2010年,Rive Technology和W.R.Grace的合資公司采用麻省理工學院開發的MHY沸石技術把高度相互連通的介孔導入了傳統的分子篩催化劑,物料分子在分子篩晶體中的強化擴散提高了產品收率和工藝效率,從而提高了煉油廠的盈利能力。該合資公司于2012年實現了這一開創性新流化催化裂化(FCC)催化劑的商業化。
MHY-分子篩催化劑采用表面活性劑模板-分子篩合成-介孔構造的制備技術,分子篩晶體中形成了有序、可控、水熱穩定的介孔。MHY-分子篩開發思路是在沸石晶體內產生體積和數量高度可控的有序介孔,不僅分布均勻,并且相互連通,從而增強了物料分子進出分子篩催化活性位的能力。因此與傳統的FCC活性基質材料相比,裂解分子更大,選擇性更強。煉油廠的低碳烯烴等裂解產品大幅度增產,而單位轉化率的生焦量減少,這兩方面都很重要。
進入傳統Y-分子篩內部的分子動力學直徑約為 1 nm,相當于沸點510 ℃的烴類化合物。沸點更高的大分子烴裂化通常由FCC裝置中的介孔氧化鋁擔任。但這類材料的選擇性裂化酸性位較少,其作用機理是斷裂富氫側鏈,以便讓它們進入分子篩內部。
而MHY-分子篩催化劑存在大量有序介孔(3~5 nm),使得沸點在510~593 ℃范圍內的大物料分子能夠直接接近沸石中的強酸中心。而且,與傳統活性基質材料相比,MHY-分子篩催化劑裂解這些較大物料分子的選擇性更高,同時在商業上也實現了塔底油的低焦炭選擇性裂化。在催化劑孔隙中形成焦炭之前,輕質高價值產物就能離開MHY-分子篩催化劑,可避免過度裂化、氫轉移或縮合反應。一次和二次“裂解產物”中的低碳烯烴非常不穩定,特別是在FCC裝置提升管和反應器內的高溫下,如果這些初級產物在催化劑內停留時間太長,氫轉移后會變成低價值的低碳飽和烴。MHY-分子篩催化劑中的有序介孔有利于高價值低碳烯烴的快速擴散,保證了目的產品的收率,而且氫轉移反應減少對提高汽油辛烷值也有利。
在分子篩或催化劑中首次導入有序介孔是質的飛越。烴分子進出催化劑顆粒的擴散能力增強,對提高重質原料選擇性、降低原料成本、延長催化劑循環壽命、保留高價值產品收率都有好處。
MHY-分子篩催化劑的特性包括:低碳烯烴增加、汽油辛烷值提高、碳差(delta coke)降低(焦炭減少)、渣油改質效果改善、煉油廠操作更靈活。世界各地的煉油廠已利用這些標志性優勢在幾種不同的目標/約束方案下提高了 FCC裝置的盈利能力和操作靈活性。