楊 靜，雷 紅，王韻金，卓潤生，杜愛華，張明遠(yuǎn)，陳學(xué)文，溫恒忠

(潤和催化劑股份有限公司，四川 樂山 614000)

隨著蘇州陽山優(yōu)質(zhì)高嶺土的開發(fā)殆盡，與此相媲美的、適用于FCC催化劑載體材料的優(yōu)質(zhì)高嶺土源尚未形成規(guī)模，尋找可替換的優(yōu)質(zhì)高嶺土原料是近年FCC催化劑基質(zhì)研究的一個(gè)研究熱點(diǎn)[1-4]。另一方面，隨著國內(nèi)國際FCC催化劑產(chǎn)能過剩跡象的出現(xiàn)[5]，尋找更為廉價(jià)的高嶺土原料不失為降低FCC催化劑生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑之一。

本文對(duì)M高嶺土的粒度、物相、化學(xué)組成以及以其為載體制備的半合成FCC催化劑的理化性能進(jìn)行了研究，并與蘇州高嶺土為對(duì)比，進(jìn)行了M高嶺土用于FCC催化劑載體的可行性研究，以期為工業(yè)生產(chǎn)提供原料特性與工藝適應(yīng)性關(guān)聯(lián)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

Y型分子篩、蘇州高嶺土、M高嶺土、鹽酸、氯化稀土、鋁溶膠、擬薄水鋁石均為工業(yè)品，采自潤和催化劑股份有限公司催化劑廠。

1.2 FCC催化劑制備

圖1 半合成FCC催化劑制備流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of FCC catalyst preparation process

FCC催化劑制備流程示意圖見圖1。將各原材料按一定比例漿化，過膠體磨，經(jīng)噴霧、焙燒、洗滌、干燥，制得催化劑成品。其中將以M高嶺土、蘇州高嶺土為載體制得的催化劑成品分別命名為CAT-M、CAT-S。

1.2 分析評(píng)價(jià)方法

物相分析：采用XRD法，在日本理學(xué)(Rigaku)生產(chǎn)的Ultima IV型X射線衍射儀上進(jìn)行，測(cè)試條件：Cu-ka射線、掃描速度8°/min。

粒徑分布：參照NB/SH/T 0951-2017測(cè)定。

孔體積：參照NB/SH/T 0955-2017測(cè)定。

表觀松密度：參照NB/SH/T 0954-2017測(cè)定。

磨損指數(shù)：參照NB/SH/T 0964-2017測(cè)定。

比表面積：參照NB/SH/T 0959-2017測(cè)定。

化學(xué)組成：參照HG/T 5765-2020、NB/SH/T 0863-2013、NB/SH/T 0950-2017測(cè)定。

催化劑老化：在北京惠爾三吉生產(chǎn)的LH-300型FCC催化劑高溫水熱老化裝置上進(jìn)行。老化條件：在800 ℃、100% H2O(g)下老化17 h。

催化劑微反活性：參照NB/SH/T 0952-2017測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 高嶺土分析數(shù)據(jù)對(duì)比

2.1.1 粒度

M高嶺土及其對(duì)比高嶺土的粒徑分布見表1、圖1。對(duì)半合成FCC催化劑而言，高嶺土原料粒徑越小，催化劑的磨損指數(shù)越好[2]。粒度分析結(jié)果表明，M高嶺土在0.03～0.9 μm區(qū)間的粒徑分布較多，其平均粒徑遠(yuǎn)小于蘇州高嶺土，符合半合成FCC催化劑的制備要求。

表1 高嶺土粒度分布

圖1 高嶺土粒徑分布曲線Fig.1 Particle size distribution curve of kaolin

2.1.2 物相分析

M高嶺土及其對(duì)比高嶺土的物相分析見圖2。物相分析結(jié)果表明：M高嶺土沒有明顯的雜質(zhì)相，晶相物質(zhì)純度較高，其石英含量0.3m%；相對(duì)的，蘇州高嶺土在2θ為26.58°(d=3.3506)處出現(xiàn)一個(gè)明顯的石英晶相特征峰，其石英含量高達(dá)2.4m%。石英是影響FCC催化劑磨損指數(shù)的因素之一，一般而言，石英含量越高，催化劑耐磨損性能越差[6]。物相分析表明，M高嶺土符合FCC催化劑載體原料要求。

圖2 高嶺土XRDFig.2 The XRD patterns of kaolin

2.1.3 化學(xué)組成

M高嶺土中與FCC催化劑性能密切相關(guān)的元素見表2。從表2看出，M高嶺土中Na2O+K2O含量極低，MgO+CaO、SiO2、Fe2O3含量與蘇州高嶺土相當(dāng)。另外，Al2O3含量略低(但也在指標(biāo)范圍內(nèi))，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，Al2O3含量不會(huì)明顯影響FCC催化劑的性能[2]。事實(shí)上，對(duì)高嶺土原料中金屬雜質(zhì)的限制不是很苛刻，這些金屬元素大多以礦物形式存在于晶格中，雖在催化劑制備中不易洗去，但對(duì)催化劑的性能影響不大[4]。綜合來看，M高嶺土的化學(xué)組成符合FCC催化劑原料要求。

表2 高嶺土化學(xué)組成

2.2 催化劑性能對(duì)比

表3 FCC催化劑理化性能

表3為催化劑成品的理化數(shù)據(jù)。由表3可以看出，以M高嶺土為載體制備的催化劑各項(xiàng)理化性能均達(dá)到工業(yè)FCC產(chǎn)品的指標(biāo)要求，與蘇州高嶺土制備的催化劑相比，其磨損指數(shù)較小，同時(shí)0～20 μm和0～40 μm間的細(xì)顆粒分布較少，這保證了催化劑在反應(yīng)器、再生器和循環(huán)管路中處于良好的流化狀態(tài)[7]，比表面、孔體積、表觀松密度、17 h活性相當(dāng)，兩種催化劑的元素含量接近。綜合來看，以M高嶺土為載體制備的半合成FCC催化劑是一種優(yōu)良的FCC催化劑。

3 結(jié) 論

與蘇州高嶺土相比，M高嶺土平均粒徑較小、石英含量、Na2O+K2O含量較低，其他化學(xué)元素含量相當(dāng)；以M高嶺土為載體制備的半合成FCC催化劑磨損指數(shù)較小、0～20 μm和0～40 μm間粒度分布較少，其他理化指標(biāo)相當(dāng)。綜合考慮，M高嶺土符合半合成FCC催化劑制備要求，其制備的催化劑符合工業(yè)FCC催化劑指標(biāo)要求，且具有一定價(jià)格優(yōu)勢(shì)，可用于半合成FCC催化劑的載體材料。