催化裂化催化剂
由于催化剂能够改动化学反响速度，并且有挑选性地促进某些反响。因而，它对意图产品的产率和质量起着决议性的作用。在工业催化裂化的设备中，催化剂不只影响出产才能和出产所带来的本钱。还对操作条件、工艺进程、设备型式都有重要的影响。流化催化裂化技能的开展和催化剂技能的开展是分不开的，尤其是分子筛催化剂的开展促进了催化裂化工艺的严峻改进。
一、催化裂化催化剂类型、组成及结构工业上所运用的裂化催化剂虽种类繁多，但归纳起来不外乎三大类：天然白土催化剂、无定型组成催化剂和分子筛催化剂。前期运用的无定形硅酸铝催化剂孔径巨细纷歧、活性低、挑选性差早已被筛选，现在大规模的运用的是分子筛催化剂。下面要点评论分子筛催化剂的种类、组成及结构。分子筛催化剂是六十年代初开展起来的一种新式催化剂，它对催化裂化技能的开展起了划时代的作用。现在催化裂化所用的分子筛催化剂由分子筛（活性组分）、担体以及黏结剂组成
1.活性组分—分子筛
（1）结构：分子筛也称泡沸石，它是一种具有必定晶格结构的铝硅酸盐。前期硅酸铝催化剂的微孔结构是无定形的，即其间的空穴和孔径是很不均匀的，而分子筛则是具有规矩的晶格结构，它的孔穴直径巨细均匀，好像是必定规范的筛子相同，只能让直径比它孔径小的分子进入，而不能让比它孔径更大的分子进入。由于它能像筛子相同将直径巨细不等的分子分隔，因而得名分子筛。不同晶格结构的分子筛具有巨细不同直径的孔穴，相同晶格结构的分子筛，所含金属离子纷歧起，孔穴的直径也不同。分子筛按组成及晶格结构的不同可分为A型、x型、Y型及丝光沸石。现在催化裂化运用的首要是Y型分子筛。沸石晶体的根本结构为晶胞。Y型分子筛的单位晶胞结构，每个单元晶胞由八个削角八面体组成，削角八面体的每个顶端是Si或Al原子，其间由氧原子相衔接。由于削角八面体的衔接办法不同，可构成不同种类的分子筛。晶胞常数是沸石结构中重复晶胞之间的间隔，也称晶胞尺度。在典型的新鲜Y型沸石晶体中，一个单元晶胞包含192个骨架原子方位，55个铝原子和137个硅原子。晶胞常数是沸石结构的重要参数。
（2）作用：人工组成的分子筛是含钠离子的分子筛，这种分子筛没有催化活性。分子筛中的钠离子能够被氢离子、稀土金属离子(如铈、镧、镨等)等替代，通过离子交换的分子筛的活性比硅酸铝的高出上百倍。近年来，研讨发现，当用某些单体烃的裂化速度来比较时，某些分子筛的催化活性比硅酸铝竟高出万倍。这样过高活性不宜直接用作裂化催化剂。作为裂化催化剂时，一般将分子筛均匀散布在基质(也称担体)上。现在工业上所选用的分子筛催化剂一般含20％～40％的分子筛，其他的是首要起稀释作用的基质。
2.担体（基质）
基质是指催化剂中沸石之外具有催化活性的组分。催化裂化一般选用无定形硅酸铝、白土等具有裂化活性的物质作为分子筛催化剂的基质。基质除了起稀释作用外，还有以下作用：
（1）在离子交换时，分子筛中的钠不或许彻底被置换掉，而钠的存在会影响分子筛的安稳性，基质能够包容分子筛中未除掉的钠，然后提高了分子筛的安稳性；
（2）在再生和反响时，基质作为一个巨大的热载体，起到热量贮存和传递的作用；
（3）可增强催化剂的机械强度；
（4）重油催化裂化进猜中的部分大分子难以直接进入分子筛的微孔中，假如基质具有适度的催化活性，则能够使这些大分子先在基质的外表上进行适度的裂化，生成的较小的分子再进入分子筛的微孔中进跋涉一步的反响；
（5）基质还能包容进猜中易生焦的物质如沥青质、重胶质等，对分子筛起到必定的维护作用。这对重油催化裂化特别的重要。
3.黏结剂
黏结剂作为一种胶将沸石、基质黏结在一起。黏结剂或许具有催化活性，也或许无活性。黏结剂供给催化剂物理性质(密度、抗磨强度、粒度散布等)，供给传热介质和流化介质。关于含有许多沸石的催化剂，黏结剂愈加重要。
二、催化裂化催化剂点评一个杰出的催化剂，在运用中有较高的活性及挑选性以便能取得产率高、质量好的意图产品，而其自身又不易被污染、被磨损、被水热失活，并且还应有很好的流化功能和再生功能。
1.一般理化性质
（1）密度对催化裂化催化剂来说，它是微球状多孔性物质，故其密度有几种不同的表明办法。
实在密度：又称催化剂的骨架密度，即颗粒的质量与骨架实体所占体积之比，其值一般是2～2.2g／cm3。
颗粒密度：把微孔体积核算在内的单个颗粒的密度，一般是0.9～1.2g／cm3。
堆积密度：催化剂堆积时包含微孔体积和颗粒间的孔隙体积的密度，一般是0.5～0.8g／cm3。关于微球状（粒径为20-100μm）的分子筛催化剂，堆积密度又可分为松动状况、沉降状况和密实状况三种状况下的堆积密度。催化剂的堆积密度常用于核算催化剂的体积和分量，催化剂的颗粒密度对催化剂的流化功能有重要的影响。
（2）筛分组成和机械强度流化床所用的催化剂是巨细不同的混合颗粒。巨细颗粒所占的百分数称为筛分组成或粒散布。微球催化剂的筛分组成是用气动筛分分析器测定的，流化催化裂化所用催化剂的粒度规模首要是20～l00μm之间的颗粒，其对筛分组成的要求有3个即：易于流化；气流夹藏丢失小；反响与传热面积大。颗粒越小越易流化，外表积也越大，但气流夹藏丢失也会越大。一般称小于40μm的颗粒为“细粉”，大于80μm的为“粗粒”，粗粒与细粉含量的比称为“粗度系数”。粗度系数大时流化质量差，一般该值不大于3。设备中平衡催化剂的细粉含量在15～20％时流化功能较好，在运送管路中的流动性也较好，能增大运送才能，并能改进再生功能，气流夹藏丢失也不太大，但小于20μm的颗粒过多时会使丢失加大，粗粒多时流化功能变差，对设备的磨损也较大，因而对平衡催化剂期望其根本颗粒组分40～80μm的含量坚持在70％以上。新鲜催化剂的筛分组成是由制作时的喷雾干燥条件决议的，一般改变不大，均匀颗粒直径在60μm左右。平衡催化剂的筛分组成首要决议于弥补的新鲜催化剂的量和粒度组成与催化剂的耐磨功能和在设备中的流速等要素。一般工业设备中平衡催化剂的细粉与粗粒含量均较新鲜催化剂为少，这是由于有细粉跑损和有粗粒磨碎的原因。催化剂的机械强度用磨损指数表明。磨损指数是将大于15μm的混合颗粒经高速空气流冲击100小时后，测经磨损生成小于15μm颗粒的分量百分数，一般要求该值不大于3～5。催化剂的机械强度过低，催化剂的耗费大，过高则设备磨损严峻，应坚持在必定规模内为好。
（3）结构特性孔体积也便是孔隙度，它是多孔性催化剂颗粒内微孔的总体积，以ml／g表明。比外表积是微孔表里外表积的总和，以m2／g表明。在运用中由于各种因索的作用，孔径会变大，孔体积减小，比外表积下降。新鲜REY分子筛催化剂的比外表积在400～700m2／g之间，而平衡催化剂降到120m2／g左右。孔径是微孔的直径。硅酸铝（分子筛催化剂的载体）微孔的巨细纷歧，一般是指均匀直径，由孔体积与比外表积核算而得。公式如下：
孔径(A)=4×V孔/SA×104
分子筛自身的孔径是必定的，x型和Y型分子筛的孔径即八面沸石笼的窗口，只要8～9A，比无定型硅酸铝(新鲜的50～80A，平衡的100A以上)小得多。孔径对气体分子的分散有影响，孔径大分子进出微孔较简单。分子筛催化剂的结构特性是分子筛与载体功能的归纳表现。半组成分子筛催化剂由于在制备技能上有严峻改进，致使这种催化剂具有大孔径、低比外表积、小孔体积、大堆积密度、结构安稳等特色，工业设备上运用时，活性、挑选性、安稳性和再生功能都比较好，并且丢失少并有必定的抗重金属污染才能。
（4）比热容催化剂的比热容和硅铝比有关。高铝催化剂的比热容较大，低铝的较小为1.1kJ／kg·K比热容受温度的影响较小。分子筛催化剂中因分子筛含量较少，所以其物理性质与无定型硅酸铝有相同的规则，不过由于分子筛是晶体结构且含有金属离子更易发作静电。2.催化剂的运用功能对裂化催化剂的点评，除要求必定的物理功能外，还需有一些与出产状况直接相关的目标，如活性、挑选性、筛分组成、机械强度等。
（1）活性裂化催化剂对催化裂化反响的加快才能称为活性。活性的巨细决议于催化剂的化学组成、晶胞结构、制备办法、物理性质等。活性是点评催化剂促进化学反响才能的重要目标。工业上有好几种测定和表明办法，它们都是有条件性的。现在各国测定活性的方注都纷歧致，可是原则上都是取一种规范质料油，通过装在固定床中的待测定的催化剂，在必定的裂化条件下进行催化裂化反响，得到必定干点的汽油质量产率（包含汽油蒸馏丢失的一部分）作为催化剂的活性。现在遍及选用微活性法测定催化剂的活性。测定的条件是：
反响温度460℃
催化剂用量5g
反响时间70s
催化剂颗粒直径20～40目
剂油比3.2
规范质料油大港原油235～337℃馏分
质量空速162h-1
质料油用量1.56g
所得产品中的
（2）挑选性在催化反响进程中，期望催化剂能有效地促进抱负反响，按捺非抱负反响，最大极限添加意图产品，所谓挑选性是表明催化剂能添加意图产品（轻质油品）和改进产品质量的才能。活性高的催化剂，其挑选性不必定好，所以不能单以活性凹凸来点评催化剂的运用功能。衡量挑选性的目标许多，一般以增产汽油为规范，汽油产率越高，气体和焦炭产率越低，则催化剂的挑选性越好。常以汽油产率与转化率之比或汽油产率与焦炭产率之比以及汽油产率与气体产率之比来表明。我国的催化裂化除出产汽油外，还期望多产柴油及气体烯烃，因而，也能够从这个视点来点评催化剂的挑选性。
（3）安稳性催化剂在运用的进程中坚持其活性的才能称安稳性。在催化裂化进程中，催化剂需重复阅历反响和再生两个不同阶段，长期处于高温文水蒸气作用下，这就要求催化剂在严苛的作业条件下，活性和挑选功能长期地维持在必定水平上。催化剂在高温文水蒸汽的作用下，使物理性质发作显着的改变、活性下降的现象称为老化。也便是说，催化剂耐高温文水蒸气老化的才能便是催化剂的安稳性。在出产的悉数进程中，催化剂的活性和挑选性都在不断地改变，这种改变分两种：一种是活性逐步下降而挑选性无显着的改变，这首要是由于高温文水蒸气的作用，使催化剂的微孔直径扩展，比外表削减而引起活性下降。关于这样的一种状况，提出热安稳性和蒸气安稳性两种目标。另一种是活性下降的一起，挑选性变差，这首要是由于重金属及含硫、含氮化合物等使催化剂发作中毒之故。
（4）再生性通过裂化反响后的催化剂，由于外表积炭覆盖了活性中心，而使裂化活性敏捷下降，这种外表积炭能够在高温下用空气烧掉，使活性中心从头露出而康复活性，这一进程称为再生。催化剂的再生功能是指其外表积炭是否简单烧掉，这一功能在实践出产中有着重要的含义，由于一个工业催化裂化设备中，决议设备出产才能的要害往往是再生器的负荷。若再生作用差，再生催化剂含碳量过高时，则会大幅度的下降转化率，使汽油、气体、焦炭产率下降，且汽油的溴值上升，感应期下降，柴油的十六烷值上升而实践胶质下降。再生速度与催化剂物理性质有密切关系，大孔径、小颗粒的催化剂有利于气体的分散，使空气易于到达内外表，焚烧产品也易逸出，故有较高的再生速度。对再生催化剂的含碳量的要求：前期的分子筛催化剂为0.2%～0.3％（质量），对现在运用的超稳型沸石催化剂则要求下降到0.05％～0.1％，乃至更低。
（5）抗污染功能质料油中重金属（铁、铜、镍、钒等）、碱土金属（钠、钙、钾等）以及碱性氮化物对催化剂有污染才能。重金属在催化剂外表上堆积会大幅度的下降催化剂的活性和挑选性，使汽油产率下降、气体和焦炭产率添加，尤其是裂化气体中的氢含量添加，C3和C4的产率下降。重金属对催化剂的污染程度常用污染指数来表明：
污染指数=0.1（Ｆe + Cu + 14Ni + 4V）
式中：Ｆe、Cu、Ni、V分别为催化剂上铁、铜、镍、钒的含量，以ppm表明。
新鲜硅酸铝催化剂的污染指数在75以下，平衡催化剂污染指数在150以下，均算作清洁催化剂，污染指数到达750时为污染催化剂，＞900时为严峻污染催化剂。但分子筛催化剂的污染指数达1000以上时，对产品的收率和质量尚无显着的影响，阐明分子筛催化剂能够习惯较宽的质料规模和性质较差的质料。为避免重金属污染，一方面应操控质料油中重金属含量，另一方面可运用金属钝化剂（例如：三苯锑或二硫化磷酸锑）以按捺污染金属的活性。
最终总结一下催化剂的性质，如图：
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