CN103100392B - 一种加氢裂化催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加氢裂化催化剂及其制备方法。该催化剂中,酸性组分为硅钨酸盐,加氢金属组分为镍,载体为氧化硅。该催化剂是将镍盐、碱金属盐分别加入到含有有机酸I的水溶液中,得到溶液A,将硅源加入到含有有机酸II的溶液中,得到溶液B,然后将溶液A与溶液B混合后,加入硅钨酸水溶液,搅拌蒸干溶液,经干燥和焙烧,制得催化剂。该方法中所用的杂多酸是硅钨酸,并采用两种有机酸配合使用,起到了相互促进的作用,不但使金属组分和酸性组分分散的更均匀,加氢活性与酸功能更好的匹配,而且使催化剂具有更大的比表面积、孔径和孔容,使催化剂具有更好的催化性能。本发明制备的催化剂特别适用于长链烷烃的加氢裂化反应中。
Description
技术领域
本发明涉及一种加氢裂化催化剂及其制备方法,尤其是一种具有免预硫化、高活性的长链烷烃加氢裂化催化剂及其制备方法。
背景技术
在炼油工业,加氢裂化是由重质油生产高品质轻质油品的重要工艺,是原料油在高温、高压、临氢及催化剂存在的条件下进行加氢、脱硫、脱氮、分子骨架重排和裂解等化学反应的一种转化过程。加氢裂化工艺不但能生产优质轻质油品,而且液相产品收率高,其技术核心是催化剂。加氢裂化催化剂是一种双功能催化剂,其兼具酸性功能和加氢功能。US 5,536,687、US 5,447,623和 EP0028938A1中所涉及到的加氢裂化催化剂的酸功能主要是由分子筛提供,而加氢组分选用Mo-Ni或W-Ni。CN1389545A所涉及到的催化剂含Y沸石20%~40%,磷钨杂多酸或硅钨杂多酸5%~20%,氧化镍5%~10%,氧化铝40%~60%。上述为含分子筛的加氢裂化催化剂具有酸性强,比表面大的优点,但其缺点是分子筛孔径小,从而导致反应物与产物扩散阻力增大,二次裂解反应的几率增加。
CN1927461A公开了一种含杂多酸的加氢裂化催化剂,杂多酸可以为磷钨酸或硅钨酸,含量为40%~60%,加氢组分(以单质计)优选5%~10%,余量为载体。制备时按配比选择无机耐热材料颗粒载体作为催化剂载体,配制加氢组分的金属盐水溶液,浸渍载体;将液固分离后的固体物烘干,焙烧;配制杂多酸水溶液,浸渍制得的固体物,静置,烘干,焙烧。该含杂多酸的加氢裂化催化剂具有酸性强和孔径大的优点,但其缺点是磷钨酸的水溶性高,使用过程中较易流失,并且由于该催化剂具有强酸性,增加了二次裂解反应的可能性。
上述催化剂在开工过程中均需进行预硫化,此类催化剂在工业反应器中进行预硫化时,一般需要3~6天时间。所以,预硫化带来如下负效应:1)延长装置开工周期;2)需要购买和贮藏易燃有毒硫化剂。
CN101797512A公开了一种高活性加氢裂化催化剂及其制备方法。该催化剂包括酸性组分、加氢组分及载体,酸性组分为磷钨酸铯盐,加氢组分为镍,载体为氧化硅;催化剂各组分按质量百分比含量为酸性组分10%~50%,加氢组分5%~10%,余量为载体。该方法是以正硅酸乙酯为硅源,柠檬酸为络合剂,将水溶性镍盐、水溶性铯盐分别加到络合剂水溶液中得溶液A;将硅源加入到溶液A中得溶液B;再将杂多酸水溶液加入到溶液B中,蒸干溶液,干燥,焙烧,得催化剂。该含磷钨酸铯盐的催化剂虽然具有较好的加氢裂化反应活性,但由于磷钨酸具有强酸性,在催化剂制备过程中加入后,对载体氧化硅的成型造成了较大影响,当磷钨酸铯盐含量较高时,催化剂的比表面积、孔容和孔径都相对较小,影响了催化剂的加氢裂化反应活性。
发明内容
为克服现有技术中的不足之处,本发明提供了一种具有较高比表面积和孔容、酸性组分和加氢金属组分匹配合理的加氢裂化催化剂及其制备方法。该催化剂用于长链烷烃加氢裂化反应时,具有较高的反应活性和液态烃选择性。
本发明的加氢裂化催化剂,包括酸性组分、加氢金属组分及载体,酸性组分为硅钨酸盐,加氢金属组分为镍,载体为氧化硅;以催化剂的重量为基准,酸性组分的含量为30%~50%,加氢金属组分以元素计的含量为8%~15%,余量为载体;所述硅钨酸盐为硅钨酸的碱金属盐。
所述加氢裂化催化剂的性质如下:比表面积为245~320 m2/g,孔容为0.32~0.40 ml/g,平均孔直径为4.8~6.0 nm。
所述硅钨酸盐为硅钨酸的碱金属盐,其中碱金属与硅钨酸(H4SiW12O40)的摩尔比为1.5~2.5。所述的碱金属为钾、铯中的一种或多种。
所述加氢裂化催化剂的制备方法,包括:
(1)将水溶性镍盐溶液、水溶性碱金属盐溶液分别加入到含有有机酸I的水溶液中,得到溶液A,所述有机酸I为碳原子数为2~6的短链有机酸中的一种或多种;
(2)将硅源加入到含有有机酸II的溶液中,得到溶液B,所述有机酸II为碳原子数为9~16的长链有机酸中的一种或多种;
(3)将溶液A与溶液B混合,得到溶液C;
(4)将硅钨酸水溶液加入到溶液C中,在60~90℃下搅拌以蒸干溶液,然后干燥和焙烧,制得本发明催化剂。
步骤(1)中,所述水溶性镍盐可为硝酸镍、乙酸镍中的一种或多种;所述水溶性碱金属盐可为碳酸盐、硝酸盐中的一种或多种;所述有机酸I为碳原子数为2~6的短链有机酸中的一种或多种,优选为酒石酸、柠檬酸中的一种或多种,有机酸I与加氢金属的摩尔比为0.5~1.5。
在步骤(2)中,所述硅源为硅溶胶;所述有机酸II为碳原子数为9~16的长链有机酸中的一种或多种,优选为月桂酸,有机酸II与硅源中氧化硅的摩尔比为0.3~0.7。
本发明方法中,步骤(1)制备的溶液A在室温下搅拌0.5 h~1.0 h,步骤(2)制备的溶液B在室温下搅拌0.5 h~1.0 h,然后再混合,得到溶液C,溶液C在室温下搅拌0.5 h~3.0 h后,再加入硅钨酸水溶液。步骤(4)中所述的干燥和焙烧的条件如下:在100 ℃~120 ℃干燥5 h~10 h,在300 ℃~400 ℃焙烧2 h~4 h。
本发明在催化剂制备过程中,将水溶性镍盐溶液、水溶性碱金属盐溶液分别加入到短链有机酸I水溶液中,将硅源加入到长链有机酸II水溶液,然后将两者混合,在此过程中,一种相对短链的有机酸I主要起络合剂的作用,而另一种长链有机酸II主要起到模板剂的作用,当两种有机酸配合使用后,起到了相互促进的作用,而且与CN101797512A采用磷钨酸为杂多酸相比,本发明方法采用硅钨酸为杂多酸,硅钨酸比磷钨酸酸性弱,强酸相对较少,总酸量较多,使得本发明催化剂在加氢金属含量相对较高的情况下,不但金属组分和酸性组分分散的更均匀,加氢活性与酸功能更好的匹配,而且使催化剂具有更大的比表面积、孔径和孔容,使催化剂具有更好的催化性能。
具体实施方式
本发明催化剂的评价方法如下:在室温常压下将本发明制备的氧化态加氢裂化催化剂装入反应器中,通入氢气置换反应器中及反应器前后管线中的空气,将反应系统逐步提升压力至加氢裂化反应所需压力。气流稳定后再逐渐提升催化剂床层的温度至所需催化剂还原温度,恒温1 h~5 h,将床层温度调整至加氢裂化反应所需的温度,并将氢气流量调整至加氢裂化反应所需的流量,最后逐步切入反应烃原料。
加氢裂化操作条件根据反应的烃原料性质和目的产品的要求来确定,一般操作条件为:反应压力1.0 MPa~10.0 MPa、反应温度270 ℃~400 ℃、氢烃体积比600~1800、液态烃进料质量空速1.0 h-1~4.0 h-1。催化剂的还原过程由反应的烃原料性质特别是含硫量、目的产品要求以及加氢裂化反应条件确定,还原压力通常等于加氢裂化反应压力。在一般情况下,催化剂还原温度为200 ℃~400 ℃,还原时间为1 h~6 h。所用的反应烃原料可以是通常加氢裂化所使用的各种原料,包括碳原子数目大于6的直链烷烃及其混合物,以及所述直链烷烃与其他类型有机物特别是有机含硫化合物及有机含氮化合物的混合物。
下面通过实施例对本发明做进一步的说明,实施例所用的反应烃原料为含有525 μg/g噻吩和170 μg/g吡啶的正癸烷溶液。本发明中,wt%为质量分数。
加氢裂化活性由正癸烷的转化率表示,选择性由“产物中含有5个碳原子及5个以上碳原子的烷烃摩尔数除以产物总摩尔数”表示,记为C5 +选择性。这是因为,在一般的加氢裂化工艺中,希望一次裂解产物多而二次裂解产物少,当以正癸烷为反应烃原料时,产物中含有5个碳原子及5个以上碳原子的烷烃都是一次裂解产物,所以C5 +选择性表征了产物中一次裂解产物的相对量。
实施例1
将45 ml浓度为0.1 g/ml的碳酸铯溶液、31 ml浓度为1 g/ml的硝酸镍溶液和26 ml浓度为1 g/ml的酒石酸溶液配制成混合溶液A,在室温下搅拌0.5 h;同时将72 ml浓度为1 g/ml的月桂酸溶液与144 g硅溶胶混合,得到混合溶液B,在室温下搅拌0.5 h;然后将溶液A和溶液B混合,搅拌0.5 h,再加入42 g硅钨酸水溶液,在80 ℃下搅拌以蒸干溶液,将所得固体烘干8 h,在400 ℃焙烧4 h,制得Ni-Cs2H2SiW12O40/SiO2催化剂,其中镍含量为10wt%,Cs2H2SiW12O40含量为40wt%,酒石酸与镍的摩尔比为1,月桂酸与氧化硅的摩尔比为0.5。催化剂的物化性质见表1。
将催化剂装入反应管内,通入氢气,体积空速为1500 h-1,反应系统逐步提升压力至2.0 MPa,检查不漏气后,将反应系统升温至300 ℃,升温速率为2 ℃·min-1,保持1 h,在稳定的氢气体积空速1500 h-1下切入含有525 μg/g噻吩和170 μg/g吡啶的正癸烷液体,其质量空速为2.92 h-1,反应 1 h后开始采集样品,检测催化剂在反应条件下的加氢裂化活性和选择性,结果见表2。
实施例2
将71 ml浓度为0.1 g/ml的碳酸铯溶液、25 ml浓度为1 g/ml的硝酸镍溶液和31 ml浓度为1 g/ml的酒石酸溶液配制成混合溶液A,在室温下搅拌0.5 h;同时将79 ml浓度为1 g/ml的月桂酸溶液与112 g硅溶胶混合,得到混合溶液B,在室温下搅拌0.5 h;然后将溶液A和溶液B混合,搅拌0.5 h,再加入52 g硅钨酸水溶液,在80 ℃下搅拌以蒸干溶液,将所得固体烘干8 h,在400 ℃焙烧4 h,制得Ni-Cs2.5H1.5SiW12O40/SiO2催化剂,其中镍含量为8wt%,Cs2.5H1.5SiW12O40含量为50wt%,酒石酸与镍的摩尔比为1.5,月桂酸与氧化硅的摩尔比为0.7。催化剂的物化性质见表1。
催化剂的评价同实施例1,转化率及裂化产物的选择性结果见表2。
实施例3
将25 ml浓度为0.1 g/ml的碳酸铯溶液、47 ml浓度为1 g/ml的硝酸镍溶液和19 ml浓度为1 g/ml的酒石酸溶液配制成混合溶液A,在室温下搅拌0.5 h;同时将49 ml浓度为1 g/ml的月桂酸溶液与162 g硅溶胶混合,得到混合溶液B,在室温下搅拌0.5 h;然后将溶液A和溶液B混合,搅拌0.5 h,再加入31 g硅钨酸水溶液,在80 ℃下搅拌以蒸干溶液,将所得固体烘干8 h,在400 ℃焙烧4 h,制得Ni-Cs2.5H1.5SiW12O40/SiO2催化剂,其中镍含量为15wt%,Cs1.5H2.5SiW12O40含量为30wt%,酒石酸与镍的摩尔比为0.5,月桂酸与氧化硅的摩尔比为0.3。催化剂的物化性质见表1。
催化剂的评价同实施例1,转化率及裂化产物的选择性结果见表2。
实施例4
在实施例2中,将硝酸镍溶液改为30 ml浓度为1 g/ml的乙酸镍溶液,其余同实施例2,所得催化剂为Ni-Cs2H2SiW12O40/SiO2,其中镍含量为10wt%,Cs2H2SiW12O40含量为40wt%。催化剂的物化性质见表1。
催化剂的评价同实施例1,转化率及裂化产物的选择性结果见表2。
实施例5
在实施例2中,将碳酸铯溶液改为54 ml浓度为0.1 g/ml的硝酸铯溶液,其余同实施例2,所得催化剂为Ni-Cs2H2SiW12O40/SiO2,其中镍含量为10wt%,Cs2H2SiW12O40含量为40wt%。催化剂的物化性质见表1。
催化剂的评价同实施例1,转化率及裂化产物的选择性结果见表2。
实施例6
在实施例2中,将碳酸铯溶液改为19.2 ml浓度为0.1 g·ml-1的碳酸钾溶液,月桂酸溶液改为77 ml,硅溶胶改为153 g,其余同实施例2,所得催化剂为Ni-K2H2SiW12O40/SiO2,其中镍含量为10wt%,K2H2SiW12O40含量为40wt%。催化剂的物化性质见表1。
催化剂的评价同实施例1,转化率及裂化产物的选择性结果见表2。
实施例7
在实施例2中,将酒石酸溶液改为36 ml浓度为1 g/ml的柠檬酸溶液,其余同实施例2,所得催化剂为Ni-Cs2H2SiW12O40/SiO2,其中镍含量为10wt%,Cs2H2SiW12O40含量为40wt%,其中柠檬酸与镍的摩尔比为1。催化剂的物化性质见表1。
催化剂的评价同实施例1,转化率及裂化产物的选择性结果见表2。
比较例1
本比较例催化剂按照专利CN101797512A所提供的方法制备,参照实施例1的用量制备。
将45 ml浓度为0.1 g/ml的碳酸铯溶液、31 ml浓度为1 g/ml的硝酸镍溶液和36 ml浓度为1 g/ml的柠檬酸溶液配制成混合溶液,而后加入164 ml正硅酸乙酯,在60 ℃下搅拌0.5 h,再加入42 g硅钨酸水溶液,在80 ℃下搅拌以蒸干溶液,将所得固体烘干24 h。将烘干后的固体物在马福炉中以2 ℃·min-1的速率升至400 ℃,恒温4 h,制得催化剂为Ni-Cs2H2SiW12O40/SiO2,其中镍含量为10wt%,Cs2H2SiW12O40含量为40wt%。其中柠檬酸与镍的摩尔比为1。催化剂的物化性质见表1。
催化剂的评价同实施例1,转化率及裂化产物的选择性结果见表2。
比较例2
本比较例催化剂按照专利CN101797512A所提供的方法制备,参照实施例2的用量制备。
将71 ml浓度为0.1 g/ml的碳酸铯溶液、25 ml浓度为1 g/ml的硝酸镍溶液和43 ml浓度为1 g/ml的柠檬酸溶液配制成混合溶液,而后加入127 ml正硅酸乙酯,在60 ℃下搅拌0.5 h,再加入52 g硅钨酸水溶液,在80 ℃下搅拌以蒸干溶液,将所得固体烘干24 h。将烘干后的固体物在马福炉中以2 ℃·min-1的速率升至400 ℃,恒温4 h,制得催化剂为Ni-Cs2.5H1.5SiW12O40/SiO2,其中镍含量为8wt%,Cs2.5H1.5SiW12O40含量为50wt%。其中柠檬酸与镍的摩尔比为1.5。催化剂的物化性质见表1。
催化剂的评价同实施例1,转化率及裂化产物的选择性结果见表2。
比较例3
本比较例催化剂按照专利CN101797512A所提供的方法制备,参照实施例3的用量制备。
将25 ml浓度为0.1 g/ml的碳酸铯溶液、47 ml浓度为1 g/ml的硝酸镍溶液和54 ml浓度为1 g/ml的柠檬酸溶液配制成混合溶液,而后加入184 ml正硅酸乙酯,在60 ℃下搅拌0.5 h,再加入31 g硅钨酸水溶液,在80 ℃下搅拌以蒸干溶液,将所得固体烘干24 h。将烘干后的固体物在马福炉中以2 ℃·min-1的速率升至400 ℃,恒温4 h,制得催化剂为Ni-Cs1.5H2.5SiW12O40/SiO2,其中镍含量为15wt%,Cs1.5H2.5SiW12O40含量为30wt%。其中柠檬酸与镍的摩尔比为1。催化剂的物化性质见表1。
催化剂的评价同实施例1,转化率及裂化产物的选择性结果见表2。
表1 各例催化剂的物化性质
实施例 | 比表面积,m2/g | 孔容,ml/g | 平均孔直径,nm |
实施例1 | 295.6 | 0.38 | 5.2 |
实施例2 | 265.5 | 0.35 | 5.3 |
实施例3 | 296.1 | 0.37 | 5.0 |
实施例4 | 285.4 | 0.35 | 4.9 |
实施例5 | 287.5 | 0.34 | 4.8 |
实施例6 | 292.8 | 0.39 | 5.0 |
实施例7 | 279.8 | 0.36 | 5.0 |
比较例1 | 210.8 | 0.28 | 4.3 |
比较例2 | 194.4 | 0.22 | 4.5 |
比较例3 | 225.1 | 0.25 | 4.4 |
表2 各例催化剂的加氢裂化活性及选择性
实施例 | 正癸烷转化率,wt% | C5 +选择性,wt% |
实施例1 | 86.5 | 87.8 |
实施例2 | 83.5 | 85.1 |
实施例3 | 81.6 | 88.2 |
实施例4 | 84.8 | 85.7 |
实施例5 | 85.2 | 86.3 |
实施例6 | 83.8 | 84.5 |
实施例7 | 85.4 | 85.2 |
比较例1 | 70.3 | 82.9 |
比较例2 | 67.2 | 82.1 |
比较例3 | 65.5 | 83.4 |
Claims (9)
1.一种加氢裂化催化剂的制备方法,所述加氢裂化催化剂包括酸性组分、加氢金属组分及载体,酸性组分为硅钨酸盐,加氢金属组分为镍,载体为氧化硅;以催化剂的重量为基准,酸性组分的含量为30%~50%,加氢金属组分以元素计的含量为8 %~15%,余量为载体;其中所述硅钨酸盐为硅钨酸的碱金属盐;
所述加氢裂化催化剂的制备过程包括:
(1)将水溶性镍盐溶液、水溶性碱金属盐溶液分别加入到含有有机酸I的水溶液中,得到溶液A;所述有机酸I为碳原子数为2~6的短链有机酸中的一种或多种;所述有机酸I与加氢金属的摩尔比为0.5~1.5;
(2)将硅源加入到含有有机酸II的溶液中,得到溶液B,所述有机酸II为碳原子数为9~16的长链有机酸中的一种或多种;所述有机酸II与硅源中氧化硅的摩尔比为0.3~0.7;
(3)将溶液A与溶液B混合,得到溶液C;
(4)将硅钨酸水溶液加入到溶液C中,在60~90℃下搅拌以蒸干溶液,然后经干燥和焙烧,制得所述加氢裂化催化剂;
所述有机酸I为酒石酸、柠檬酸中的一种或多种;所述有机酸II为月桂酸。
2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(1)中,所述水溶性镍盐为硝酸镍、乙酸镍中的一种或多种;所述水溶性碱金属盐为碳酸盐、硝酸盐中的一种或多种。
3.按照权利要求1所述的方法,其特征在于在步骤(2)中,所述硅源为硅溶胶。
4. 按照权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(1)制备的溶液A在室温下搅拌0.5 h~1.0 h,步骤(2)制备的溶液B在室温下搅拌0.5 h~1.0 h,然后将两者混合,得到溶液C,溶液C在室温下搅拌0.5 h~3.0h后,再加入硅钨酸水溶液。
5. 按照权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(4)中所述的干燥和焙烧的条件如下:在100~120 ℃干燥5 h~10 h,在300 ℃~400 ℃焙烧2 h~4 h。
6. 按照权利要求1所述的方法,其特征在于所述硅钨酸的碱金属盐中,碱金属与硅钨酸即H4SiW12O40的摩尔比为1.5~2.5。
7. 按照权利要求1所述的方法,其特征在于所述的碱金属为钾、铯中的一种或多种。
8. 一种加氢裂化催化剂,其特征在于采用权利要求1~7任一方法制备的。
9. 按照权利要求8所述的催化剂,其特征在于所述加氢裂化催化剂的性质如下:比表面积为245~320 m2/g,孔容为0.32~0.40 ml/g,平均孔直径为4.8~6.0 nm。
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CN101797512A (zh) * | 2010-03-15 | 2010-08-11 | 厦门大学 | 一种高活性加氢裂化催化剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
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Liu Baijun等.Liquid phase selective hydrogenation of furfural on Raney nickel modified by impregnation of salts of heteropolyacids.《Applied Catalysis A:General》.1998,第171卷 * |
重油加氢分散型催化剂的研究现状与进展;刘东等;《石油学报》;20101031;第124-130页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103100392A (zh) | 2013-05-15 |
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