CN105268488B - 一种催化剂的载体及其负载方法和用途 - Google Patents

一种催化剂的载体及其负载方法和用途 Download PDF

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Abstract

一种催化剂的载体及其负载方法和用途，所述催化剂的活性组分为VIII族和VIB族金属化合物中的一种或几种组合，所述载体为具有吸附能力的粉末状物质，其中载体堆密度为0.8‑3.0g/cm3，比表面积100‑1000m2/g，平均孔径为6‑300nm，孔容为0.2‑1.5cm3/g，所述载体占所述催化剂总质量的12wt％‑95wt％。具有本发明参数的载体密度和硬度都比较小，能够大大增强催化剂的分散性，进而使催化剂最大化地发挥其催化活性，对设备、泵、阀和管道的磨损低，输送状态良好，成本低。

Description

一种催化剂的载体及其负载方法和用途
技术领域
本发明涉及一种催化剂的载体及其负载方法和用途，属于石油化工和煤化工领域。
背景技术
我国是一个富煤贫油的国家，在应对当今石油供需矛盾和贯彻节能减排政策中，充分利用煤炭和重油资源是保障能源安全的重要选择。浆态床加氢技术是将煤炭和重油转化为轻油和化工品的重要技术，该技术适用于重油加氢、煤直接液化和油煤混炼工艺。
基于上述原因，近年来浆态床加氢技术，尤其是浆态床加氢催化剂成为研究热点，由于浆态床加氢催化剂属于可弃式催化剂，考虑到成本因素，必须采用廉价的催化剂。相关文献提出以Ⅷ族和ⅥB族金属为活性组分的催化剂用于浆态床加氢，原因是其催化活性高、价格低廉。但是这些金属催化剂与反应原料的密度差较大，在输送和反应过程中容易沉降和积聚，容易造成堵塞，还会对管道、设备、泵和阀等造成磨损，更为关键的是催化剂分散性不好，催化活性无法得到有效的发挥，使得原料转化率和轻油收率都比较低。也有相关文献报道采用将金属催化剂负载于分子筛、氧化铝等载体颗粒上制成加氢催化剂颗粒，用于浆态床加氢。但是上述催化剂载体本身密度大，对于降低催化剂整体密度的作用有限，催化剂的分散性仍然差，装置运行效果不够理想。且分子筛成本依旧高昂。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种催化剂的载体及其负载方法和用途，该方法能够使催化剂的活性得以高效地发挥，原料煤和/或油的加氢裂化程度较深，同时还大大降低了原料和催化剂对设备、泵、阀和管道的磨损，输送状态良好。
本发明技术方案如下：
一种催化剂的载体，其特征在于所述催化剂的活性组分为VIII族和VIB族金属化合物中的一种或几种组合，所述载体为具有吸附能力的粉末状物质，其中载体堆密度为0.8-3.0g/cm3，比表面积100-1000m2/g，平均孔径为6-300nm，孔容为0.2-1.5cm3/g，所述载体占所述催化剂总质量的12wt％-95wt％。
所述载体优选为碳纤维、煤粉、活性碳粉、炭黑粉中的一种或几种。
优选的载体堆密度为0.95-2.5g/cm3，比表面积300-800m2/g，平均孔径为50-250nm，孔容为0.4-1.2cm3/g，所述载体占所述催化剂总质量的20wt％-90wt％。
上述载体的负载方法，其特征在于包括以下步骤：
将载体磨制成粒径≤480μm的粉末，将粉末与催化剂活性组分混合制备成浆液，操作温度为10-350℃；
将催化剂浆液过滤，获得滤饼；
将滤饼在惰性气体环境下进行干燥，干燥温度不超过350℃，惰性气体为氮气；
将干燥的滤饼进行研磨，研磨至粒径≤480μm的粉状物质。
上述载体的另一种负载方法，其特征在于包括以下步骤：
将载体磨制成粒径≤480μm的粉末，将粉末添加至催化剂制备原料中，即在催化剂活性组分制备过程中添加载体，催化剂生成在载体表面，在惰性气体环境下干燥后研磨至粒径≤480μm，干燥温度不超过350℃，惰性气体为氮气。
上述催化剂的载体的用途，其特征在于用于煤直接液化工艺、油煤混炼工艺和重油加氢工艺，其中煤直接液化工艺指以煤为原料，以煤液化的循环油为供氢溶剂进行加工；油煤混炼工艺指以原油、常压渣油、减压渣油、催化油浆、脱油沥青和煤焦油中的一种或者多种组合与褐煤、烟煤中的一种或者多种组合为原料进行加工，油与煤的比例范围为97-30:3-70；重油加氢工艺指以原油、减压渣油、常压渣油、催化油浆、脱油沥青和煤焦油中的一种或者多种组合为原料进行加工。
有益效果：
具有本发明参数的载体特别是碳纤维、煤粉、活性碳粉、炭黑粉、焦炭粉作为催化剂载体具有良好的效果，其密度和硬度都比较小，在本发明所限定的物理参数下能够大大增强催化剂的分散性，进而使催化剂最大化地发挥其催化活性，对设备、泵、阀和管道的磨损低，输送状态良好。这种催化剂载体具有很强的吸附能力，能及时地吸附所聚物，并将其带出反应体系，避免结焦和堵塞，非常适用于可弃式催化剂的使用，不仅能使可弃式催化剂达到良好的催化效果并将之与固体废物共同带出反应体系，而且相比分子筛等现有技术大幅度的降低了成本。
具体实施方式
为进一步阐述本发明的具体特征，下面将结合具体实施例来写详细叙述。
实施例1
1、催化剂
本实施例介绍的是以减压渣油和烟煤为原料，采用油煤混炼工艺进行加工的工艺，油煤 进料比例为1:1。催化剂为铁系催化剂，催化剂载体为原料煤制成的煤粉，载体堆密度为1.2g/cm3，比表面积800m2/g，平均孔径为150nm，孔容为1.1cm3/g，所述载体占所述催化剂总质量的88wt％。
负载主要过程为：
(1)将研磨成粒径≤200μm的煤粉与催化剂混合制备成催化剂/载体浆液，操作温度为50℃；
(2)将催化剂/载体浆液过滤，获得滤饼；
(3)将滤饼在惰性气体环境下进行干燥，干燥温度为150℃，惰性气体为氮气；
(4)将干燥的滤饼研磨至粒径≤200μm，即制得符合要求的催化剂。
2、原料性质
(1)减压渣油的基本性质表
(2)煤的基本性质表
3、反应结果数据表：
装置连续运转8000小时，设备、泵、阀和管道无堵塞和明显的磨损现象。
实施例2
本实施例介绍的工艺、原料和进料比例同实施例1。催化剂为铁系催化剂，催化剂载体为原料煤制成的煤粉，载体堆密度为2.5g/cm3，比表面积300m2/g，平均孔径为50nm，孔容为0.4cm3/g，所述载体占所述催化剂总质量的20wt％。
负载过程为：
在催化剂的制备过程中，将研磨好的粒径≤200μm载体添加至催化剂制备原料中，催化剂生成在载体表面，在氮气气体环境下干燥后研磨至粒径≤200μm，干燥温度为150℃。
反应结果数据表：
气产率，wt％ 7.05
萃取油收率，wt％ 64.18
油煤焦产率，wt％ 28.77
装置连续运转8000小时，设备、泵、阀和管道堵塞和明显的磨损情况较轻。
实施例3
本实施例介绍的工艺、原料和进料比例同实施例1。催化剂为铁系催化剂，催化剂载体为原料煤制成的煤粉，载体堆密度为3.3g/cm3，比表面积80m2/g，平均孔径为5.0nm，孔容为0.16cm3/g，所述载体占所述催化剂总质量的8.8wt％。本实施例为采用成分相同但各参数范围不在本发明限定范围的对比例。
负载过程为：
在催化剂的制备过程中，将研磨好的粒径≤500μm载体添加至催化剂制备原料中，催化剂生成在载体表面，在氮气气体环境下干燥后研磨至粒径≤500μm，干燥温度为150℃。
反应结果数据表：
气产率，wt％ 3.75
萃取油收率，wt％ 49.18
油煤焦产率，wt％ 47.07
装置连续运转3000小时，设备、泵、阀和管道堵塞和明显的磨损很明显，并出现部分管 道流动不畅的现象，因此效果明显不如本发明的催化剂载体。
实施例4
本实施例介绍的工艺、原料和进料比例、催化剂及其载体性质同实施例1，催化剂无载体。
反应结果数据表：
气产率，wt％ 2.06
萃取油收率，wt％ 42.18
油煤焦产率，wt％ 55.76
装置连续运转2000小时，设备、泵、阀和管道有明显的磨损现象，局部存在流通不畅的现象。
结论：
从上述实施例1和2可以看出，使用本发明的催化剂载体和负载方法可使催化剂的活性发挥到理想的效果，两种负载方法取得的催化效果无明显差别，萃取油收率均可达到79％以上。从实施例3、4可以看出，载体参数不佳或无载体的催化剂不能有效的发挥其催化性能，未能有效带动煤的转化，轻油收率不足55％。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种催化剂的载体，其特征在于所述催化剂的活性组分为VIII族和VIB族金属化合物中的一种或几种组合，所述载体为具有吸附能力的粉末状碳纤维、煤粉、活性碳粉、炭黑粉中的一种或几种，其中载体堆密度为0.8-3.0g/cm3，比表面积100-1000m2/g，平均孔径为6-300nm，孔容为0.2-1.5cm3/g，所述载体占所述催化剂总质量的12wt％-95wt％。
2.根据权利要求1所述的一种催化剂的载体，其特征在于载体堆密度为0.95-2.5g/cm3，比表面积300-800m2/g，平均孔径为50-250nm，孔容为0.4-1.2cm3/g，所述载体占所述催化剂总质量的20wt％-90wt％。
3.根据权利要求1或2所述的一种催化剂的载体的负载方法，其特征在于包括以下步骤：
将载体磨制成粒径≤480μm的粉末，将粉末与催化剂活性组分混合制备成浆液，操作温度为10-350℃；
将催化剂浆液过滤，获得滤饼；
将滤饼在惰性气体环境下进行干燥，干燥温度不超过350℃；
将干燥的滤饼进行研磨，研磨至粒径≤480μm的粉状物质。
4.根据权利要求1或2所述的一种催化剂的载体的负载方法，其特征在于包括以下步骤：
将载体磨制成粒径≤480μm的粉末，将粉末添加至催化剂制备原料中，催化剂生成在载体表面，在惰性气体环境下干燥后研磨至粒径≤480μm，干燥温度不超过350℃。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于所述惰性气体为氮气。
6.根据权利要求1或2所述的一种催化剂的载体的用途，其特征在于用于煤直接液化工艺、油煤混炼工艺和重油加氢工艺，其中煤直接液化工艺指以煤为原料，以煤液化的循环油为供氢溶剂进行加工；油煤混炼工艺指以原油、常压渣油、减压渣油、催化油浆、脱油沥青和煤焦油中的一种或者多种组合与褐煤、烟煤中的一种或者多种组合为原料进行加工，油与煤的比例范围为97-30:3-70；重油加氢工艺指以原油、减压渣油、常压渣油、催化油浆、脱油沥青和煤焦油中的一种或者多种组合为原料进行加工。
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