CN102451700A - 一种加氢处理催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加氢处理催化剂的制备方法。该方法是在氢氧化铝成胶后加入稳定的含硼有机化合物溶液的方式引入硼助剂,得到含硼氢氧化铝,活性金属组分以混捏法与含硼氢氧化铝混合,经三段焙烧,得加氢处理催化剂。本发明方法有利于硼助剂和活性金属组分均匀分布在催化剂中,并增强了硼助剂对活性相转换的促进作用,而且所得催化剂的孔容大、比表面积大,并具有适宜的孔结构和酸性,提高了催化剂的活性和稳定性,特别适用于重质烃类的加氢脱氮过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种加氢处理催化剂的制备方法,特别是一种大孔容和大比表面的加氢处理催化剂的制备方法。
背景技术
目前,世界各国对车用燃料的要求越来越严格,尤其是对硫、氮和芳烃的含量。而石油随开采量的增加,日益变重变劣,人类对车用燃料的需求量却不断增加,致使各炼厂对石油的加工难度越来越大。其中加氢技术是生产合格燃料的重要技术之一,在上述背景下,该技术所加工的原料也在变劣变重,这样对加氢催化剂也不断提出新的要求。
加氢催化剂通常采用氧化铝载体,但由于氧化铝本身的孔容和孔径较小,在实际应用过程中,通常加入助催化组分,如硼、硅、磷、钛、锆等,来改善氧化铝的孔结构及酸性质,提高活性金属分散度以及活性金属与载体间的相互作用关系,进而提高催化剂的反应性能,提高抗结焦或抗积炭性能,延长催化剂的使用寿命。
目前,加氢催化剂中引入助催化组分的方法,包括在制备氢氧化铝胶体时引入、在制备氧化铝载体过程胶体打浆时引入以及在氧化铝载体负载活性金属时引入。其中在制备氢氧化铝胶体时引入是采用共沉淀法,即将铝盐与含硼化合物存在下加入沉淀剂,经成胶反应而得。在制备氧化铝载体过程胶体打浆时引入是先制备氢氧化铝胶体,然后再将含硼化合物混入氢氧化铝胶体中而制得。在氧化铝载体负载活性金属时引入是指先制备氧化铝载体,然后同活性金属组分一同引入或在引入活性金属之前或之后引入,一般是采用浸渍的方法引入。由于硼的加入方式不同,将会对催化剂性能产生不同的影响。
US 4,724,226公开了一种含硼催化剂,其载体为含氧化硼为0.1~5.0wt%的氧化铝,含硼载体采用硫酸铝与偏铝酸钠和偏硼酸钠共沉淀法制备的,该方法的主要问题在于硼通过共沉淀法加入,硼主要分布在氧化铝体相中,一方面不利于催化剂形成适宜的孔结构,比表面积较小,另外还不能充分发挥调节氧化铝表面性质的作用。
CN1458232A公开了一种加氢处理催化剂,其中采用的含硼氧化铝载体是先制备γ-氧化铝的前躯物即氢氧化铝,然后打浆,加入硼等助剂。该硼助剂是采用硼酸、氟硼酸氨或三氟化硼引入。该方法采用氟硼酸氨或三氟化硼的酸性较强,将严重损失催化剂的强度和比表面积,催化剂的活性将大大降低,而且该含氟和硼的化合物有毒,使工作环境恶化。另外,该方法在混合时,需要加热到50~90℃进行,操作过程复杂,增加生产成本。而采用硼酸若在室温下进行,硼酸容易析出,导致硼在氧化铝中的分散度较差,且当硼含量超过2%以上时,大部分转化为非活性的四面体配位B。采用硼酸作为助剂,虽然可以起到扩孔作用,但其所得到氧化铝的孔容和比表面积增加幅度不大,而且若操作条件控制不当,或硼含量控制不当,还会影响氢氧化铝成胶,进而使氧化铝载体及制备的催化剂的强度变差,降低催化剂的活性及使用寿命。
CN1325942A公开了一种加氢精制催化剂的制备方法,是采用一种同时含有第VIB族、第VIII族金属组分、有机羧酸和多元醇混合络合剂及助剂B的浸渍溶液经浸渍氧化铝载体而制得。该方法中加入有机络合剂,改善了硼的稳定性,但由于同时与活性金属浸渍,硼和活性金属在与载体存在着竞争吸附,影响活性金属在载体上的分散度。同时硼对I型活性相向活性较高的II型活性相转换的促进作用势必减弱,进而使该类型催化剂活性的提高受到限制。此外,由于硼是在氧化铝载体成型后引入的,对氧化铝载体的孔结构及孔道影响较小,未起到扩孔的作用;没有在负载活性金属前对载体的酸中心类型进行调整;对活性金属与载体间较强的相互作用没有起到减弱作用,使得催化剂活性降低。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种大孔容、大比表面积、孔分布集中的加氢处理催化剂的制备方法。该方法使硼助剂均匀分布在催化剂中,增强了对活性相转换的促进作用,提高催化剂的活性和稳定性。
本发明加氢处理催化剂的制备方法,包括:
(1)含铝无机盐溶液与沉淀剂进行中和成胶反应;
(2)在步骤(1)成胶反应后,加入含硼有机化合物溶液,调整pH为5.0~10.0范围,温度为50~90℃,进行老化,老化时间为30~200min;所述的含硼有机化合物溶液的方法如下:将硼酸溶解在水中,然后加入有机醇制得含硼有机化合物溶液;
(3)将步骤(2)所得老化浆液进行过滤、洗涤;
(4)将步骤(3)所得滤饼进行干燥,制得含硼氢氧化铝干胶;
(5)将含硼氢氧化铝干胶、含活性金属组分的前体与粘合剂混合均匀,经成型,然后在110~170℃下进行干燥1~20h,再在190~250℃恒温焙烧0.5~4.0h,在280~370℃恒温焙烧1.0~3.0h,在390~540℃恒温焙烧2.0~5.0h。
本发明方法中,步骤(1)所述的含铝无机盐溶液与沉淀剂进行中和成胶反应,可以采用常规的沉淀法制备氢氧化铝的方法,比如含铝无机盐为AlCl3、Al(NO3)3、Al2(SO4)3中的一种或几种,沉淀剂为氨水或偏铝酸钠。控制成胶反应温度在40~80℃,成胶反应的pH值为4.5~9.5。
步骤(2)中,硼的加入量,以最终所得加氢处理催化剂的重量为基准,氧化硼含量为0.5%~8.0%,优选为1.0%~7.0%。
步骤(2)所述的含硼有机化合物溶液的方法如下:将硼酸溶解在水中,然后加入有机醇制得含硼有机化合物溶液。其中所述的有机醇为甘露醇、乙二醇和丙三醇中的一种或多种,硼酸与有机醇的摩尔比为2∶1~1∶2。含硼有机化合物溶液中含B2O3 1~10G/100mL。
步骤(3)所述的洗涤是用去离子水进行洗涤,洗涤时控制温度在50~90℃之间,洗涤次数为2-5次,每次洗涤时间为30~60min。
步骤(4)所述的干燥是在100~150℃下进行干燥1~20h。
步骤(5)所述的活性金属采用常规的加氢活性金属,一般是以第VIB族和第VIII族金属为活性金属组分,第VIB族金属最好为钨和/或钼,第VIII族金属最好为镍和/或钴。所述的含活性金属组分的前体可以为活性金属氧化物,也可以为含活性金属化合物,还可以为含活性金属的溶液,最好采用含活性金属的溶液。含活性金属的溶液可采用含活性金属的可溶性盐溶于水中制成。所述的含活性金属组分的前体中还可以含有磷。
本发明中所用的粘合剂可采用常规的制备催化剂时的粘合剂,一般为小孔氧化铝。粘合剂的加入量可以根据催化剂的成型情况及实际应用来选择,以加氢处理催化剂的重量为基准,以氧化物计含量为3%~30%。本发明中制备催化剂混捏过程中,还可以其它的常规助剂,比如胶溶酸或助挤剂。胶溶酸一般为醋酸、甲酸、硝酸、盐酸、磷酸和硫酸中的一种或多种,助挤剂一般为田菁粉、淀粉等。
本发明加氢处理催化剂中,加氢活性金属的加入量根据实际情况及常识来选择。一般是以第VIB族和第VIII族金属为活性金属组分,第VIB族金属最好为钨和/或钼,第VIII族金属最好为镍和/或钴。以最终加氢处理催化剂的重量为基准,第VIB族金属氧化物的重量含量为10%~25%,第VIII族金属氧化物的重量含量为1%~10%。
本发明的加氢处理催化剂中,还可以含有其它助剂,如钛、锆、硅等中的种或多种,该助剂以氧化物计,在催化剂中的重量含量为0.2%~10.0%。该助剂引入催化剂的方式可以采用常规方法,比如可以在含硼氢氧化铝制备过程中引入,也可以在制备催化剂时与含硼氢氧化铝混捏时引入,还可以单独以浸渍法负载到催化剂上。
本发明加氢处理催化剂所采用的含硼氢氧化铝是在氢氧化铝成胶后加入含硼有机化合物溶液即将硼酸溶于水后,加入到有机醇中而制得,这样使硼酸与有机醇反应生成稳定的物质,从而克服了硼酸温度低容易析出,而使其在氧化铝中分布不均的缺点。活性金属组分以混捏方式引入催化剂中,然后与含硼氢氧化铝干胶一起在特定的条件下三段焙烧,使含硼的有机溶液缓慢分解,不但可以起到扩孔的作用,而且这样还可以使催化剂的孔结构更加规整,孔分布更加均匀,进一步提高催化剂的比表面积和孔容,同时使活性金属更加有效地、均匀地分布在载体上,提高活性金属的分散度。此外,硼助剂引入氧化铝中,调节了氧化铝的酸性,并进一步调节了活性金属与载体间的相互作用,提高了硼对I型活性相向活性较高的II型活性相转换的促进作用,使催化剂具有较好的活性和稳定性。
本发明方法所得的加氢处理催化剂孔容大、比表面积大,并具有适宜的孔结构和酸性,特别适用于重质烃类的加氢脱氮过程。
本发明制备方法简单,易于操作,没有特别环保问题,在现有生产设备上就可以实现。
具体实施方式
本发明中,比表面、孔容、平均孔直径、孔分布是采用美国Micromeritics公司生产的ASAP 2420型BET测定仪低温液氮吸附法测定的;红外酸量是采用吡啶红外吸附光谱法测定的。
实施例1
将含Al2O3 5g/100mL的AlCl3溶液2000mL与含NH310g/100mL的氨水并流滴加到温度为60℃搅拌的成胶反应灌中,保持pH值为7.6,反应接触时间40min。在温度为70℃,pH值为8.0下进行老化。老化时间为1h。对产物进行过滤,然后用固液体积比为1∶20的去离子水洗涤,洗涤温度80℃,洗涤次数3次。对所得滤饼在120℃下干燥3h,得到氢氧化铝。
取上述氢氧化铝100g,混入110g由硝酸胶溶的SB氧化铝粉,混捏20min后,制成可塑性糊膏,通过φ1.4mm的三叶草孔板挤条。湿条在130℃干燥8h后,在520℃条件下焙烧4h,得到氧化铝载体S-1。
实施例2
在实施例1的成胶反应后,加入含B2O3 3g/100mL的有机化合物溶液100mL。含硼有机化合物溶液是将硼酸溶解在水中,然后按硼酸与甘露醇摩尔比为1∶1制备的,其它氢氧化铝制备同实施例1,得到含硼氢氧化铝。
取上述含硼氢氧化铝120g,混入126g由硝酸胶溶的SB氧化铝粉以及含钼和钴的水溶液,混捏20min后,制成可塑性糊膏,通过φ1.4mm的三叶草孔板挤条。湿条在130℃下进行干燥3h,再在210℃恒温焙烧1h,在310℃恒温焙烧2.0h,在540℃恒温焙烧3.0h,得催化剂C-2,该催化剂中,MoO3的重量含量为12.2%,CoO的重量含量为3.0%。
实施例3
将实施例2中的含硼有机化合物溶液换成按硼酸与乙二醇摩尔比为1.0∶1.5制备,其它氢氧化铝制备同实施例2,得到含硼氢氧化铝。
取上述含硼氢氧化铝110g,混入118g由硝酸胶溶的SB氧化铝粉以及含钼、镍和磷的水溶液,混捏20min后,制成可塑性糊膏,通过φ1.4mm的三叶草孔板挤条。湿条在140℃下进行干燥2h,再在220℃恒温焙烧0.5h,在330℃恒温焙烧1.0h,在540℃恒温焙烧3.0h,得催化剂C-3,该催化剂中,MoO3的重量含量为24.6%,NiO的重量含量为4.02%,P的重量含量为1.21%。
实施例4
将实施例2中的含硼有机化合物溶液换成按硼酸与丙三醇摩尔比为1.5∶1.0制备,其它氢氧化铝制备同实施例2,得到含硼氢氧化铝。
取上述含硼氢氧化铝95g,混入102g由硝酸胶溶的SB氧化铝粉以及含钨、钼、镍的水溶液,混捏20min后,制成可塑性糊膏,通过φ1.4mm的三叶草孔板挤条。湿条在150℃下进行干燥1.0h,再在200℃恒温焙烧0.5h,在340℃恒温焙烧1.0h,在540℃恒温焙烧3.0h,得催化剂C-4,该催化剂中,WO3的重量含量为21.3%,MoO3的重量含量为2.1%,NiO的重量含量为2.6%。
实施例5
将实施例2中的含硼有机化合物溶液换成含B2O3 6g/100mL的有机化合物溶液100mL,其它氢氧化铝制备同实施例2,得到含硼氢氧化铝。
取上述含硼氢氧化铝100g,混入105g由硝酸胶溶的SB氧化铝粉以及含钼、镍和磷的水溶液,混捏20min后,制成可塑性糊膏,通过φ1.4mm的三叶草孔板挤条。湿条在130℃下进行干燥2h,再在200℃恒温焙烧1.0h,在300℃恒温焙烧1.0h,在540℃恒温焙烧3.0h,得催化剂C-5,该催化剂中,MoO3的重量含量为14.6%,NiO的重量含量为6.5%,P的重量含量为1.4%。
实施例6
将含Al2O3 5g/100mL的Al2(SO4)3溶液1000mL与含Al2O3 6.0g/100mL的偏铝酸钠溶液并流滴加到温度为65℃搅拌的成胶反应灌中,保持pH值为8.2,反应接触时间50min。成胶结束后,在搅拌状态下加入含有B2O3 6g/100mL有机化合物溶液100毫升,该含硼有机化合物溶液是将硼酸溶解在水中,然后按硼酸与甘露醇摩尔比为2∶1制备的。将浆液在pH值为8.5,温度60℃的条件下进行老化,老化时间为1.5h。对产物进行过滤,然后用同液体积比为1∶20的去离子水洗涤,洗涤温度70℃,洗涤次数3次。对所得滤饼在120℃下干燥3h,得到含硼氢氧化铝。
取上述含硼氢氧化铝100g,混入110g由硝酸胶溶的SB氧化铝粉以及含钨、钼和镍的水溶液,混捏20min后,制成可塑性糊膏,通过φ1.4mm的三叶草孔板挤条。湿条在110℃下进行干燥3h,再在240℃恒温焙烧0.5h,在370℃恒温焙烧1.0h,在520℃恒温焙烧3.0h,得催化剂C-6,该催化剂中,WO3的重量含量为19.8%,MoO3的重量含量为5.1%,NiO的重量含量为5.6%。
比较例1
在实施例1成胶反应后,加入硼酸6g,其它步骤同实施例1,得到含硼氢氧化铝。
用含硼氢氧化铝制备催化剂的过程同实施例2,得到催化剂C-A。
比较例2
在实施例1成胶反应后,加入硼酸11g,其它步骤同实施例1,得到含硼氢氧化铝。
用含硼氢氧化铝制备催化剂的过程同实施例5,得到催化剂C-B。
比较例3
采用本发明实施例1得到的氧化铝载体S-1,按照CN1325942A实施例1的方法,采用浸渍法同时负载硼和活性金属,得到催化剂C-C。该催化剂中,MoO3为14.6%,NiO为6.5%,P为1.4%,B2O3含量为6.0%。
将实施例2~6和比较例1~3制备的加氢处理催化剂的性质见表1。
表1
*比较例3所得的催化剂C-C的孔分布是孔直径为6~11nm的所占孔容占总孔容的百分数。
实施例7
本实施例为本发明催化剂的活性评价试验,并与采用不同方法制备的加氢处理催化剂进行活性对比,主要考察催化剂的加氢脱氮性能。
催化剂活性评价在200mL小型加氢装置上进行的,条件见表2如下:
表2实施例和比较例所用的加氢操作条件
氢分压,MPa | 14.7 |
氢油比(体积) | 1000 |
温度,℃ | 385 |
空速,h-1 | 1.0 |
所用原料油为胜利减压蜡油和焦化蜡油按重量比为9∶1的混合油,性质见表3。
表3原料油性质
密度,g/cm3 | 0.8848 |
残炭,%(质量分数) | 0.15 |
S,%(质量分数) | 0.50 |
H/C(重量比) | 12.92/83.96 |
N,μg/g | 1900 |
馏程,℃(ASTM-D1106) | |
IBP/10% | 315/386 |
30%/50% | 432/459 |
70%/90% | 484/528 |
95%/EP | 553/564 |
族组成,%(质量分数) | |
烷烃 | 30.9 |
环烷烃 | 18.9 |
芳烃 | 46.0 |
胶质 | 4.2 |
本发明催化剂和参比剂的评价结果见表4。
表4本发明催化剂与参比剂脱氮性能对比
催化剂编号 | C-A | C-B | C-C | C-2 | C-3 | C-4 | C-5 | C-6 |
类型 | 参比剂 | 参比剂 | 参比剂 | 本发明 | 本发明 | 本发明 | 本发明 | 本发明 |
生成油氮含量,μg/g | 31.0 | 20.4 | 22.7 | 12.1 | 11.0 | 11.9 | 3.0 | 8.3 |
相对脱氮活性 | 100 | 110 | 108 | 123 | 125 | 122 | 157 | 132 |
注:规定参比剂C-A的加氢脱氮活性为100,其余按
相对脱氮活性=[ln(Nf/Np)]/ln(Nf/Npr)]*100
其中:Nf为原料氮含量,Npr和Np分别为催化剂C-A和其它催化剂加氢处理生成油氮含量。
由表4可看出,经过硼助剂改性的本发明催化剂在与参比剂担载相同金属时,与参比催化剂相比具有更高的加氢脱氮活性。
实施例8
本实施例为本发明催化剂C-5和参比剂C-B的寿命试验,所用试验装置、原料油及评价工艺条件同实施例7,结果见表5。
表5本发明催化剂稳定性试验结果
由表5可以看到,在385℃下稳定运转2000h时,采用本发明催化剂时,生成油的氮含量略有升高,而采用参比剂时,生成油的氮含量明显升高,这说明本发明催化剂的活性和稳定性明显好于参比剂。
Claims (12)
1.一种加氢处理催化剂的制备方法,包括:
(1)含铝无机盐溶液与沉淀剂进行中和成胶反应;
(2)在步骤(1)成胶反应后,加入含硼有机化合物溶液,调整pH为5.0~10.0,温度为50~90℃,进行老化,老化时间为30~200min;所述的含硼有机化合物溶液的方法如下:将硼酸溶解在水中,然后加入有机醇制得含硼有机化合物溶液;
(3)将步骤(2)所得老化浆液进行过滤、洗涤;
(4)将步骤(3)所得滤饼进行干燥,制得含硼氢氧化铝干胶;
(5)将含硼氢氧化铝干胶、含活性金属组分的前体与粘合剂混合均匀,经成型,然后在110~170℃下进行干燥1~20h,再在190~250℃恒温焙烧0.5~4.0h,在280~370℃恒温焙烧1.0~3.0h,在390~540℃恒温焙烧2.0~5.0h,制得加氢处理催化剂。
2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于以催化剂的重量为基准,氧化硼含量为0.5%~8.0%。
3.按照权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(1)所述的含铝无机盐溶液与沉淀剂进行中和成胶反应,所用的含铝无机盐为氯化铝、硝酸铝、硫酸铝中的一种或几种,沉淀剂为氨水或偏铝酸钠;控制成胶反应温度40~80℃,成胶反应的pH值为4.5~9.5。
4.按照权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(2)所述的含硼有机化合物溶液中含B2O3 1~10g/100mL。
5.按照权利要求1所述的制备方法,其特征在于所述的有机醇为甘露醇、乙二醇和丙三醇中的一种或多种,硼酸与有机醇的摩尔比为2∶1~1∶2。
6.按照权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(3)所述的洗涤是用去离子水进行洗涤,洗涤时控制温度在50~90℃之间,洗涤次数为2~5次,每次洗涤时间为30~60min。
7.按照权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(4)所述的干燥是在100~150℃下进行干燥1~20h。
8.按照权利要求1所述的制备方法,其特征在于所述加氢处理催化剂中,活性金属为第VIB族和第VIII族金属,以加氢处理催化剂的重量为基准,第VIB族金属氧化物的重量含量为10%~25%,第VIII族金属氧化物的重量含量为1%~10%。
9.按照权利要求8所述的催化剂,其特征在于第VIB族金属为钨和/或钼,第VIII族金属为镍和/或钴。
10.按照权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(5)所述的含活性金属组分的前体是以活性金属氧化物,或者含活性金属化合物,或者含活性金属的溶液的形式加入的。
11.按照权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(5)所述的含活性金属组分的前体中含有助剂磷,在加氢处理催化剂中的含量为0.2%~5.0%。
12.按照权利要求1所述的制备方法,其特征在于所述粘合剂为小孔氧化铝,其加入量以最终得到的加氢处理催化剂的重量为基准,以氧化物计含量为3%~30%。
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CN102451700B (zh) | 2013-06-19 |
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