M高岭土用于半合成FCC催化剂载体可行性研究*

杨 静，雷 红，王韵金，卓润生，杜爱华，张明远，陈学文，温恒忠

(润和催化剂股份有限公司，四川 乐山 614000)

随着苏州阳山优质高岭土的开发殆尽，与此相媲美的、适用于FCC催化剂载体材料的优质高岭土源尚未形成规模，寻找可替换的优质高岭土原料是近年FCC催化剂基质研究的一个研究热点[1-4]。另一方面，随着国内国际FCC催化剂产能过剩迹象的出现[5]，寻找更为廉价的高岭土原料不失为降低FCC催化剂生产成本、提高产品的竞争力的有效途径之一。

本文对M高岭土的粒度、物相、化学组成以及以其为载体制备的半合成FCC催化剂的理化性能进行了研究，并与苏州高岭土为对比，进行了M高岭土用于FCC催化剂载体的可行性研究，以期为工业生产提供原料特性与工艺适应性关联依据。

1 实验部分

1.1 主要原料

Y型分子筛、苏州高岭土、M高岭土、盐酸、氯化稀土、铝溶胶、拟薄水铝石均为工业品，采自润和催化剂股份有限公司催化剂厂。

1.2 FCC催化剂制备

图1 半合成FCC催化剂制备流程示意图Fig.1 Schematic diagram of FCC catalyst preparation process

FCC催化剂制备流程示意图见图1。将各原材料按一定比例浆化，过胶体磨，经喷雾、焙烧、洗涤、干燥，制得催化剂成品。其中将以M高岭土、苏州高岭土为载体制得的催化剂成品分别命名为CAT-M、CAT-S。

1.2 分析评价方法

物相分析：采用XRD法，在日本理学(Rigaku)生产的Ultima IV型X射线衍射仪上进行，测试条件：Cu-ka射线、扫描速度8°/min。

粒径分布：参照NB/SH/T 0951-2017测定。

孔体积：参照NB/SH/T 0955-2017测定。

表观松密度：参照NB/SH/T 0954-2017测定。

磨损指数：参照NB/SH/T 0964-2017测定。

比表面积：参照NB/SH/T 0959-2017测定。

化学组成：参照HG/T 5765-2020、NB/SH/T 0863-2013、NB/SH/T 0950-2017测定。

催化剂老化：在北京惠尔三吉生产的LH-300型FCC催化剂高温水热老化装置上进行。老化条件：在800 ℃、100% H2O(g)下老化17 h。

催化剂微反活性：参照NB/SH/T 0952-2017测定。

2 结果与讨论

2.1 高岭土分析数据对比

2.1.1 粒度

M高岭土及其对比高岭土的粒径分布见表1、图1。对半合成FCC催化剂而言，高岭土原料粒径越小，催化剂的磨损指数越好[2]。粒度分析结果表明，M高岭土在0.03～0.9 μm区间的粒径分布较多，其平均粒径远小于苏州高岭土，符合半合成FCC催化剂的制备要求。

表1 高岭土粒度分布

图1 高岭土粒径分布曲线Fig.1 Particle size distribution curve of kaolin

2.1.2 物相分析

M高岭土及其对比高岭土的物相分析见图2。物相分析结果表明：M高岭土没有明显的杂质相，晶相物质纯度较高，其石英含量0.3m%；相对的，苏州高岭土在2θ为26.58°(d=3.3506)处出现一个明显的石英晶相特征峰，其石英含量高达2.4m%。石英是影响FCC催化剂磨损指数的因素之一，一般而言，石英含量越高，催化剂耐磨损性能越差[6]。物相分析表明，M高岭土符合FCC催化剂载体原料要求。

图2 高岭土XRDFig.2 The XRD patterns of kaolin

2.1.3 化学组成

M高岭土中与FCC催化剂性能密切相关的元素见表2。从表2看出，M高岭土中Na2O+K2O含量极低，MgO+CaO、SiO2、Fe2O3含量与苏州高岭土相当。另外，Al2O3含量略低(但也在指标范围内)，根据经验，Al2O3含量不会明显影响FCC催化剂的性能[2]。事实上，对高岭土原料中金属杂质的限制不是很苛刻，这些金属元素大多以矿物形式存在于晶格中，虽在催化剂制备中不易洗去，但对催化剂的性能影响不大[4]。综合来看，M高岭土的化学组成符合FCC催化剂原料要求。

表2 高岭土化学组成

2.2 催化剂性能对比

表3 FCC催化剂理化性能

表3为催化剂成品的理化数据。由表3可以看出，以M高岭土为载体制备的催化剂各项理化性能均达到工业FCC产品的指标要求，与苏州高岭土制备的催化剂相比，其磨损指数较小，同时0～20 μm和0～40 μm间的细颗粒分布较少，这保证了催化剂在反应器、再生器和循环管路中处于良好的流化状态[7]，比表面、孔体积、表观松密度、17 h活性相当，两种催化剂的元素含量接近。综合来看，以M高岭土为载体制备的半合成FCC催化剂是一种优良的FCC催化剂。

3 结 论

与苏州高岭土相比，M高岭土平均粒径较小、石英含量、Na2O+K2O含量较低，其他化学元素含量相当；以M高岭土为载体制备的半合成FCC催化剂磨损指数较小、0～20 μm和0～40 μm间粒度分布较少，其他理化指标相当。综合考虑，M高岭土符合半合成FCC催化剂制备要求，其制备的催化剂符合工业FCC催化剂指标要求，且具有一定价格优势，可用于半合成FCC催化剂的载体材料。