一種碳化法制備高硅大孔無(wú)定形硅鋁干膠的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種碳化法制備高硅大孔無(wú)定形硅鋁干膠的方法,包括如下步驟:(1)分別配制鋁酸鈉溶液和含硅化合物的物料;(2)取鋁酸鈉溶液放置于密閉的壓力反應(yīng)釜內(nèi),在攪拌條件下通入二氧化碳?xì)怏w,將壓力升至0.2~2.0MPa,反應(yīng)溫度控制10~35℃,反應(yīng)過(guò)程維持反應(yīng)壓力;(3)將計(jì)量的含硅化合物溶液加入到反應(yīng)釜中,在攪拌條件下通入二氧化碳?xì)怏w,壓力控制為0.2~2.0MPa,反應(yīng)溫度控制10~35℃,反應(yīng)過(guò)程維持反應(yīng)壓力;(4)中和反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行老化,然后過(guò)濾、洗滌、干燥,得到無(wú)定形硅鋁干膠產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明方法提高了二氧化碳利用率,改善了中和反應(yīng)的環(huán)境,有利于改善無(wú)定形硅鋁產(chǎn)品的質(zhì)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種碳化法制備高硅大孔無(wú)定形硅鋁干膠的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無(wú)定形硅鋁的制備方法,特別是一種用二氧化碳中和法(即碳化法)制備大孔無(wú)定形硅鋁干膠的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)定形硅鋁作為固體酸催化劑活性組分或負(fù)載型催化劑載體,有較好的烴類(lèi)裂解活性和良好的孔結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在提高中油選擇性和緩解稠環(huán)芳烴聚集方面起著十分重要的作用。無(wú)定形硅鋁具有一定的孔容和比表面積,因而在煉油和石油化工中可以用作催化劑載體或吸附劑。作為催化劑載體的無(wú)定形硅鋁,要求其本身必須有較大的比表面和孔容,以保證催化劑活性組分的分散,而作為裂化催化劑的載體,無(wú)定形硅鋁還必須具有一定的裂解活性(即酸性)。
[0003]近年來(lái),由于無(wú)定形硅鋁在選擇性裂解稠環(huán)芳烴方面,具有突出的性能,隨著石化工業(yè)的迅速發(fā)展,市場(chǎng)對(duì)無(wú)定形硅鋁的需求量不斷增加。然而,環(huán)保指標(biāo)不斷提高,工業(yè)催化劑及其相關(guān)原材料的清潔生產(chǎn),受到越來(lái)越多的關(guān)注,現(xiàn)有氯化鋁或硫酸鋁法生產(chǎn)的無(wú)定形硅鋁干膠產(chǎn)品過(guò)程都會(huì)排放大量的氨氮廢物,環(huán)保問(wèn)題日益嚴(yán)峻,無(wú)定形硅鋁干膠產(chǎn)品的清潔生產(chǎn)變得越來(lái)越為重要。無(wú)定形硅鋁的制備方法主要有氯化鋁+水玻璃法、硫酸鋁+水玻璃法、醇鋁水解+硅溶膠法和二氧化碳+水玻璃法等。其中碳化法制備無(wú)定形硅鋁,采用鋁酸鈉、水玻璃和二氧化碳廢氣等為原料,制備過(guò)程中母液全部循環(huán),不外排廢液,是一種清潔環(huán)保的生產(chǎn)工藝路線,且該制備工藝流程簡(jiǎn)單,原料成本低廉、設(shè)備要求不高等特點(diǎn),應(yīng)用前景十分廣泛。
[0004]期刊《工業(yè)催化》2006年第9期“碳化法制備無(wú)定形硅鋁孔結(jié)構(gòu)影響因素研究”系統(tǒng)考察了影響碳化法制備無(wú)定形硅鋁過(guò)程中,加料順序、加料方式、成膠溫度、老化時(shí)間、攪拌速率以及干燥焙燒等因素對(duì)孔結(jié)構(gòu)的影響。通過(guò)優(yōu)化加料順序、加料方式和制備條件,可以制備出理想孔結(jié)構(gòu)的高硅鋁比無(wú)定形硅鋁干膠產(chǎn)品。
[0005]CN1015638B介紹了一種石油餾分油的低壓加氫脫氮催化劑,其中所用的載體是采用碳化法制備的無(wú)定形硅鋁。原料為鋁酸鈉和二氧化碳,添加少量硅,SiO2含量在載體中只占2%。該無(wú)定形硅鋁的比表面和孔容較低,不能為活性組分提供更高的金屬分散度,而且酸性也較低,不適合用作裂化催化劑的載體。
[0006]CN1210755A公開(kāi)了一種無(wú)定形硅鋁及其制備方法,其氧化硅含量l(T50wt%,比表面35(T600m2/g、孔容0.8?1.5ml/g,紅外酸度0.25?0.55 mmol/g,其制備過(guò)程是NH4OH和鋁酸先形成氧化鋁之后分解硅酸鹽,這將產(chǎn)生含氨、氮廢水,污染環(huán)境。
[0007]CN03133986.7與CN200910204244.0給出了相似的二氧化碳中和方法(即碳化法)制備出了具有較大比表面積與孔容,孔分布集中,酸強(qiáng)度適中的無(wú)定形硅鋁干膠產(chǎn)品,用于加氫裂化催化劑中,顯示出了良好的性能。
[0008]然而現(xiàn)有的碳化法成膠過(guò)程均存在一個(gè)相同的問(wèn)題,就是二氧化碳利用率不高,因?yàn)槌赡z反應(yīng)過(guò)程是在開(kāi)放式環(huán)境中進(jìn)行,二氧化碳由反應(yīng)罐底部通入后,與液相短時(shí)間接觸后即排入大氣,二氧化碳利用率一般均低于20%;并且在常溫(25°C)、常壓(一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)下二氧化碳的在水中的溶解度僅為75mL/100mL,溶解度較低,飽和二氧化碳溶液也僅略顯酸性。由于受到二氧化碳在水溶液中溶解度低,且碳酸酸性較弱的限制,導(dǎo)致整個(gè)中和反應(yīng)(包括二氧化碳與鋁酸鈉反應(yīng)和二氧化碳與硅酸鈉反應(yīng))只能在高堿性環(huán)境中進(jìn)行,難以實(shí)現(xiàn)漿液PH值的擺動(dòng),而pH值擺動(dòng)有利于無(wú)定形硅鋁晶粒的生長(zhǎng)和孔結(jié)構(gòu)的形成。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明的目的是克服上述常規(guī)碳化法中二氧化碳利用率低,以及中和反應(yīng)pH值調(diào)節(jié)能力不足的問(wèn)題,將反應(yīng)體系放置在密閉反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行,大大提高了二氧化碳在水中的溶解度,當(dāng)反應(yīng)壓力達(dá)到1.0MPa時(shí),二氧化碳的溶解度將比常壓下提高10倍以上。隨著二氧化碳溶解度的提高,可以有效的降低反應(yīng)體系的PH值,改善了中和反應(yīng)的環(huán)境,有利于改善無(wú)定形硅鋁產(chǎn)品的質(zhì)量,同時(shí)由于二氧化碳少量外排,大大提高了二氧化碳的利用率。
[0010]本發(fā)明碳化法制備高硅大孔無(wú)定形硅鋁干膠的方法,包括如下步驟:
1)分別配制鋁酸鈉溶液和含硅化合物的物料;
2)量取鋁酸鈉溶液放置于密閉的壓力反應(yīng)釜內(nèi),在攪拌條件下通入二氧化碳?xì)怏w,將壓力升至0.2^2.0MPa反應(yīng)過(guò)程中隨時(shí)向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)充二氧化碳,以維持反應(yīng)壓力;反應(yīng)時(shí)間一般為30~180min ;本步驟的反應(yīng) 溫度控制1(T35°C,最好為1(T30°C ;
3)將計(jì)量的含硅化合物溶液加入到反應(yīng)釜中,在攪拌條件下通入二氧化碳?xì)怏w,壓力控制為0.2^2.0MPa,反應(yīng)過(guò)程中隨時(shí)向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)充二氧化碳,以維持反應(yīng)壓力;反應(yīng)時(shí)間一般為30~180min,結(jié)束成膠反應(yīng)過(guò)程;本步驟的反應(yīng)溫度控制1(T35°C,最好為10^30 0C ;
4)中和反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行老化,停止通入二氧化碳;本步驟的系統(tǒng)壓力為常壓,老化溫度4(T70°C ;老化時(shí)間一般為30~120min ;
5)將步驟4所得的固液混合物過(guò)濾,濾餅洗滌、干燥,得到無(wú)定形硅鋁干膠產(chǎn)品。
[0011]步驟I中,所述的含硅化合物可以是硅酸鈉、硅溶膠、有機(jī)硅化合物的一種和/或幾種,優(yōu)選為硅酸鈉;所配制的鋁酸鈉溶液的濃度為1.0-8.0gAl203/100mL,優(yōu)選為2.5~6.0gAl203/100mL,含硅化合物的物料濃度為2.0~20.0gSi02/mL,優(yōu)選為
5.0-15.0gSi02/100mL。其中的 Al2O3 和 SiO2 為換算值。
[0012]步驟2中壓力容器可以是具有攪拌裝置的合成釜;二氧化碳來(lái)源需要較高壓力,如果壓力不足可以采用壓縮機(jī)增壓,以保持通入二氧化碳?jí)毫Ω哂诜磻?yīng)系統(tǒng)所需要的壓力;成膠反應(yīng)過(guò)程需要保持在較低溫度下進(jìn)行,以提高二氧化碳在溶液中的溶解度,降低漿液pH值,改善中和反應(yīng)效果,成膠反應(yīng)結(jié)束時(shí)反應(yīng)體系的pH值一般為5~6。
[0013]將步驟4所得的漿液過(guò)濾并用5(T90°C去離子水洗至中性,然后在8(T150°C干燥3^8小時(shí)。
[0014]采用本發(fā)明的方法制備的無(wú)定形硅鋁的性質(zhì)如下:含氧化硅20wt°/T85wt%,比表面為20(T550m2/g,優(yōu)選是30(T500m2/g,孔容為0.5~1.6cm3/g,優(yōu)選0.6~1.4cm3/g,平均孔直徑6~15nm,紅外酸量(160°C吡啶紅外吸附光譜法測(cè)定)在0.2^1.0mmoI/g之間,酸性中心均勻分布。[0015]本發(fā)明由于采用了碳化法工藝路線,所有選用的原料均不含氨氮,實(shí)現(xiàn)的無(wú)定形硅鋁干膠產(chǎn)品的清潔化生產(chǎn)。在本工藝制備路線中,二氧化碳最終反應(yīng)生成碳酸鈉鹽,可以進(jìn)行循環(huán)回收,這不僅可以降低無(wú)定形硅鋁的生產(chǎn)成本,還有利于實(shí)現(xiàn)煉廠二氧化碳的捕集,為煉廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排提供了一條有效的途徑。
[0016]本發(fā)明采用提高反應(yīng)體系壓力的方法,大大提高了溶液中二氧化碳的溶解度,有效地降低了反應(yīng)體系的PH值,改善了中和反應(yīng)的環(huán)境,有利于無(wú)定形硅鋁產(chǎn)品質(zhì)量的控制,尤其是打破了常規(guī)方法不能制備出高硅鋁比無(wú)定形硅鋁的限制。在氧化硅含量相近的條件下,本發(fā)明方案得到的無(wú)定形硅鋁產(chǎn)品具有更大的孔容和更高的比表面積。
[0017]本發(fā)明采用密閉反應(yīng)容器,反應(yīng)過(guò)程二氧化碳不外排,大大提高了二氧化碳的利用率,利用率提高至90%以上。
[0018]本發(fā)明是以鋁酸鈉、含硅化合物及二氧化碳為原料制備活性無(wú)定形硅鋁的方法。該方法特別適合于采用燒結(jié)法工藝生產(chǎn)氧化鋁的廠家,以其中間產(chǎn)品鋁酸鈉溶液和副產(chǎn)CO2氣為原料生產(chǎn)無(wú)定形硅鋁,所產(chǎn)生的Na2CO3母液可以循環(huán)至燒結(jié)工藝以提供部分Na2CO3,形成閉路循環(huán),而不產(chǎn)生廢水污染。
[0019]本發(fā)明方法制得的無(wú)定形硅鋁適用于石油加工所需的催化劑,可作為催化裂化、加氫裂化及加氫處理催化劑的載體組分,還可作為烯烴齊聚催化劑的載體組分。
[0020]該方法制備保持了常規(guī)碳化法制備無(wú)定形硅鋁簡(jiǎn)單的工藝過(guò)程,以及成本低的特點(diǎn),所得的無(wú)定形硅鋁具有更高的SiO2含量,較大的比表面、孔容,適宜的酸性,可以滿足石油餾分烴類(lèi)的裂化類(lèi)催化劑更高性能要求。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 下面通過(guò)實(shí)例進(jìn)一步描述本發(fā)明。本發(fā)明中的壓力值為表壓。
[0022]實(shí)例I (對(duì)比方案)
將固體鋁酸鈉配制成濃度為18.0gAl203/100mL濃鋁酸鈉溶液,再稀釋成濃度為5.6gAl203/100mL鋁酸鈉工作溶液,取含Si0228wt%的硅酸鈉溶液,再稀釋成濃度為
9.4gSi02/100mL硅酸鈉工作溶液。取6000mL鋁酸鈉工作溶液置于成膠罐中,控制反應(yīng)溫度低于30°C,通入流量為6Nm3/h、濃度為80v%的CO2氣體,25min后,滴加1700mL硅酸鈉工作溶液,終點(diǎn)PH值為9.0,停止通二氧化碳?xì)怏w;升溫至65°C,進(jìn)行老化,時(shí)間60min ;然后過(guò)濾,濾并用75°C去離子水洗至中性;在120°C干燥4小時(shí),粉碎過(guò)篩得無(wú)定形硅鋁產(chǎn)品GL-1。
[0023]實(shí)例2 (對(duì)比方案)
將實(shí)例I中的相同濃度的鋁酸鈉溶液量降低至2500mL,而硅酸鈉的量升至3500mL,其它同實(shí)例1,制備硅鋁干膠產(chǎn)品編號(hào)為GL-2。
[0024]實(shí)例3 (對(duì)比方案)
將實(shí)例2中的硅酸鈉換為相同SiO2含量計(jì)量的正硅酸乙酯,其它同實(shí)例2,制備硅鋁干膠產(chǎn)品編號(hào)為GL-3。
[0025]實(shí)例4 (發(fā)明方案)
將實(shí)例I中,成膠過(guò)程改為,鋁酸鈉工作溶液置于密閉的反應(yīng)釜內(nèi),啟動(dòng)攪拌,通入二氧化碳?xì)怏w,將壓力升值0.5MPa,反應(yīng)溫度控制25°C,反應(yīng)過(guò)程中隨時(shí)向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)充二氧化碳,以維持反應(yīng)壓力0.4^0.6MPa,25min后將壓力泄為常壓;打開(kāi)反應(yīng)釜,一次性加入硅酸鈉工作溶液,啟動(dòng)攪拌,通入二氧化碳?xì)怏w,將壓力升至0.5MPa,反應(yīng)溫度控制25°C,反應(yīng)過(guò)程中隨時(shí)向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)充二氧化碳,以維持反應(yīng)壓力0.4^0.6MPa,反應(yīng)終點(diǎn)pH值為5.5,30min后將壓力泄為常壓。其它同實(shí)例1,制備硅鋁干膠產(chǎn)品編號(hào)為GL-4。
[0026]實(shí)例5 (發(fā)明方案)
將實(shí)例4中相同濃度的鋁酸鈉溶液量降低至2500mL,而硅酸鈉的量升至3500mL。其它同實(shí)例4,制備娃招干膠產(chǎn)品編號(hào)為GL-5。
[0027]實(shí)例6 (發(fā)明方案)
將實(shí)例5中的硅酸鈉換為相同SiO2含量計(jì)量的正硅酸乙酯,其它同實(shí)例5,制備硅鋁干膠產(chǎn)品編號(hào)為GL-6。
[0028]實(shí)例7 (發(fā)明方案)
將實(shí)例4中的鋁酸鈉溶液的量降低至1800mL,而硅酸鈉的量提升至4000mL,其它同實(shí)例4,制備硅鋁干膠產(chǎn)品編號(hào)為GL-7。
[0029]實(shí)例8 (發(fā)明方案)
將實(shí)例7中反應(yīng)壓力提高至1.0MPa其它同實(shí)例I,制備硅鋁干膠產(chǎn)品編號(hào)為GL-8。
[0030]由比較實(shí)例I~3和本發(fā)明實(shí)例4~8,經(jīng)500°C焙燒3小時(shí),送樣分析,無(wú)定形硅鋁主要性質(zhì)見(jiàn)表1。其中3903無(wú)定形硅鋁為市售氯化鋁法制備。
[0031]表1無(wú)定形娃招產(chǎn)品性質(zhì)。
【權(quán)利要求】
1.一種碳化法制備高硅大孔無(wú)定形硅鋁干膠的方法,其特征在于包括如下步驟: (I)分別配制鋁酸鈉溶液和含硅化合物的物料; (2 )取鋁酸鈉溶液放置于密閉的壓力反應(yīng)釜內(nèi),在攪拌條件下通入二氧化碳?xì)怏w,將壓力升至0.2^2.0MPa,反應(yīng)過(guò)程中隨時(shí)向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)充二氧化碳,以維持反應(yīng)壓力; (3)將計(jì)量的含硅化合物溶液加入到反應(yīng)釜中,在攪拌條件下通入二氧化碳?xì)怏w,壓力控制為0.2^2.0MPa,反應(yīng)過(guò)程中隨時(shí)向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)充二氧化碳,以維持反應(yīng)壓力,結(jié)束成膠反應(yīng)過(guò)程; (4)中和反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行老化,停止通入二氧化碳; (5)將步驟(4)所得的固液混合物過(guò)濾,濾餅洗滌、干燥,得到無(wú)定形硅鋁干膠產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:步驟(2)反應(yīng)時(shí)間為30~180min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:步驟(3)反應(yīng)時(shí)間為30~180min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:步驟(4)的老化時(shí)間為30~120min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:步驟(1)中,所述的含硅化合物是硅酸鈉、娃溶膠、有機(jī)娃化合物的一種和/或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:步驟(1)中,鋁酸鈉溶液的濃度為1.0~8.0gAl203/100mL,優(yōu)選為2.5~6.0gAl203/100mL ;含硅化合物的物料濃度為2.0~20.0gSi02/mL,優(yōu)選為 5.0~15.0gSi02/100mL。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:步驟(3)中,成膠反應(yīng)結(jié)束時(shí)反應(yīng)體系的pH值為7~8。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:步驟(2)的反應(yīng)溫度控制1(T35°C,最好為 10^30 0C ο
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:步驟(3)的反應(yīng)溫度控制1(T35°C,最好為 10^30 0C ο
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:步驟(4)所得的漿液過(guò)濾并用5(T90°C去離子水洗至中性,然后在8(T15(TC干燥3~8小時(shí)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:步驟(4)老化過(guò)程的系統(tǒng)壓力為常壓,老化溫度為4(T70°C。
【文檔編號(hào)】B01J21/12GK103785481SQ201210432682
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2012年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月3日
【發(fā)明者】杜艷澤, 劉昶, 王鳳來(lái) 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院