стадии выдерживания. В последнем случае весовое отношение части, добавляемой сначала, к части, добавляемой позже, составляет 1:0,1-10, более предпочтительно 1:0,1-5.

В способе получения предлагаемого в настоящем изобретении катализатора углеводородов для регулирования уровня рН суспензии в нее добавляют кислоту. В качестве такой кислоты используется одна или несколько кислот, выбранных из группы, состоящей из растворимых в воде неорганических и органических кислот, предпочтительно одна или несколько кислот, выбранных из группы, состоящей из хлористоводородной кислоты, азотной кислоты, ортофосфорной кислоты и карбоновой кислоты с числом атомов углерода 1-10, в количестве, достаточном для обеспечения рН суспензии на уровне 1-5, предпочтительно на уровне 1,5-4.

В способе получения предлагаемого в настоящем изобретении катализатора углеводородов указанное выдерживание осуществляют в течение 0,5-8 часов при температуре 40-80°С.

Способы сушки суспензии и условия такой сушки хорошо известны специалистам в данной области техники. Например, такая сушка может быть выбрана из группы, состоящей из сушки на воздухе, горячей сушки, сушки с принудительной подачей воздуха и сушки распылением, предпочтительно используется сушка распылением. Температура сушки может находиться в диапазоне от комнатной температуры до 400°С, предпочтительно 100-350°С. Для обеспечения оптимального режима для сушки распылением содержание сухого вещества в суспензии перед сушкой предпочтительно должно составлять 10-50 вес.%, более предпочтительно 20-50 вес.%.

Условия прокаливания, выполняемого после сушки, также хорошо известны специалистам в данной области техники. Как правило, прокаливание выполняют при температуре 400-700°С, предпочтительно 450-650°С, по меньшей мере в течение 0,5 часа, предпочтительно в течение 0,5-100 часов, более предпочтительно в течение 0,5-10 часов.

Предлагаемый в настоящем изобретении катализатор имеет повышенную способность по конверсии углеводородов нефти и обеспечивает более высокий выход легких олефинов, в особенности пропилена.

Примеры

Следующие примеры предназначены для дополнительной иллюстрации настоящего изобретения, без ограничения его объема.

В Примерах 1-10 описывается бета-цеолит, модифицированный фосфором и переходным металлом М, и способ его получения. Содержание Na₂O, Fe₂O₃, Со₂O₃, NiO, CuO, Mn₂O₃, ZnO, SnO₂, Al₂O₃ и SiO₂ в каждом образце модифицированного бета-цеолита измерялось с использованием способа рентгеновской флюоресценции (см. также публикацию "Аналитические методы в нефтехимической промышленности" (RIPP Experiment Techniques), под ред. Yang Cuiding и др., издательство "Science Press", 1990).

Все указанные ниже реагенты являются химически чистыми реагентами (в противном случае даются соответствующие примечания и пояснения).

Пример 1

100 г (в пересчете на сухое вещество) бета-цеолита производства компании Qilu Catalyst Company, отношение SiO₂/Al₂O₃ = 25, обрабатывали и промывали раствором NH₄Cl до получения содержания Na₂O, не превышающего 0,2 вес.%, затем фильтровали для получения фильтрационного осадка, 6,8 г Н₃РO₄ (концентрация 85%) и 3,2 г Cu(NO₃)₂·3H₂O растворяли в 90 г воды, после этого перемешивали с фильтрационным осадком для осуществления импрегнирования, высушивали, прокаливали в течение 2 часов при температуре 550°С, после чего получали модифицированный бета-цеолит В1, содержащий фосфор и переходный металл Сu.

Он имел следующий безводный химический состав:

0,1 Na₂O·8,2Al₂O₃·4,0P₂O₅·1,0CuO·86,7SiO₂.

Пример 2

100 г (в пересчете на сухое вещество) бета-цеолита обрабатывали и промывали раствором NH₄Cl до получения содержания Na₂O, не превышающего 0,2 вес.%, затем фильтровали для получения фильтрационного осадка, 12,5 г Н₃РО₄ (концентрация 85%) и 6,3 г CuCl₂ растворяли в 90 г воды, после этого перемешивали с фильтрационным осадком для осуществления импрегнирования, высушивали, прокаливали в течение 2 часов при температуре 550°С, после чего получали модифицированный бета-цеолит В2, содержащий фосфор и переходный металл Сu. Он имел следующий безводный химический состав:

0,1Na₂O·7,0Al₂O₃·6,9P₂O₅·3,5CuO·82,5SiO₂.

Пример 3

100 г (в пересчете на сухое вещество) бета-цеолита обрабатывали и промывали раствором NH₄Cl до получения содержания Na₂O, не превышающего 0,2 вес.%, затем фильтровали для получения фильтрационного осадка; 4,2 г NH₄H₂PO₄ растворяли в 60 г воды, после этого перемешивали с фильтрационным осадком для осуществления импрегнирования, высушивали, прокаливали в течение 2 часов при температуре 550°С; вышеуказанный образец обрабатывали раствором Сu(NО₃)₂ (концентрация 5%) при отношении твердой фазы к жидкой фазе, равном 1:5, в течение 2 часов при температуре 80-90°С, фильтровали и обработку осуществляли несколько раз, пока не было получено заданное количество, затем прокаливали в течение 2 часов при температуре 550°С, после чего получали модифицированный бета-цеолит В3, содержащий фосфор и переходный металл Сu. Он имел следующий безводный химический состав:

0,03Na₂O·2,0Al₂O₃·2,5P₂O₅·2,1CuO·93,4SiO₂.

Пример 4

100 г (в пересчете на сухое вещество) бета-цеолита обрабатывали и промывали раствором NH₄Cl до получения содержания Na₂O, не превышающего 0,2 вес.%, затем фильтровали для получения фильтрационного осадка, 7,1 г Н₃РО₄ (концентрация 85%) и 8,1 г Fe(NO₃)₃·9H₂O растворяли в 90 г воды, после этого перемешивали с фильтрационным осадком для осуществления импрегнирования, высушивали, прокаливали в течение 2 часов при температуре 550°С, после чего получали модифицированный бета-цеолит В4, содержащий фосфор и переходный металл Fe. Он имел следующий безводный химический состав:

0,1Na₂О·6,0Аl₂О₃·4,1Р₂O₅·1,5Fe₂O₃·88,3SiO₂.

Пример 5

100 г (в пересчете на сухое вещество) бета-цеолита обрабатывали и промывали раствором NH₄Cl до получения содержания Na₂O, не превышающего 0,2 вес.%, затем фильтровали для получения фильтрационного осадка, 10,3 г Н₃РО₄ (концентрация 85%) и 39,6 г Co(NO₃)₂·6H₂O растворяли в 90 г воды, после этого перемешивали с фильтрационным осадком для осуществления импрегнирования, высушивали, прокаливали в течение 2 часов при температуре 550°С, после чего получали модифицированный бета-цеолит В5, содержащий фосфор и переходный металл Со. Он имел следующий безводный химический состав:

0,1Na₂O·6,7Al₂O₃·5,4P₂O₅·9,6Co₂O₃·78,2SiO₂.

Пример 6

100 г (в пересчете на сухое вещество) бета-цеолита обрабатывали и промывали раствором NH₄Cl до получения содержания Na₂O, не превышающего 0,2 вес.%, затем фильтровали для получения фильтрационного осадка, 7,5 г Н₃РO₄ (концентрация 85%) и 6,7 г Ni(NO₃)₂·6H₂O растворяли в 90 г воды, после этого перемешивали с фильтрационным осадком для осуществления импрегнирования, высушивали, прокаливали в течение 2 часов при температуре 550°С, после чего получали модифицированный бета-цеолит В6, содержащий фосфор и переходный металл Ni. Он имел следующий безводный химический состав:

0,08Na₂O·6,0Al₂O₃·4,3P₂O₅·1,8NiO·87,8SiO₂.

Пример 7

100 г (в пересчете на сухое вещество) бета-цеолита обрабатывали и промывали раствором NH₄Cl до получения содержания Na₂О, не превышающего 0,2 вес.%, затем фильтровали для получения фильтрационного осадка, 6,9 г Н₃РО₄ (концентрация 85%) и 16,1 г Mn(NO₃)₂ растворяли в 90 г воды, после этого перемешивали с фильтрационным осадком для осуществления импрегнирования, высушивали, прокаливали в течение 2 часов при температуре 550°С, после чего получали модифицированный бета-цеолит В7, содержащий фосфор и переходный металл Мn. Он имел следующий безводный химический состав:

0,09Na₂O·1,9Al₂O₃·3,8P₂O₅·6,4Mn₂O₃·87,8SiO₂.

Пример 8

100 г (в пересчете на сухое вещество) бета-цеолита обрабатывали и промывали раствором NH₄Cl до получения содержания Na₂O, не превышающего 0,2 вес.%, затем фильтровали для получения фильтрационного осадка, 2,5 г Н₃РО₄ (концентрация 85%) и 6,1 г Zn(NO₃)₂·6H₂O растворяли в 90 г воды, после этого перемешивали с фильтрационным осадком для осуществления импрегнирования, высушивали, прокаливали в течение 2 часов при температуре 550°С, после чего получали модифицированный бета-цеолит В8, содержащий фосфор и переходный металл Zn. Он имел следующий безводный химический состав:

0,15Na₂O·1,3Al₂O₃·1,5Р₂O₅·1,6ZnO·95,8SiO₂.

Пример 9

100 г (в пересчете на сухое вещество) бета-цеолита обрабатывали и промывали раствором NH₄Cl до получения содержания Na₂O, не превышающего 0,2 вес.%, затем фильтровали для получения фильтрационного осадка, 7,1 г Н₃РО₄ (концентрация 85%) и 4,2 г SnCl₄·5H₂O растворяли в 90 г воды, после этого перемешивали с фильтрационным осадком для осуществления импрегнирования, высушивали, прокаливали в течение 2 часов при температуре 550°С, после чего получали модифицированный бета-цеолит В9, содержащий фосфор и переходный металл Sn. Он имел следующий безводный химический состав:

0,11 Na₂O·6,3Al₂O₃·4,1Р₂O₅·1,7SnO₂·87,8SiO₂.

Пример 10

100 г (в пересчете на сухое вещество) бета-цеолита обрабатывали и промывали раствором NH₄Cl до получения содержания Na₂O, не превышающего 0,2 вес.%, затем фильтровали для получения фильтрационного осадка, 7,1 г Н₃РО₄ (концентрация 85%), 3,2 г Cu(NO₃)₂·3H₂O и 5,3 г Fe(NO₃)₃·9H₂O растворяли в 90 г воды, после этого перемешивали с фильтрационным осадком для осуществления импрегнирования, высушивали и полученный образец прокаливали в течение 2 часов при температуре 550°С, после чего получали модифицированный бета-цеолит В10, содержащий фосфор и переходные металлы Fe и Сu. Он имел следующий безводный химический состав:

0,11 Nа₂О·5,9Аl₂О₃·4,1Р₂O₅·1,0CuO·1,0Fe₂O₃·87,9SiO₂.

Примеры 11-20 используются для иллюстрации предлагаемых в настоящем изобретении катализаторов конверсии углеводородов и способов их получения. Для получения катализатора использовались следующие исходные материалы:

Глина:

галлуазит - промышленная продукция компании Suzhou Porcelain Clay Corporation, содержание сухого вещества 71,6 вес.%;

каолин - промышленная продукция компании Suzhou Kaolin Corporation, содержание сухого вещества 76 вес.%;

монтмориллонит - промышленная продукция компании Zhejiang Fenghong Clay Co., содержание сухого вещества 95 вес.%.

Термостойкий неорганический оксид или его прекурсор:

псевдобемит - промышленная продукция компании Shandong Aluminum Factory, содержание сухого вещества 62,0 вес.%;

золь оксида алюминия - производство компании Qilu Catalyst Factory, содержание Аl₂О₃ 21,5 вес.%; и

золь кремнистой кислоты - производство компании Beijing Chemical Factory, содержание диоксида кремния 16,0 вес.%.

Все цеолиты с крупными порами произведены компанией Qilu Catalyst Factory под следующими товарными знаками:

DASY 2.0 имеет следующие физико-химические характеристики: размер элементарной ячейки - 2,446 нм, содержание Na₂O 1,1 вес.%, содержание оксидов редкоземельных элементов RE₂O₃ 2,0 вес.%, при этом содержание оксида лантана 1,06 вес.%, содержание оксида церия 0,26 вес.%, и содержание других оксидов редкоземельных элементов 0,68 вес.%.

USY имеет следующие физико-химические характеристики: размер элементарной ячейки 2,445 нм, содержание Na₂O 0,36 вес.%.

DASY 0.0 имеет следующие физико-химические характеристики: размер элементарной ячейки 2,443 нм, содержание Na₂O 0,85 вес.%.

DASY 6.0 имеет следующие физико-химические характеристики: размер элементарной ячейки 2,451 нм, содержание Na₂O 1,6 вес.%, содержание оксидов редкоземельных элементов RЕ₂O₃ 6,2 вес.%, при этом содержание оксида лантана 3,29 вес.%, содержание оксида церия 0,81 вес.%, и содержание других оксидов редкоземельных элементов 2,10 вес.%.

REHY имеет следующие физико-химические характеристики: размер элементарной ячейки 2,465 нм, содержание Na₂O 3,2 вес.%, содержание оксидов редкоземельных элементов RE₂O 3-7,0 вес.%, при этом содержание оксида лантана 3,71 вес.%, содержание оксида церия 0,91 вес.%, и содержание других оксидов редкоземельных элементов 2,38 вес.%.

Все цеолиты с MFI-структурой произведены компанией Qilu Catalyst Factory под следующими товарными знаками:

ZSP-2, в котором отношение SiO₂/Аl₂О₃ = 70, содержание Na₂O 0,03 вес.%, Р₂O₅ 4,9 вес.% и Fe₂O₃ 2,1 вес.%.

ZRP-1, в котором отношение SiO₂/Al₂O₃ = 30, содержание Na₂O 0,17 вес.%, содержание оксидов редкоземельных элементов RE₂O₃ 1,4 вес.%, при этом содержание оксида лантана 0,84 вес.%, содержание оксида церия 0,18 вес.%, и содержание других оксидов редкоземельных элементов 0,38 вес.%.

ZSP-1, в котором отношение SiO₂/Al₂O₃ = 30, содержание Nа₂О 0,1 вес.%, Р₂O₅ 2,0 вес.%, и Fe₂O₃ 0,9 вес.%.

ZSP-5, в котором отношение SiO₂/Аl₂О₃ = 50, содержание Nа₂О 0,05 вес.% и Р₂O₅ 4,0 вес.%.

Пример 11

К 25,0 кг декатионированной воды добавляли 6,3 кг галлуазита и суспендировали. Затем в полученную суспензию добавляли 4,0 кг псевдобемита, с помощью хлористоводородной кислоты уровень рН доводили до 2, перемешивали до получения однородной смеси и выдерживали в течение 1 часа при температуре 70°С. Затем добавляли 1,4 кг золя оксида алюминия (весовое отношение термостойкого неорганического оксида (или его прекурсора), добавляемого перед стадией выдерживания и после нее, составляло 1:0,12), после перемешивания до получения однородной смеси добавляли 7,7 кг суспензии, полученной путем перемешивания с водой смеси 0,6 кг (в пересчете на сухое вещество) модифицированного бета-цеолита В1, 0,6 кг (в пересчете на сухое вещество) сверхустойчивого Y-цеолита DASY 2.0 и 1,5 кг (в пересчете на сухое вещество) цеолита ZSP-2 с MFI-структурой, и перемешивали до получения однородной смеси с содержанием сухого вещества 22,5 вес.%. Полученную суспензию высушивали распылением и сухое вещество получали при температуре 250°С в форме частиц диаметром 20-150 мкм. Затем полученные частицы прокаливали в течение 2 часов при температуре 550°С для получения катализатора С₁. Состав катализатора С₁ приведен в Таблице 1.

Пример 12

Катализатор С2 получали в соответствии со способом, описанным в

Примере 11, за исключением того, что вместо бета-цеолита В1 использовали

такое же количество модифицированного бета-цеолита В2. Состав катализатора С2 приведен в Таблице 1.

Пример 13

Катализатор С3 получали в соответствии со способом, описанным в Примере 11, за исключением того, что вместо бета-цеолита В1 использовали такое же количество модифицированного бета-цеолита В4. Состав катализатора С3 приведен в Таблице 1.

Пример 14

Катализатор С4 получали в соответствии со способом, описанным в Примере 11, за исключением того, что вместо бета-цеолита В1 использовали такое же количество модифицированного бета-цеолита В10. Состав катализатора С4 приведен в Таблице 1.

Сравнительный Пример 1

В этом сравнительном примере используются сравнительные катализаторы, содержащие бета-цеолит, не модифицированный фосфором и переходным металлом, и способы их получения.

Сравнительный катализатор СВ1 получали в соответствии со способом, описанным в Примере 11, за исключением того, что вместо бета-цеолита В1 использовали бета-цеолит (как в Примере 1), не модифицированный фосфором и переходным металлом. Состав сравнительного катализатора СВ1 приведен в Таблице 1.

Сравнительный Пример 2

В этом сравнительном примере используются сравнительные катализаторы, не содержащие бета-цеолит, и способы их получения.

Сравнительный катализатор СВ2 получали в соответствии со способом, описанным в Примере 11, за исключением того, что не добавляли бета-цеолит, и сверхустойчивый Y-цеолит DASY 2.0 использовали в количестве 1,2 кг (в пересчете на сухое вещество). Состав сравнительного катализатора СВ2 приведен в Таблице 1.

Пример 15

К 12,5 кг декатионированной воды добавляли 4,0 кг псевдобемита, с помощью азотной кислоты доводили уровень рН до 2, перемешивали до получения однородной смеси и выдерживали в течение 5 часов при температуре 50°С для получения выдержанного продукта.

2,3 кг золя оксида алюминия (весовое отношение термостойкого неорганического оксида (или его прекурсора), добавляемого перед стадией выдерживания и после нее, составляло 1:0,2) добавляли к 2,5 кг декатионированной воды. Затем добавляли 4,0 кг каолина, суспендировали и перемешивали до получения однородной смеси. Затем вышеуказанный выдержанный продукт и 11,4 кг суспензии, полученной суспендированием в декатионированной воде смеси 0,5 кг (в пересчете на сухое вещество) модифицированного бета-цеолита В3, 2,5 кг (в пересчете на сухое вещество) сверхустойчивого Y-цеолита USY и 1,0 кг (в пересчете на сухое вещество) цеолита ZRP-1 с MFI-структурой, перемешивали до получения однородной смеси для получения суспензии с содержанием сухого вещества 27,2 вес.%. Полученную суспензию высушивали распылением и сухое вещество получали при температуре 220°С в форме частиц диаметром 20-150 мкм. Затем полученные частицы прокаливали в течение 4 часов при температуре 520°С для получения катализатора С5. Состав катализатора С5 приведен в Таблице 2.

Пример 16

3,9 кг каолина и 1,1 кг монтмориллонита добавляли к 18,0 кг декатионированой воды и суспендировали. В суспензию добавляли 4,0 кг псевдобемита (прекурсоры термостойкого неорганического оксида добавляли перед выдерживанием), с помощью хлористоводородной кислоты доводили уровень рН суспензии до 3, перемешивали до получения однородной смеси и выдерживали в течение 2 часов при температуре 60°С. Затем добавляли 10,0 кг суспензии, полученной суспендированием в воде смеси 0,5 кг (в пересчете на сухое вещество) модифицированного бета-цеолита В5, содержащего фосфор и переходный металл Со, 0,5 кг (в пересчете на сухое вещество) Y-цеолита REHY и 1,0 кг (в пересчете на сухое вещество) цеолита ZRP-1 с MFI-структурой, и перемешивали до получения однородной смеси для получения суспензии с содержанием сухого вещества 27,0 вес.%. Полученную суспензию высушивали распылением и сухое вещество получали при температуре 280°С в форме частиц диаметром 20-150 мкм. Затем полученные частицы прокаливали в течение 2,5 часов при температуре 580°С для получения катализатора С6. Состав катализатора С6 приведен в Таблице 2.

Пример 17

К 17,8 кг декатионированной воды добавляли 4,2 кг галлуазита и суспендировали. Затем в полученную суспензию добавляли 4,0 кг псевдобемита, с помощью хлористоводородной кислоты доводили уровень рН до 3,5, перемешивали до получения однородной смеси и выдерживали в течение 0,5 часа при температуре 75°С. Затем добавляли 2,3 кг золя оксида алюминия (весовое отношение термостойкого неорганического оксида (или его прекурсора), добавляемого перед стадией выдерживания и после нее, составляло 1:0,2) и перемешивали до получения однородной смеси. Затем добавляли 11,4 кг суспензии, полученной суспендированием в воде смеси 1,0 кг (в пересчете на сухое вещество) модифицированного бета-цеолита В6, содержащего фосфор и переходный металл Ni, 1,0 кг (в пересчете на сухое вещество) сверхустойчивого Y-цеолита DASY 0.0 и 2,0 кг (в пересчете на сухое вещество) цеолита ZRP-1 с MFI-структурой, и перемешивали до получения однородной смеси для получения суспензии с содержанием сухого вещества 25,2 вес.%. Полученную суспензию высушивали распылением и сухое вещество получали при температуре 250°С в форме частиц диаметром 20-150 мкм. Затем полученные частицы прокаливали в течение 1 часа при температуре 600°С для получения катализатора С7. Состав катализатора С7 приведен в Таблице 2.

Пример 18

К 20,0 кг декатионированной воды добавляли 4,9 кг галлуазита и суспендировали. Затем в полученную суспензию добавляли 4,0 кг псевдобемита, с помощью хлористоводородной кислоты доводили уровень рН до 3,5, перемешивали до получения однородной смеси и выдерживали в течение 0,5 часа при температуре 75°С. Затем добавляли 2,3 кг золя оксида алюминия (весовое отношение термостойкого неорганического оксида (или его прекурсора), добавляемого перед стадией выдерживания и после нее, составляло 1:0,2) и перемешивали до получения однородной смеси. Затем добавляли 10,0 кг суспензии, полученной суспендированием в воде смеси 0,2 кг (в пересчете на сухое вещество) модифицированного бета-цеолита В7, содержащего фосфор и переходный металл Мn, 0,8 кг (в пересчете на сухое вещество) сверхустойчивого Y-цеолита DASY 2.0 и 2,0 кг (в пересчете на сухое вещество) цеолита ZRP-1 с MFI-структурой, и перемешивали до получения однородной смеси для получения суспензии с содержанием сухого вещества 24,3 вес.%. Полученную суспензию высушивали распылением и сухое вещество получали при температуре 250°С в форме частиц диаметром 20-150 мкм. Затем полученные частицы прокаливали в течение 1 часа при температуре 600°С для получения катализатора С8. Состав катализатора С8 приведен в Таблице 2.

Пример 19

К 15,6 кг декатионированной воды добавляли 3,5 кг галлуазита и суспендировали. Затем в полученную суспензию добавляли 4,0 кг псевдобемита, с помощью хлористоводородной кислоты доводили уровень рН до 4, перемешивали до получения однородной смеси и выдерживали в течение 1 часа при температуре 60°С. Затем добавляли 4,7 кг золя оксида алюминия (весовое отношение термостойкого неорганического оксида (или его прекурсора), добавляемого перед стадией выдерживания и после нее, составляло 1:0,4) и перемешивали до получения однородной смеси. Затем добавляли 11,4 кг суспензии, полученной суспендированием в воде смеси 0,5 кг (в пересчете на сухое вещество) модифицированного бета-цеолита В8, 0,5 кг (в пересчете на сухое вещество) сверхустойчивого Y-цеолита DASY 6.0 и 3,0 кг (в пересчете на сухое вещество) цеолита ZRP-5 с MFI-структурой, и перемешивали до получения однородной смеси для получения суспензии с содержанием сухого вещества 25,5 вес.%. Полученную суспензию высушивали распылением и сухое вещество получали при температуре 220°С в форме частиц диаметром 20-150 мкм. Затем полученные частицы прокаливали в течение 2 часов при температуре 550°С для получения катализатора С9. Состав катализатора С9 приведен в Таблице 2.

Пример 20

К 12,0 кг декатионированной воды добавляли 3,2 кг галлуазита и суспендировали. С помощью хлористоводородной кислоты получали уровень рН, равный 3, перемешивали до получения однородной смеси и выдерживали в течение 6 часов при температуре 55°С. Затем добавляли 21,9 кг золя кремнистой кислоты и 2,3 кг золя оксида алюминия (весовое отношение термостойкого неорганического оксида (или его прекурсора), добавляемого перед стадией выдерживания и после нее, составляло 1:2) и перемешивали до получения однородной смеси. Затем добавляли 11,4 кг суспензии, полученной суспендированием в воде смеси 1,0 кг (в пересчете на сухое вещество) модифицированного бета-цеолита В9, 3,0 кг (в пересчете на сухое вещество) цеолита ZRP-5 с MFI-структурой, и перемешивали до получения однородной смеси для получения суспензии с содержанием сухого вещества 19,7 вес.%. Полученную суспензию высушивали распылением и сухое вещество получали при температуре 250°С в форме частиц диаметром 20-150 мкм. Затем полученные частицы прокаливали в течение 2 часов при температуре 550°С для получения катализатора С10. Состав катализатора С10 приведен в Таблице 2.

Примеры 21-24

Примеры 21-24 используются для описания эффективности действия предлагаемого в настоящем изобретении катализатора конверсии углеводородов.

Катализаторы С1-С4 выдерживались в течение 14 часов в атмосфере 100% пара при температуре 800°С. Использовался реактор небольших размеров со стационарным псевдоожиженным слоем, и в реактор подавалось 180 г катализатора. Выдержанные катализаторы оценивались путем подачи смеси газойля вакуумной перегонки и пара (количество пара составляло 25% от веса газойля) при следующих условиях осуществления реакции: температура 560°С, отношение количества катализатора к количеству газойля 10, и среднечасовая скорость подачи сырья 4 1/час. Характеристики газойля вакуумной перегонки приведены в Таблице 3, и результаты оценки приведены в Таблице 4.

Сравнительные Примеры 3-4

Сравнительные Примеры 3-4 используются для иллюстрации эффективности действия сравнительных катализаторов.

Сравнительные катализаторы СВ1 и СВ2 оценивались с использованием такой же подачи газойля, как и в Примере 21, и полученные результаты приведены в Таблице 4.

Таблица 3 Подаваемый газойль Газойль вакуумной перегонки Продукт отгонки Плотность (20°С), г/см³ 0,8764 0,8906 Вязкость (80°С), мм²/с 12,06 24,84 Асфальтен, вес.% - 0,8   0,93 4,3 Интервал отбора фракций, °С     IBP 246 282 10 об.% 430 370 30 об.% 482 482 50 об.% 519 553 70 об.% 573 (75,2 об.%) - 90 об.% - - FBP - -

Таблица 4 Номер Примера 21 22 23 24 3 (сравн.) 4 (сравн.) Катализатор С1 С2 С3 С4 СВ1 СВ2 Конверсия 90,2 90,0 90,4 90,7 88,7 88,1 Содержание продуктов, вес.%             Сухой газ 10,0 10,5 10,1 10,1 9,1 8,6 СНГ 45,4 44,6 45,8 46,1 44,0 43,6 Бензин 22,4 22,3 22,2 21,7 23,9 24,7 Дизельное топливо 5,5 5,6 5,4 5,3 5,9 6,2 Тяжелое дизельное топливо 4,3 4,4 4,2 4,0 5,4 5,7 Кокс 12,4 12,6 12,3 12,8 11,7 11,2 где Этилен 5,2 5,3 5,5 5,4 5,1 4,7   Пропилен 18,5 18,3 18,8 19,1 18,0 17,9   Бутилен 12,8 12,7 12,9 12,8 12,2 11,9

Результаты, приведенные в Таблице 4, показывают, что по сравнению со сравнительным катализатором СВ1, выдержанным при таких же условиях и с таким же содержанием цеолитов, причем бета-цеолит не был модифицирован, предлагаемый в настоящем изобретении катализатор конверсии углеводородов повышает способность крекинга тяжелого дизельного топлива на 1,3-2,0%, выход СНГ на 0,6-2,1% и выход легких олефинов (С₂ ⁼+С₃ ⁼+С₄ ⁼) на 1-2%; по сравнению со сравнительным катализатором СВ2, не содержащим бета-цеолит, предлагаемый в настоящем изобретении катализатор конверсии углеводородов повышает способность крекинга тяжелого дизельного топлива на 1,9-2,6%, выход СНГ на 1,0-2,5% и выход легких олефинов (С₂ ⁼+С₃ ⁼+С₄ ⁼) на 1,8-2,8%.

Примеры 25-30

Примеры 25-30 используются для описания эффективности действия предлагаемого в настоящем изобретении катализатора конверсии углеводородов при различных условиях реакции.

Катализаторы С5-С10 выдерживали в течение 17 часов в атмосфере 100% пара при температуре 800°С. Использовался реактор небольших размеров с неподвижным псевдоожиженным слоем, и в реактор подавалось 180 г катализатора. Выдержанные катализаторы оценивали на вводимом продукте отгонки без крекинга. Характеристики продукта отгонки приведены в Таблице 3, а условия реакции и содержание продуктов приведены в Таблице 5.

Таблица 5 Номер Примера 25 26 27 28 29 30 Катализатор С5 С6 С7 С8 С9 С10 Температура реакции, °С 520 520 580 580 620 620 Весовое отношение катализатор/нефтепродукты 10 10 10 10 10 10 Среднечасовая скорость подачи сырья, 1/час 10 10 15 15 20 20 Весовое содержание пара в продукте отгонки, вес.% 12,5 12,5 25 25 37,5 37,5 Конверсия 79,5 78,9 85,6 83,4 86,5 86,6 Содержание продуктов, вес.%             Сухой газ 5,6 5,5 10,3 9,8 12,7 12,6 СНГ 21,9 21,8 39,8 40,7 43,2 42,5 Бензин 43,4 43,1 23,3 22,4 18,3 18,1 Дизельное топливо 14,0 14,1 9,9 10,3 8,6 8,6 Тяжелое дизельное топливо 6,5 7,0 4,5 6,3 4,9 4,8 Кокс 8,6 8,5 12,2 10,5 12,3 13,4 где Этилен 1.5 1,4 5,2 5,1 6,8 6,8   Пропилен 6,5 6,7 13,5 16,7 21,6 21,1   Бутилен 6,2 7,0 12,8 12,5 14,3 14,6

Изобретение относится к катализаторам конверсии углеводородов, содержащим цеолит. Описан катализатор конверсии углеводородов, который содержит (от общего веса катализатора): 1-60 вес.% смеси цеолитов, 5-99 вес.% термостойкого неорганического оксида и 0-70 вес.% глины, причем смесь цеолитов содержит (от общего веса смеси): 1-75 вес.% бета-цеолита, модифицированного фосфором и переходным металлом М, 25-99 вес.% цеолита с MFI-структурой и 0-74 вес.% цеолита с крупными порами, причем безводный химический состав бета-цеолита, модифицированного фосфором и переходным металлом М, имеет следующий вид: (0-0,3)Nа₂O·(0,5-10)Аl₂O₃·(1,3-10)Р₂O₅·(0,7-15)M_xO_y·(64-97)SiO₂ (в скобках указаны массовые проценты оксидов), где переходный металл М - это один или несколько металлов, выбранных из группы, состоящей из Fe, Co, Ni, Сu, Mn, Zn и Sn, х - число атомов переходного металла М и y - число, при котором обеспечивается валентность, соответствующая степени окисления переходного металла М. Технический эффект - повышенная способность к конверсии углеводородов нефти и обеспечение более высокого выхода легких олефинов, в особенности пропилена. 11 з.п. ф-лы, 5 табл.

1. Катализатор конверсии углеводородов, который содержит (от общего веса катализатора): 1-60 вес.% смеси цеолитов, 5-99 вес.% термостойкого неорганического оксида и 0-70 вес.% глины, причем смесь цеолитов содержит (от общего веса смеси): 1-75 вес.% бета-цеолита, модифицированного фосфором и переходным металлом М, 25-99 вес.% цеолита с MFI-структурой и 0-74 вес.% цеолита с крупными порами,
причем безводный химический состав бета-цеолита, модифицированного фосфором и переходным металлом М, имеет следующий вид: (0-0,3)Nа₂O·(0,5-10)Аl₂O₃·(1,3-10)Р₂O₅·(0,7-15)M_xO_y·(64-97)SiO₂ (в скобках указаны массовые проценты оксидов), где переходный металл М - это один или несколько металлов, выбранных из группы, состоящей из Fe, Co, Ni, Сu, Mn, Zn и Sn; х - число атомов переходного металла М, и у - число, при котором обеспечивается валентность, соответствующая степени окисления переходного металла М.

2. Катализатор конверсии углеводородов по п.1, отличающийся тем, что он содержит (от общего веса катализатора): 10-50 вес.% смеси цеолитов, 10-70 вес.% термостойкого неорганического оксида и 0-60 вес.% глины.

3. Катализатор конверсии углеводородов по п.1, отличающийся тем, что безводный химический состав бета-цеолита, модифицированного фосфором и переходным металлом М, имеет следующий вид: (0-0,2)Na₂O·(1-9)Аl₂O₃·(1,5-7)Р₂O₅·(0,9-10)М_xО_y·(75-95)SiO₂.

4. Катализатор конверсии углеводородов по п.3, отличающийся тем, что безводный химический состав бета-цеолита, модифицированного фосфором и переходным металлом М, имеет следующий вид: (0-0,2)Na₂O·(1-9)Аl₂O₃·(2-5)Р₂O₅·(1-3)М_хО_у·(82-95)SiO₂.

5. Катализатор конверсии углеводородов по п.1, отличающийся тем, что в качестве переходного металла М используется один или несколько металлов, выбранных из группы, состоящей из Fe, Co, Ni и Сu.

6. Катализатор конверсии углеводородов по п.5, отличающийся тем, что переходный металл М выбирается из группы, состоящей из Fe и/или Сu.

7. Катализатор конверсии углеводородов по п.1, отличающийся тем, что в качестве цеолита, имеющего MFI-структуру, используется один или несколько цеолитов, выбранных из группы, состоящей из цеолитов ZSM-5 и ZRP.

8. Катализатор конверсии углеводородов по п.7, отличающийся тем, что в качестве цеолита, имеющего MFI-структуру, используется один или несколько цеолитов, выбранных из группы, состоящей из цеолитов ZRP, содержащих редкоземельные элементы, цеолитов ZRP, содержащих фосфор, цеолитов ZRP, содержащих фосфор и редкоземельные элементы, цеолитов ZRP, содержащих фосфор и щелочноземельные металлы, и цеолитов ZRP, содержащих фосфор и переходные металлы.

9. Катализатор конверсии углеводородов по п.1, отличающийся тем, что в качестве цеолита с крупными порами используется один или несколько цеолитов, выбранных из группы, состоящей из фажозита, L-цеолита, бета-цеолита, омега-цеолита, морденита и цеолита ZSM-18.

10. Катализатор конверсии углеводородов по п.9, отличающийся тем, что в качестве цеолита с крупными порами используется один или несколько цеолитов, выбранных из группы, состоящей из Y-цеолита, Y-цеолита, содержащего фосфор и/или редкоземельный элемент, сверхустойчивого Y-цеолита и сверхустойчивого Y-цеолита, содержащего фосфор и/или редкоземельный элемент.

11. Катализатор конверсии углеводородов по п.1, отличающийся тем, что в качестве глины используется одна или несколько глин, выбранных из группы, состоящей из каолина, галлуазита, монтмориллонита, диатомита, энделлита, сапонита, ректорита, сепиолита, аттапульгита, гидроталькита и бентонита.

12. Катализатор конверсии углеводородов по п.1, отличающийся тем, что в качестве глины используется одна или несколько глин, выбранных из группы, состоящей из каолина, галлуазита и монтмориллонита.