CN101878065A - 用于制备包含载体、viiib族金属和viib族金属的重整催化剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于制备包含载体、VIIIB族金属和VIIB族金属的重整催化剂的方法,其中所述方法包括以a)然后b)或b)然后a)的顺序的以下步骤:用于用包含VIIIB族金属的盐酸水溶液浸渍该载体的步骤a);用于用包含VIIB族金属和含硫络合剂的水溶液在还原环境下浸渍该载体的步骤b),或用于用包含VIIB族金属的水溶液然后用包含含硫络合剂的溶液在还原环境下浸渍的步骤b)。该还原环境选自由以下构成的组:包含大于0.1wt%还原气体或还原气体的混合物的还原气氛;包含相对于该VIIB族金属在0.1~20当量范围内的还原金属、还原有机化合物或无机还原化合物的还原溶液。
Description
发明领域
在本文中,化学元素的族是由CRC Press出版的CRC Handbook ofChemistry and Physics,D R Lide主编,第81版,2000-2001中描述的CAS分类给出的。
本发明涉及用于制备重整催化剂的方法。有两大类重整催化剂。第一类,用于固定床的催化剂通常包含铂和铼。第二类,用于移动床的催化剂通常包括铂和锡。
通常包括铂和铼的用于固定床的催化剂随时间非常稳定,且每隔3~24个月进行再生。然而,其氢解活性在各催化循环开始时过高。通过在重整催化剂制备结束时或在该催化循环开始时添加硫能够降低这种不希望的活性。该硫通常是在还原气氛下通过H2S引入的。然而,H2S的毒性使其难以使用。还已经描述了多硫化物类型的含硫化合物的使用。然而,这种硫化步骤是与其他催化剂制备步骤相独立的。
本发明属于使用用于形成VIIB族金属(特别是铼)的配位络合物的还原剂进行硫化的方法。提高了C5+产率和尤其是重整产品产率。此外,由于该硫化步骤不再是独立的而是整合到浸渍步骤中,因此简化了该催化剂的制备。最后,使用络合剂能够降低该制备中所用的盐酸的量。
现有技术
美国专利US-4246095中已经描述了为了制备铂-铼催化剂而在添加铼的同时添加硫,其描述了使用有机金属络合物。该专利描述了使用包含硫的铼-羰基组分。
本发明的制备方法的区别特别在于使用还原剂形成该VIIB族金属(特别是铼)的配位络合物。
US-3972829描述了至少包含铂且任选地通过络合剂包含铼的催化剂的制备。所用的络合剂是含硫的有机酸,例如硫代酸和硫代羧酸。
本发明的制备方法的区别在于使用还原剂以形成该VIIB族金属(特别是铼)的配位络合物。
发明简述
本发明涉及用于制备包含载体、VIIIB族金属和VIIB族金属的重整催化剂的方法,所述方法包括以a)然后b)或b)然后a)的顺序的以下步骤:
-用于用包含VIIIB族金属的盐酸水溶液浸渍该载体的步骤a);
-用于用包含VIIB族金属和含硫络合剂的水溶液在还原环境下浸渍该载体的步骤b),或用于用包含VIIB族金属的水溶液然后用包含含硫络合剂的溶液在还原环境下浸渍的步骤b)。
该还原环境选自由以下构成的组:包括大于0.1wt%还原气体或还原气体的混合物的还原气氛,包含相对于该VIIB族金属在0.1~20当量范围内的还原金属、还原有机化合物或无机还原化合物的还原溶液。
发明详述
本发明涉及用于制备包含载体、VIIIB族金属和VIIB族金属的重整催化剂的方法,所述方法包括以a)然后b)或b)然后a)的顺序的以下步骤:
-用于用包含VIIIB族金属(优选铂)的盐酸水溶液浸渍该载体的步骤a);
-用于用包含VIIB族金属(优选铼)和含硫络合剂的水溶液在还原环境下浸渍该载体的步骤b),或用于用包含VIIB族金属(优选铼)的水溶液然后用包含含硫络合剂的溶液在还原环境下浸渍的步骤b);
其中该还原环境选自由以下构成的组:包括大于0.1wt%还原气体或还原气体的混合物的还原气氛,包含相对于该VIIB族金属在0.1~20当量范围内的还原金属、还原有机化合物或无机还原化合物的还原溶液。
在步骤b)过程中在还原环境中添加含硫络合剂可以生成与VIIB族金属的配位络合物。
该催化剂载体通常选自由镁的氧化物、钛的氧化物、锆的氧化物、氧化铝和二氧化硅构成的组,所述载体单独使用或作为混合物使用。优选的载体是氧化铝。
该载体的比表面积通常在50~600m2/g范围内,优选在150~400m2/g范围内。
该催化剂通常以珠、挤出物或三叶状(trilobes)的形式,优选以挤出物的形式存在于该催化床中。
在一种变型中,该还原环境可以是包含大于0.1wt%的氢气、一氧化氮和/或膦(PH3)(优选大于0.1wt%的氢气)的还原气氛。
在另一变型中,该还原环境是包括还原金属的还原溶液,所述还原金属选自由来自IIIA、IVA和VA栏的金属(优选铝、锡和锑)构成的组。优选地,该还原金属以其最低氧化值存在。优选地,锡的氧化值为+II,如其在SnCl2中。
在另一变型中,该还原环境是包括至少一种选自由还原羧酸、胺、醛、酮、醇和芳香醇构成的组的有机还原化合物的还原溶液。优选地,该组由以下构成:
-乙酸、甲酸、草酸、抗坏血酸、丙烯酸、己二酸、天门冬氨酸、戊二酸、氨基甲酸、氯乙酸、柠檬酸、二乙基丙二酸、二羟基马来酸、富马酸、葡萄糖酸、谷氨酸、羟基乙酸、乙醛酸、亚氨基二乙酸、庚二酸、乳酸、马来酸、苹果酸、丙二酸、次氮基三乙酸、邻-氨基苯甲酸、邻氨基苯甲酸、苯二甲酸、辛二酸、琥珀酸、五倍子酸、酒石酸及其盐;
-氨,优选在碱性介质中;
-伯、仲和叔胺,例如甲基二乙醇胺、三乙醇胺、对-二甲基氨基苯甲酸乙酯;
-甲醛、乙醛;
-丙酮、乙醇,优选在碱性介质中;
-芳香醇,例如苯酚、棓酚衍生物,优选连苯三酚;原儿茶酸乙酯;原儿茶酸十六烷酯;儿茶酚及其衍生物;和氢醌及其衍生物。
在另一变型中,该还原环境是包括至少一种选自由磷的衍生物(优选元素磷、膦酸、亚磷酸、次膦酸/次磷酸(hypophosphonic/hypophosphorousacids)及其衍生物盐)构成的组的无机还原化合物的还原溶液。
该还原环境也可以是包括至少一种选自由含氮衍生物(优选肼及其衍生物、羟胺、二氮氧化物和亚硝酸盐)构成的组的无机还原化合物的还原溶液。
其也可以是包括至少一种选自由含硫衍生物(优选亚硫酸盐及其衍生物(二和多亚硫酸盐)、亚硫酸及其盐和元素硫)构成的组的无机还原化合物的还原溶液。
尤其,包含含磷、氮或硫的上述有机化合物也是可以考虑的还原剂。
其中该含硫络合剂通常是其中该硫仅结合到一个碳原子上的化合物。
该含硫络合剂通常为包括至少一个选自由硫醇官能、与羧酸官能结合的硫醇官能、硫酮、硫醛和硫代羧酸构成的组的官能。其可以是其中该硫仅结合到单一碳原子上的任何官能。这些的实例是以下官能:C=S、C-S-H、C-S-S等。在这种官能中,该硫具有好的配位能力。该碳-硫键是难以断裂的。这样提高了该硫的稳定性并由此降低了其与金属结合的趋势。这类不包括硫醚。优选地,其中该硫仅结合到单一碳原子的化合物选自由以下构成的组:
-二乙基二硫代氨基甲酸钠、乙基黄原酸钾、硫代马来酸、硫代羟基乙酸、硫代甲酸、硫代乙酸、硫代丙酸、二硫代乙酸(ethanedithiolic acid)、二硫代丙酸、巯基乙酸、3-巯基丙酸、2-巯基琥珀酸、羧甲基巯基琥珀酸、2-巯基烟酸;
-EDTA的含硫衍生物、硫代双(亚乙基次氮基)四乙酸、亚乙基-双(硫代亚乙基次氮基)四乙酸、硫代-双(亚乙基次氮基)四乙酸、2-羟基-5-磺基-1,3-亚苯基-双(亚甲基次氮基)四乙酸(2-hydroxy-5-sulpho-1,3-phenylene-bis(methylenenitrilo)tetraacetic acid)和(联二亚甲基四硫代)四乙酸((ethanediylidenetetrathio)tetraacetic acid);
-乙硫醇、丁硫醇、丙硫醇、戊硫醇、己硫醇、环己硫醇、乙二硫醇、甲苯二硫醇、二巯基丙醇、半胱氨酸、2,3-二巯基-1-丙醇、2,3-二巯基丙-1-磺酸、青霉胺、咪唑-2-硫醇、2-噻唑啉-2-硫醇和吡啶-2-硫醇;
-硫脲。
该含硫络合剂也可以选自由硫酸盐和硫酸构成的组。
在本发明的变型中,该含硫络合剂也可以包含其他配位官能(例如羧酸、胺等官能)。
可以添加其他络合剂以完成该金属的配位层。然而添加它们不是必须的。所有络合剂(含硫的或其他的)在含水介质中的溶解性是合意的。
所述配位体性质可以不同。其不包含硫原子。羧酸是特别优选的,例如乙酸、丙烯酸、己二酸、天门冬氨酸、氨基甲酸、氯乙酸、柠檬酸、二乙基丙二酸、二羟基马来酸、甲酸、富马酸、葡萄糖酸、谷氨酸、戊二酸、羟基乙酸、乙醛酸、亚氨基二乙酸、乳酸、马来酸、苹果酸、丙二酸、次氮基三乙酸(nitriloacetic acid)、邻-氨基苯甲酸、草酸、苯二甲酸、庚二酸、辛二酸、琥珀酸、酒石酸、柠檬酸等,以及不含硫的氨基酸,二、三、四、五和六乙酸,例如次氮基三乙酸、喷替酸(pentetic acid)、EDTA及其衍生物。
可以使用的其他络合剂是1,3-二酮,例如乙酰丙酮,其盐及其衍生物,特别是含氟衍生物,例如三氟乙酰丙酮;多元胺,例如乙二胺及其三和四氨基衍生物,或氨基醇,例如三乙醇胺。
在步骤a)然后b)之后或b)然后a)之后,该用于制备催化剂的方法可以包括用于在惰性或氧化气氛中干燥并然后煅烧的步骤c),该干燥温度在80℃~200℃范围内,优选在100℃~1500℃范围内进行5分钟~5天,该煅烧温度在300℃~850℃范围内,进行5分钟~20小时,优选进行20分钟~16小时。
在步骤c)之后,该催化剂制备方法可以包括用于在氢气中在在300℃~850℃范围内的温度下还原该催化剂5分钟~20小时(优选在20分钟~16小时范围内)的步骤d)。
在一种变型中,该催化剂制备方法也可以包括,在步骤a)和b)之间、在步骤a)之前或在步骤b)之后,使用包括至少一种选自由钪、钇、锡、锗、铟、锑、铅、铊、镓、铋、磷、砷、镧系元素和锕系元素构成的组的助催化剂金属的溶剂浸渍的步骤。
该VIIIB族金属在该催化剂中的最终含量通常在0.01wt%~5wt%范围内,优选在0.01wt%~2wt%范围内。
该VIIB族金属在该催化剂中的最终含量通常在0.01wt%~7wt%范围内,优选在在0.01wt%~3wt%范围内。
该催化剂中的最终硫含量通常在1wt ppm~5wt%范围内,优选在10wt ppm~3wt%范围内,非常优选在100~5000wt ppm范围内。
为了得到在100~5000wt ppm范围内的最终硫含量,以下方法是可能的:
第一种方法在于使用仅包含单一硫原子的络合剂。
第二种方法在于使用多硫络合剂(poly-sulphur)。在这种情况下,在没有含硫络合剂的情况下引入部分铼。该铼的引入是在用该铼/含硫络合剂配位络合物浸渍之前或期间或之后进行的。该第二种方法与不使用络合剂的方法相比的优点在于在制备中其使用较少的酸。
氯在该催化剂中的最终含量通常在0.1wt%~15wt%范围内,优选在0.3%~10%范围内。
在一种变型中,该包含铂的溶液是在盐酸存在下六氯铂酸的水溶液。
在一种变型中,该包含铼的溶液是高铼酸或高铼酸铵。
本发明还涉及通过上述制备方法得到的催化剂。
本发明还涉及在重整反应中使用使用上述制备方法制备的催化剂的方法,该进料包括每分子5~12个碳原子的链烷烃、环烷烃和芳香烃,将所述进料与该催化剂在在400℃~700℃范围内的温度下接触。每单位质量催化剂处理的进料的质量流速在0.1~10kg/(kg.h)范围内。该操作压力在0.1~4MPa范围内。
通常将制备的氢气中的一部分以在0.1~10范围内的摩尔循环比进行再循环。该比值是循环氢气的流速与进料流速的摩尔比。
实施例
实施例1(未依照本发明):制备催化剂A
步骤a)
该载体是比表面积为210m2/克的氧化铝。
将100g载体与500cm3的包含0.30g铂的盐酸和六氯铂酸的水溶液接触。
调节盐酸的量以制备在最终催化剂中接近1%的氯含量。然后除去该浸渍溶液。
步骤b)
将650cm3包含0.86g以高铼酸铵的形式引入的铼的水溶液加热4小时,并与在之前步骤结束时得到的含铂载体接触3小时。
步骤c)
将之前步骤结束时得到的载体在120℃干燥1小时,在500℃煅烧2小时,然后在500℃在氢气H2中进行还原。
步骤d)
最后,用氢气/H2S混合物(2000wt ppm H2S)在500℃进行硫化7分钟(流速:220cm3/min)。
实施例2(未依照本发明):制备催化剂B
以与实施例1相同的方式进行步骤a)。
然后,在氮气气氛中,将650cm3包含0.86g以高铼酸铵的形式引入的铼、0.886g柠檬酸和0.7g硫代苹果酸的水溶液加热4小时,并与该含铂载体接触3小时。
为了完成该催化剂的制备,以与实施例1中所述相同的方式进行步骤c)。
实施例3(依照本发明):制备催化剂C
以与实施例1相同的方式进行步骤a)。
然后,在氮气气氛中,将650cm3包含0.86g以高铼酸铵的形式引入的铼、0.886g柠檬酸、0.7g硫代苹果酸和2.7g草酸(20当量)的水溶液加热4小时,并与该含铂载体接触3小时。
为了完成该催化剂的制备,以与实施例1中所述相同的方式进行步骤c)。
实施例4(依照本发明):制备催化剂D
以与实施例1相同的方式进行步骤a)。
然后,在氮气气氛中,将650cm3包含0.86g以高铼酸铵的形式引入的铼、0.886g柠檬酸、0.7g硫代苹果酸和288mg肼的水溶液加热4小时,并与该含铂载体接触3小时。
为了完成该催化剂的制备,以与实施例1中所述相同的方式进行步骤c)。
实施例5(依照本发明):制备催化剂E
以与实施例1相同的方式进行步骤a)。
然后,在氮气气氛中,将650cm3包含0.86g以高铼酸铵的形式引入的铼、0.886g柠檬酸、0.7g硫代苹果酸和1.03g氯化锡(II)(SnCl2)的水溶液加热4小时,并与该含铂载体接触3小时。
为了完成该催化剂的制备,以与实施例1中所述相同的方式进行步骤c)。
实施例6(依照本发明):制备催化剂F
以与实施例1相同的方式进行步骤a)。
然后,在氮气气氛中,将650cm3包含0.86g以高铼酸铵的形式引入的铼、0.886g柠檬酸、0.7g硫代苹果酸和1.88g亚磷酸的水溶液加热4小时,并与该含铂载体接触3小时。
为了完成该催化剂的制备,以与实施例1中所述相同的方式进行步骤c)。
实施例7(依照本发明):制备催化剂G
以与实施例1相同的方式进行步骤a)。
然后,在氮气气氛中,将650cm3包含0.86g以高铼酸铵的形式引入的铼、0.886g柠檬酸、0.7g硫代苹果酸和206mg草酸(0.5当量)的水溶液加热4小时,并与该含铂载体接触3小时。
为了完成该催化剂的制备,以与实施例1中所述相同的方式进行步骤c)。
实施例8(依照本发明):制备催化剂H
以与实施例1相同的方式进行步骤a)。
然后,在氮气气氛中,将650cm3包含0.86g以高铼酸铵的形式引入的铼、0.886g柠檬酸、0.7g硫代苹果酸和1.4g甲酸(20当量)的水溶液加热4小时,并与该含铂载体接触3小时。
为了完成该催化剂的制备,以与实施例1中所述相同的方式进行步骤c)。
实施例9(依照本发明):制备催化剂I
以与实施例1相同的方式进行步骤a)。
然后,在氮气气氛中,将650cm3包含0.86g以高铼酸铵的形式引入的铼、0.886g柠檬酸、0.7g硫代苹果酸和1.6g亚硝酸钠的水溶液加热4小时,并与该含铂载体接触3小时。
为了完成该催化剂的制备,以与实施例1中所述相同的方式进行步骤c)。
实施例10:催化测试
通过转化具有以下特征的进料测试催化剂A~I:
在20℃的密度 0.753kg/dm3
研究法辛烷值 -60
链烷烃含量 49.4体积%
环烷烃含量 35.1体积%
芳香烃含量 15.5体积%
在氢气存在下在490℃的温度和0.3MPa的总压力下进行该转化。
在注入该进料之前,将该催化剂在氢气中在高温下活化2小时。
在运行24h之后得到的性能报道于表1中。
表1
样品 | 重整产物产率(wt%) | 研究法辛烷值 | C5+产率(wt%) |
A | 90.7 | 99.6 | 72.6 |
B | 89.5 | 99.6 | 71 |
C | 91.2 | 99.6 | 73.2 |
D | 91.5 | 99.6 | 74.3 |
E | 90.1 | 99.6 | 73.1 |
F | 91.2 | 99.6 | 73.2 |
G | 89.9 | 99.6 | 72.8 |
H | 91.2 | 99.6 | 73.2 |
样品 | 重整产物产率(wt%) | 研究法辛烷值 | C5+产率(wt%) |
I | 90.5 | 99.6 | 72.9 |
与催化剂A和B(非依照本发明)的性能相比,能够看到催化剂C~I(依照本发明)的性能(C5+和/或重整产物产率)的令人惊奇的提高。此外,在步骤b)中在络合介质和还原剂中引入硫避免了最后的催化剂硫化步骤。
Claims (20)
1.用于制备包含载体、VIIIB族金属和VIIB族金属的重整催化剂的方法,所述方法包括以a)然后b)或b)然后a)的顺序的以下步骤:
用于用包含VIIIB族金属的盐酸水溶液浸渍该载体的步骤a);
用于用包含VIIB族金属和含硫络合剂的水溶液在还原环境下浸渍该载体的步骤b),或用于用包含VIIB族金属的水溶液然后用包含含硫络合剂的溶液在还原环境下浸渍的步骤b);
其中该还原环境选自由以下构成的组:包括大于0.1wt%还原气体或还原气体的混合物的还原气氛,包含相对于该VIIB族金属在0.1~20当量范围内的还原金属、还原有机化合物或无机还原化合物的还原溶液。
2.权利要求1的用于制备重整催化剂的方法,其中该VIIIB族金属是铂,该VIIB族金属是铼。
3.权利要求1或2的制备方法,其中该还原环境是包括选自被还原的由元素周期表的IIIA、IVA和VA族元素构成的组的金属的还原溶液。
4.权利要求1或2的制备方法,其中该还原环境是包含至少一种选自由还原羧酸、胺、醛、酮、醇和芳香醇构成的组的还原有机化合物的还原溶液。
5.权利要求4的制备方法,其中该还原环境是包括至少一种选自由以下构成的组的有机还原化合物的还原溶液:
-乙酸、甲酸、草酸、抗坏血酸、丙烯酸、己二酸、天门冬氨酸、戊二酸、氨基甲酸、氯乙酸、柠檬酸、二乙基丙二酸、二羟基马来酸、富马酸、葡萄糖酸、谷氨酸、羟基乙酸、乙醛酸、亚氨基二乙酸、庚二酸、乳酸、马来酸、苹果酸、丙二酸、次氮基三乙酸、邻-氨基苯甲酸、邻氨基苯甲酸、苯二甲酸、辛二酸、琥珀酸、五倍子酸、酒石酸及其盐;
-氨;
-伯、仲和叔胺;
-甲醛、乙醛;
-丙酮、乙醇;
-芳香醇,例如苯酚、棓酚衍生物;原儿茶酸乙酯;原儿茶酸十六烷酯;儿茶酚及其衍生物;和氢醌及其衍生物。
6.权利要求1或2的制备方法,其中该还原环境是包含至少一种选自由磷衍生物构成的组的无机还原化合物的还原溶液。
7.权利要求1或2的制备方法,其中该还原环境是包含至少一种选自由含氮衍生物构成的组的无机还原化合物的还原溶液。
8.权利要求1或2的制备方法,其中该还原环境是包括至少一种选自由含硫衍生物构成的组的无机还原化合物的还原溶液。
9.权利要求1~8之一的用于制备催化剂的方法,其中该含硫络合剂是其中该硫仅结合到一个碳原子上的化合物。
10.权利要求9的用于制备催化剂的方法,其中该含硫络合剂包括至少一个选自由硫醇官能、与羧酸官能结合的硫醇官能、硫酮、硫醛和硫代羧酸构成的组的官能。
11.权利要求10的用于制备催化剂的方法,其中该含硫络合剂选自由以下构成的组:
-二乙基二硫代氨基甲酸钠、硫代马来酸、硫代羟基乙酸、硫代甲酸、硫代乙酸、硫代丙酸、二硫代乙酸、二硫代丙酸、巯基乙酸、3-巯基丙酸、2-巯基琥珀酸、羧甲基巯基琥珀酸、2-巯基烟酸;
-EDTA的含硫衍生物、硫代双(亚乙基次氮基)四乙酸、亚乙基双(硫代亚乙基次氮基)四乙酸、硫代双(亚乙基次氮基)四乙酸、2-羟基-5-磺基-1,3-亚苯基-双(亚甲基次氮基)四乙酸和(联二亚甲基四硫代)四乙酸;
-乙硫醇、丁硫醇、丙硫醇、戊硫醇、己硫醇、环己硫醇、乙二硫醇、甲苯二硫醇、二巯基丙醇、乙基黄原酸钾、半胱氨酸、2,3-二巯基-1-丙醇、2,3-二巯基丙-1-磺酸、青霉胺、咪唑-2-硫醇、2-噻唑啉-2-硫醇和吡啶-2-硫醇;
-和硫脲。
12.权利要求1~8之一的用于制备催化剂的方法,其中该含硫络合剂选自由硫酸盐和硫酸构成的组。
13.权利要求1~12的用于制备催化剂的方法,其包括,在步骤a)和b)之后,用于在惰性或氧化气氛中干燥然后煅烧的步骤c),该干燥温度在80℃~200℃范围内,该干燥时间为5分钟~5天,该煅烧温度在300℃~850℃范围内,该煅烧时间为5分钟~20小时。
14.权利要求13的用于制备催化剂的方法,其包括,在步骤c)之后,用于在氢气中在300℃~850℃范围内的温度下还原该催化剂5分钟~20小时的步骤d)。
15.权利要求1~14之一的用于制备催化剂的方法,进一步包括在步骤a)和b)之间、在步骤a)之前或在步骤b)之后的使用包含至少一种选自由钪、钇、锡、锗、铟、锑、铅、铊、镓、铋、磷、砷、镧系元素和锕系元素构成的组的助催化剂金属的溶液浸渍的步骤。
16.权利要求1~15之一的用于制备催化剂的方法,其中该载体是氧化铝。
17.权利要求1~16之一的用于制备催化剂的方法,其中该VIIIB族金属在该催化剂中的最终含量在0.01wt%~5wt%范围内,其中该VIIB族金属在该催化剂中的最终含量在0.01wt%~7wt%范围内,以及其中该催化剂中的最终硫含量在1wt ppm~5wt%范围内。
18.权利要求1~17之一的用于制备催化剂的方法,其中氯在该催化剂中的最终含量在0.1wt%~15wt%范围内。
19.权利要求2~18之一的用于制备催化剂的方法,其中该包含铂的溶液是在盐酸存在下六氯铂酸的水溶液。
20.权利要求2~19之一的用于制备催化剂的方法,其中该包含铼的溶液是高铼酸或高铼酸铵。
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