CN102091633B

CN102091633B - 负载型加氢脱硫催化剂的一步制备方法

Info

Publication number: CN102091633B
Application number: CN201110024171A
Authority: CN
Inventors: 方维平; 赖伟坤; 郑进保; 李娟娟; 庞丽卿; 夏志强; 王跃敏
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2031-01-21
Also published as: CN102091633A

Abstract

负载型加氢脱硫催化剂的一步制备方法。涉及加氢脱硫催化剂，提供一种制备工艺简单、制备周期短的负载型加氢脱硫催化剂的一步制备方法。将氯化铝、柠檬酸与尿素混合，加入溶剂后得溶液，往所得溶液中加入淀粉、镍前驱物和钼前驱物，混匀后干燥、焙烧，即得负载型加氢脱硫催化剂。采用一步法制备，制备工艺简单，且大大缩短制备周期，降低生产成本。制备过程节省大量洗涤用水，而且免去污水排放，制备过程绿色环保。制得的加氢脱硫催化剂的脱硫率达到96％，催化活性好。而且催化剂稳定性高，具有工业应用价值。

Description

负载型加氢脱硫催化剂的一步制备方法

技术领域

本发明涉及加氢脱硫催化剂，特别涉及一种负载型加氢脱硫催化剂的一步制备方法。

背景技术

近年来，随着机动车数量的剧增，车用燃料的总需求量成倍增长。石油燃料的大量使用使得机动车尾气排放量越来越大，燃油中硫化物的燃烧产物SO_X是造成连年大面积出现酸雨的主要有害物质。另一方面，随着人们生活水平的提高，人们对环境质量的要求也越来越高。因此，人们对石油燃料的质量要求日益严格，世界各国均制定了严格的燃油标准。欧洲于2000年实施欧III清洁燃油配方，规定油品中硫含量不大于150μg/g，而2005年实施欧IV配方，要求硫含量降至50μg/g。北京已于2005年实施国III标准要求硫含量小于150μg/g，2008年起实施国IV标准，这一标准要求硫含量小于50μg/g。

石油馏分脱硫方法有传统加氢脱硫和非加氢脱硫。传统的加氢脱硫是在一定压力和温度下进行催化加氢，使硫化物中的S以H₂S形式除去。在各种脱硫方法中，加氢脱硫是最有效、最成熟的技术。加氢脱硫技术的关键在于加氢脱硫催化剂，加氢脱硫催化剂普遍采用Ni(Co)-Mo(W)作为活性组分，对催化剂载体进行改性即可明显提高催化剂活性。因此，众多研究者的目光均集中在对新型载体和新型制备方法的开发研究上。

加氢脱硫催化剂载体一般采用γ-Al₂O₃，从近几年来的研究来看，催化剂载体出现较多的无定形载体，出现的新型载体主要有复合氧化物载体以及采用新的方法制备的单一组分载体。这些新载体的共同特点是具有较大的孔径和孔容、较大的比表面积、金属活性组分的高分散性等，因而具有更好的催化活性。

美国专利US20090223868A1介绍了一种含二氧化硅0.3％～10％的氧化铝为载体，钴和钼为活性组分的加氢脱硫催化剂。其制备方法是将二氧化硅与氧化铝研磨混合后加入少量去离子水溶解，再加入69.8％的硝酸溶液1％，最后挤条成型，150℃干燥，593℃焙烧后制得具有0.87ml/g孔容，10.2nm平均孔径的载体。但其浸渍液的配制采用钼组分与钴组分分开配制的方法，钼溶液用钼酸铵、三氧化钼、过氧化氢以及去离子水配制而成，钴溶液是将六水合硝酸钴溶于去离子水配制而成，再把钼溶液与钴溶液混合稀释后制成浸渍液。最后再把浸渍液浸渍在上述载体上，经干燥焙烧处理后制得加氢脱硫催化剂。该方法制得的催化剂具有较好的加氢脱硫选择性及稳定性，但其脱硫活性相对较低，且制备过程复杂，制备成本较高。

中国专利CN 101314130A公开了一种含硼加氢脱硫催化剂及其制备方法。该方法先将一水铝石干粉与田菁粉、硝酸溶液混捏，再挤条、干燥、焙烧后浸渍硼酸，再经干燥焙烧先制成含硼氧化铝载体，最后再浸渍活性组分钴钼制成催化剂。该方法的优点是在噻吩含量高达10％的模型化合物中，催化剂的活性仍可高达92.3％。但是催化剂的整个制备过程繁杂、制备周期长，且制成氧化铝后浸渍硼酸可能改变氧化铝空隙结构，并导致其机械强度下降。

中国专利CN 10143928A公开了一种组合氧化铝基选择性加氢脱硫催化剂及其制备方法。该催化剂的制备方法是将大孔径氧化铝与小孔径氧化铝混合与田菁粉、硝酸溶液混捏、成型、干燥和焙烧后，制成氧化铝载体，然后依次负载助剂镁和硼以及活性组分钴和钼，再经干燥和焙烧制成催化剂。该方法所制得催化剂在深度脱硫过程中的脱硫率达到84％，且具有良好的脱硫选择性和稳定性。但加入助剂镁将会使得机械强度下降，且单纯将大孔径与小孔径氧化铝混合制成催化剂将会使得催化剂的孔径分布变宽。该催化剂制备方法同样存在制备过程较为复杂、制备周期长的缺点。

美国专利US7815792B2公开了一种加氢脱硫催化剂。该催化剂以一种直径为2.0mm的球形材料为载体。该球形载体的制备方法采用在低比表面积的堇青石为核心的外表面覆盖上一层厚度为0.1mm的氧化铝。再用该球形载体浸渍负载1％钴和3.4％钼活性组分，制成加氢脱硫催化剂。该方法所制得的催化剂具有很高的加氢脱硫选择性，但其催化脱硫率在274℃时仅为72.7％，只有在温度升高至296℃时，脱硫率才达到88.6％。并且采用在堇青石表面覆盖一层0.1mm氧化铝，在工业上较难控制操作，因此限制了其工业应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、制备周期短的负载型加氢脱硫催化剂的一步制备方法。

所述负载型加氢脱硫催化剂的一步制备方法包括：将氯化铝、柠檬酸与尿素混合，加入溶剂后得混合溶液，往所得混合溶液中加入淀粉、镍前驱物和钼前驱物，混匀后干燥、焙烧，即得负载型加氢脱硫催化剂。

所述氯化铝、柠檬酸、尿素、溶剂、淀粉、镍前驱物和钼前驱物的质量比可为100∶(5～20)∶(10～40)∶(200～400)∶(50～200)∶(4～11)∶(10～20)。

所述溶剂可为极性有机溶剂，优选乙醇等。

所述镍前驱物可为硝酸镍或碱式碳酸镍等，优选碱式碳酸镍；所述钼前驱物可为钼酸铵等。

所述干燥的条件可为：温度100～120℃，时间6～24h；所述焙烧的条件可为：温度450～650℃，时间4～6h。

所述负载型加氢脱硫催化剂的组成以质量百分比计分别为：NiO为2％～6％，MoO₃为8％～16％，余为Al₂O₃；所得负载型加氢脱硫催化剂的比表面积为150～250m²/g，孔容为0.28～0.4ml/g，平均孔径为6～8nm。

本发明所提供的负载型加氢脱硫催化剂的一步制备方法具有如下优点：

1)采用一步法制备，即在制备载体氧化铝的过程中直接加入活性组分，在载体形成过程中活性组分同时负载在载体上，使得催化剂与载体同时一步形成，制备工艺简单，且大大缩短制备周期，降低生产成本。

2)制备过程节省大量洗涤用水，而且免去污水排放，制备过程绿色环保。省去制备氧化铝的中和、老化、过滤、洗涤、干燥和粉碎等步骤，也省去了配制活性组分溶液的步骤，既可缩短制备周期，又节省大量用水，有利于降低生产成本和保护环境。

3)利用本发明所提供的制备方法制得的加氢脱硫催化剂，催化剂的脱硫率达到96％，催化活性好。而且催化剂稳定性高，具有工业应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例制备的负载型加氢脱硫催化剂的XRD谱图。在图1中，横坐标为衍射角2θ(deg)，纵坐标为信号强度(a.u.)，曲线1为负载型加氢脱硫催化剂DB4，曲线2为负载型加氢脱硫催化剂DB1，曲线3为负载型加氢脱硫催化剂C1，各特征衍射峰分别用以下图形标记，■为Al₂O₃，▲为NiO，●为MoO_x。

图2为负载型加氢脱硫催化剂C1的稳定性试验结果数据图。在图2中，横坐标为运转时间(h)，纵坐标为脱硫率(％)。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步的说明，但不构成对本发明可实施范围的任何限定。

实施例1

称取无水氯化铝88g，柠檬酸8.8g，尿素26.2g，将其研磨混合均匀，缓慢加入150ml乙醇，置于90℃恒温水浴搅拌混合均匀后，加入131g淀粉，继续搅拌约10min，加入粉末状碱式碳酸镍3.0g，以及已用少量去离子水溶解的5.9g钼酸铵，继续搅拌混合20min，经120℃干燥处理10h，550℃焙烧处理4h，冷却后成型造粒，得到粒度为20～40目的负载型加氢脱硫催化剂，标记为C1。所得负载型加氢脱硫催化剂以催化剂总重计，含NiO 4％，MoO₃12％，Al₂O₃84％。

实施例2

制备方法与实施1相同。不同之处在于制备时所添加的碱式碳酸镍的质量为3.75g，钼酸铵的质量为7.38g。

本实施例制备的负载型加氢脱硫催化剂以催化剂总重计，含NiO 5％，MoO₃15％，Al₂O₃80％，标记为C2。

实施例3

制备方法和实施1相同，不同之处在于所添加的碱式碳酸镍的质量为4.5g，钼酸铵的质量为8.85g。

本实施例制备的负载型加氢脱硫催化剂以催化剂总重计，含NiO 6％，MoO₃18％，Al₂O₃76％，标记为C3。

对比例1

制备方法与实施例1相同，不同之处在于制备催化剂时所用溶剂为水。所制得负载型加氢脱硫催化剂以催化剂总重计，含NiO 4％，MoO₃12％，Al₂O₃84％，标记为DB1。

对比例2

本对比例制备的负载型加氢脱硫催化剂以催化剂总重计，含NiO 4％，MoO₃12％，P 0.5％，Al₂O₃83.5％，标记为DB2。制备催化剂的过程是先用乙醇为溶剂制备出氧化铝，再浸渍活性组分。

称取88g无水氯化铝，8.8g柠檬酸，26.2g尿素，将其研磨混合均匀，缓慢加入约150ml乙醇溶剂，置于90℃恒温水浴搅拌均匀后，加入131g淀粉，继续搅拌约10min，经120℃干燥处理10h，550℃焙烧处理4h，冷却后压片成型，筛分后得到20～40目的氧化铝载体33.5g，其饱和吸水率为1.2ml/g。

MoNiP浸渍液的配制方法为：将三氧化钼48g、碱式碳酸镍30g、磷酸14g和350ml蒸馏水混合溶解，于100℃加热回流约0.5h，制成约400ml MoNiP浸渍液，最后在浸渍液中添加40g柠檬酸，制成含柠檬酸的MoNiP浸渍液。

量取上述浸渍液40ml加入上述所得33.5g氧化铝载体，搅拌约5min后，室温下浸渍处理约4h，经120℃干燥处理约3h，即得负载型加氢脱硫催化剂，标记为DB2。

对比例3

本对比例制备的催化剂以催化剂总重计，含NiO 4％，MoO₃12％，P 0.5％，Al₂O₃83.5％，标记为DB3。制备方法与对比例2相同，所不同的是在制备氧化铝载体的过程中所用的溶剂为水。

对比例4

称取工业氧化铝(γ-Al₂O₃，比表面230m²/g，孔容0.60ml/g，孔径11.6nm)33.5g，加入对比例2所述MoNiP浸渍液40ml，搅拌约5min后，室温下浸渍处理约4h，经120℃干燥处理约3h，即得负载型加氢脱硫催化剂，标记为DB4。负载型加氢脱硫催化剂组成为以催化剂总重计，含NiO 4％，MoO₃12％，P 0.5％，Al₂O₃83.5％。

实施例4

本实施例检测负载型加氢脱硫催化剂C1～C3和DB1～DB4的催化性能，本发明中的负载型加氢脱硫催化剂均无需进行强制预硫化，直接以反应原料所含的硫对催化剂进行升温硫化，这样有利于缩短催化剂开工周期。活性评价采用模型化合物，模型化合物以质量百分比计含有5％的噻吩与95％的环己烷。

评价方法为：将负载型加氢脱硫催化剂样品0.5g，装于反应管中间的等温区段后通入氢气置换空气，再升温至200℃，打开微量进样泵进反应原料(即模型化合物：噻吩和环己烷混合物，噻吩含量为5％)，继续升温至330℃硫化1h后，降至反应温度280℃稳定3h，再开始采样分析，每间隔1h采样1次，总共采集4个样品，取后3次采样分析结果均值为脱硫率。

反应条件：H₂压力为2.0MPa，液相空速LHSV 8ml·g^-1·h^-1，H₂/oil 600(V/V)，反应温度280℃。反应原料进样量4ml/h，氢气流量40ml/min，反应物和产物由气相色谱(GC9160，上海伍豪色谱仪器公司)氢火焰检测器(FID)检测，色谱柱为PONA毛细管柱。负载型加氢脱硫催化剂的脱硫活性采用如下方法计算：

脱硫率＝(反应前硫含量-反应后硫含量)/反应前硫含量×100％

催化剂的反应活性评价结果(参见表1)表明：以乙醇为溶剂，采用一步法制成的负载型加氢脱硫催化剂C1、C2和C3在催化脱硫方面具有明显的优势，脱硫率都达到95％以上，且C1活性组分含量为NiO 4％、MoO₃12％，在活性金属组分含量较低时其脱硫率就高达95％，是一个较为理想的负载型加氢脱硫催化剂。而以乙醇为溶剂的催化剂C1、C2、C3与以水为溶剂的催化剂DB1相比可知，以乙醇为溶剂所制备的催化剂的催化活性明显提高。采用一步法制成的催化剂C1、C2、C3与先制得氧化铝载体再浸渍活性组分(即多步法)的催化剂DB2、DB3、DB4的催化活性结果对比可知，采用一步法制成的催化剂C1、C2、C3具有明显优势。以乙醇为溶剂采用一步法制成的催化剂C1、C2、C3与以工业氧化铝为载体浸渍活性组分的催化剂DB4比较可知，采用本发明所提供的制备方法制得的负载型加氢脱硫催化剂比采用工业氧化铝为载体的催化剂脱硫率高，并且本发明所提供的催化剂的制备工艺简单。

表1

实施例5

为了解负载型加氢脱硫催化剂的构效关系，对系列催化剂做进一步研究。负载型加氢脱硫催化剂的比表面积、孔容及孔径分布测试在Micromeritics Tristar 3000型全自动物理化学吸附仪上完成。负载型加氢脱硫催化剂样品首先在120℃抽真空预处理1h，再升温至300℃处理3h。以氮气为吸附质，液氮温度下进行吸附。比表面积测试采用的是多层物理吸附方法，即BET方程，而孔容孔径采用毛细管凝法，也称吸附曲线计算法测定。

从N₂低温物理吸附表征结果(参见表2)可知，采用一步法所制得的催化剂的比表面积、孔容和孔径明显大于采用工业氧化铝浸渍活性组分的方法所得对比催化剂DB4。

表2

工业氧化铝的比表面积、孔容、平均孔径均较大，但浸渍活性组分后的催化剂DB4明显降低，这可能是由于在浸渍过程中，浸渍液的酸性使得氧化铝结构发生改变，从而导致比表面积、孔容、平均孔径明显下降。这也说明了采用本发明中的一步法制成加氢脱硫催化剂的优点：即不需要通过浸渍负载活性组分，从而避免载体在浸渍过程中结构发生变化。

实施例6

X-射线粉末衍射(XRD)实验在PANalytical公司的X’Pert Pro型X射线粉末衍射仪上进行。仪器的工作条件为：管电流30mA；管电压40kV；X’Celerator超能阵列探测器，以Cu-Kα(λ＝0.15406nm)为辐射源。测试范围(2θ)为10～90deg.，采用X’celerator-normal方式进行测试，扫描步长0.016deg.step^-1，每步时间10s/step。所得谱图均经过X’pert Highscore软件处理，进行解谱分析。

催化剂C1、DB1与催化剂DB4的XRD谱图对比可知(参见图1)，催化剂C1、DB1均没有出现γ-Al₂O₃的特征衍射峰，说明本发明所提供的一步法制得的催化剂载体为无定型态。而通过催化剂C1与DB1谱图对比可知，催化剂DB1出现较强的NiO和MoO_x物种的特征衍射峰，而催化剂C1没有明显出现这些特征衍射峰，这说明采用乙醇作为溶剂的催化剂C1的活性组分在载体上的分散性较好；而采用水为溶剂的催化剂DB1，其活性组分在载体上的分散性较差，或者说Mo物种及NiO的晶粒较大。

以催化剂C1作为研究对象，考察其在长时间运行下的稳定性(参见图2)，采用实施例4所述的评价方法，延长反应时间至360h。在360h运行期间，负载型加氢脱硫催化剂的催化活性稳定，脱硫率与前期结果保持一致，表明其加氢脱硫的稳定性良好。

综合以上实施例可知：本发明所提供的加氢脱硫催化剂一步制造方法，其工艺简单易行、制备周期短、成本低，且制备过程节省大量用水，免去污水排放，符合绿色环保的要求；以乙醇为溶剂，采用一步法所制得的加氢脱硫催化剂的催化活性好、稳定性高，具有工业应用价值。

Claims

1.负载型加氢脱硫催化剂的一步制备方法，其特征在于其包括：将氯化铝、柠檬酸与尿素混合，加入溶剂后得混合溶液，往所得混合溶液中加入淀粉、镍前驱物和钼前驱物，混匀后干燥、焙烧，即得负载型加氢脱硫催化剂；

所述氯化铝、柠檬酸、尿素、溶剂、淀粉、镍前驱物和钼前驱物的质量比为100∶(5～20)∶(10～40)∶(200～400)∶(50～200)∶(4～11)∶(10～20)；

所述焙烧的条件为：温度450～650℃，时间4～6h。

2.如权利要求1所述的负载型加氢脱硫催化剂的一步制备方法，其特征在于所述溶剂为极性有机溶剂。

3.如权利要求2所述的负载型加氢脱硫催化剂的一步制备方法，其特征在于所述极性有机溶剂为乙醇。

4.如权利要求1所述的负载型加氢脱硫催化剂的一步制备方法，其特征在于所述镍前驱物为硝酸镍或碱式碳酸镍。

5.如权利要求1所述的负载型加氢脱硫催化剂的一步制备方法，其特征在于所述钼前驱物为钼酸铵。

6.如权利要求1所述的负载型加氢脱硫催化剂的一步制备方法，其特征在于所述干燥的条件为：温度100～120℃，时间6～24h。