M高嶺土用于半合成FCC催化劑載體可行性研究*

楊 靜，雷 紅，王韻金，卓潤生，杜愛華，張明遠，陳學文，溫恒忠

(潤和催化劑股份有限公司，四川 樂山 614000)

隨著蘇州陽山優質高嶺土的開發殆盡，與此相媲美的、適用于FCC催化劑載體材料的優質高嶺土源尚未形成規模，尋找可替換的優質高嶺土原料是近年FCC催化劑基質研究的一個研究熱點[1-4]。另一方面，隨著國內國際FCC催化劑產能過剩跡象的出現[5]，尋找更為廉價的高嶺土原料不失為降低FCC催化劑生產成本、提高產品的競爭力的有效途徑之一。

本文對M高嶺土的粒度、物相、化學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行了研究，并與蘇州高嶺土為對比，進行了M高嶺土用于FCC催化劑載體的可行性研究，以期為工業生產提供原料特性與工藝適應性關聯依據。

1 實驗部分

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 分析評價方法

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

粒徑分布：參照NB/SH/T 0951-2017測定。

孔體積：參照NB/SH/T 0955-2017測定。

表觀松密度：參照NB/SH/T 0954-2017測定。

磨損指數：參照NB/SH/T 0964-2017測定。

比表面積：參照NB/SH/T 0959-2017測定。

化學組成：參照HG/T 5765-2020、NB/SH/T 0863-2013、NB/SH/T 0950-2017測定。

催化劑老化：在北京惠爾三吉生產的LH-300型FCC催化劑高溫水熱老化裝置上進行。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測定。

2 結果與討論

2.1 高嶺土分析數據對比

2.1.1 粒度

M高嶺土及其對比高嶺土的粒徑分布見表1、圖1。對半合成FCC催化劑而言，高嶺土原料粒徑越小，催化劑的磨損指數越好[2]。粒度分析結果表明，M高嶺土在0.03～0.9 μm區間的粒徑分布較多，其平均粒徑遠小于蘇州高嶺土，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高嶺土及其對比高嶺土的物相分析見圖2。物相分析結果表明：M高嶺土沒有明顯的雜質相，晶相物質純度較高，其石英含量0.3m%；相對的，蘇州高嶺土在2θ為26.58°(d=3.3506)處出現一個明顯的石英晶相特征峰，其石英含量高達2.4m%。石英是影響FCC催化劑磨損指數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 化學組成

M高嶺土中與FCC催化劑性能密切相關的元素見表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。另外，Al2O3含量略低(但也在指標范圍內)，根據經驗，Al2O3含量不會明顯影響FCC催化劑的性能[2]。事實上，對高嶺土原料中金屬雜質的限制不是很苛刻，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，但對催化劑的性能影響不大[4]。綜合來看，M高嶺土的化學組成符合FCC催化劑原料要求。

表2 高嶺土化學組成

2.2 催化劑性能對比

表3 FCC催化劑理化性能

表3為催化劑成品的理化數據。由表3可以看出，以M高嶺土為載體制備的催化劑各項理化性能均達到工業FCC產品的指標要求，與蘇州高嶺土制備的催化劑相比，其磨損指數較小，同時0～20 μm和0～40 μm間的細顆粒分布較少，這保證了催化劑在反應器、再生器和循環管路中處于良好的流化狀態[7]，比表面、孔體積、表觀松密度、17 h活性相當，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催化劑是一種優良的FCC催化劑。

3 結 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，其他化學元素含量相當；以M高嶺土為載體制備的半合成FCC催化劑磨損指數較小、0～20 μm和0～40 μm間粒度分布較少，其他理化指標相當。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FCC催化劑指標要求，且具有一定價格優勢，可用于半合成FCC催化劑的載體材料。