[发明专利]一种轻烃异构化催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及轻质正构烷烃(C₅/C₆烷烃)异构化催化剂的制备，特别是正戊烷异构化催化剂的制备。

C₅/C₆馏份中主要含有正戊烷和正己烷，它们的辛烷值比相应的异构体低很多，催化重整过程对改善这部分馏分份的辛烷值作用不大，而异构化过程则可以弥补这一不足，所以C₅/C₆正构烷烃异构化过程已经成为提高汽油辛烷值的有效手段之一。

典型的异构化催化剂按照操作温度的不同可分为中温型和低温型两种。中温型催化剂以UOP公司的I-7催化剂和Shell公司的HS-10催化剂为代表，它是将贵金属负载于沸石上制得的双功能催化剂，反应温度250～280℃，所使用的沸石主要为丝光沸石。低温型催化剂以UOP公司的I-8、英国的BP公司的催化剂和Engelhard公司的RD-291为代表，通常为卤化的贵金属无定形催化剂，催化剂的酸性主要依靠卤素(F或Cl)提供，反应温度为115～150℃。与双功能沸石催化剂相比，低温型催化剂比较活泼，可以使异构化反应在低温下进行。

从国外普遍使用的C₅/C₆异构化催化剂来看，无论是中温型还是低温型，均为贵金属催化剂，催化剂成本较高。此外，虽然C₅/C₆烷烃异构化反应属微放热反应，低温型的催化剂对异构化反应更为有利，但低温型催化剂的缺点是对原料中的水和含硫化合物特别敏感，而且为了维持催化剂的活性必须向原料中注入卤化物，这又会造成腐蚀，给设备维护带来困难，同时由于卤化物的使用，还会造成环境污染。

本发明的目的是制备用于轻烃异构化的非贵金属中温型催化剂，既降低了催化剂的成本，又避免卤化物的使用，减少了对环境的污染。

本发明催化剂以氢型丝光沸石和氧化铝的混合物为载体，以镍、铜为金属活性组分，采用浸渍法制备。其特征是完全采用非贵金属作为金属活性组分。

载体采用的是将丝光沸石原粉经过一次酸交换和三次铵交换得到的氢型丝光沸石，该氢型丝光沸石酸强度适中，残钠量较低，催化剂活性高。经X射线衍射分析表明，氢型丝光沸石的晶体结构和钠型丝光沸石的晶体结构完全相同，经过交换后，丝光沸石的晶体结构未遭破坏，丝光沸石稳定性能较好。具体方法是：取一定量的钠型丝光沸石用一定量的3％盐酸溶液交换6小时，抽滤以后得到的滤饼经洗涤、干燥、焙烧，再用一定量8％的硝酸铵溶液交换三次，每次6小时，然后干燥、焙烧，就得到氢型丝光沸石。取一定量的氢型丝光沸石，加入一定量的氧化铝、田菁粉，再用适量的硝酸溶液混捏成可塑体，在挤条机上挤条成型，经干燥、焙烧后得到条状的催化剂载体。

使用非贵金属Ni负载于上述载体上制成的双功能催化剂对正戊烷具有良好的异构化性能，若添加第二金属组分则可进一步改善催化剂的性能，为此本发明使用Cu作为助催化组分，制成双非贵金属异构化催化剂。

由于所要制备的催化剂的金属含量较低，本发明采用共浸的方法将金属组分负载在载体上。Ni-Cu共浸液的配制使用六水硝酸镍和三水硝酸铜。为了使活性组分在载体上分布更为均匀，提高金属组分的分散度，在共浸液中加入竞争吸附剂。由于活性组分的易溶盐为硝酸镍和硝酸铜，本发明选择易于分解的硝酸铵为竞争吸附剂。

本发明催化剂的制备步骤为：按欲制备催化剂的计算组成配制共浸液。称取一定量前述载体，根据载体的吸水率，量取一定量的含镍、铜化合物和竞争吸附剂的溶液对载体进行饱和浸渍，然后在120℃下干燥4小时，在500℃下焙烧4小时制成催化剂成品。

采用本发明方法制备的催化剂具有如下物化性质：以最终催化剂重量为基准，催化剂含有NiO₃～5％，CuO₂～4％。催化剂的孔容为0.14～0.20ml/g，比表面为260～280m²/g，堆积密度为0.80～0.90g/ml。

本发明催化剂适用于轻烃的异构化，特别是正戊烷的加氢异构化过程。催化剂使用的工艺条件为：氢分压为1.5～2.5MPa，温度为270～290℃，质量空速为0.5～1.5h^-1，氢油体积比为400～600。采用本发明催化剂用于正戊烷异构化反应时，异戊烷收率和选择性较高，经过1000小时的活性稳定性考察表明，催化剂的性能稳定。

本发明的优点为：

(1)采用非贵金属作为活性组分，同国外普遍使用的贵金属催化剂相比，成本低廉。