CN106582707B - 负载合金型芳烃饱和催化剂及其制备方法 - Google Patents

负载合金型芳烃饱和催化剂及其制备方法 Download PDF

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李旭光
孔德金
邹薇
侯敏
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Abstract

本发明涉及一种负载合金型芳烃饱和催化剂及其制备方法。主要解决现有技术中存在的多环芳烃加氢饱和程度不可控或饱和度低的问题。本发明通过采用催化剂以选自氧化铝、氧化硅、氧化钛或无定形硅铝中的至少一种为载体，以贵金属Ir、金属Ni和选自Sn、或Bi中的至少一种金属所形成的合金为活性组分的技术方案较好地解决了上述问题。本发明的催化剂通过高温氧化还原方法制备而成，加氢饱和活性高且程度可控，可用于芳烃炼制领域。

Description

负载合金型芳烃饱和催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种负载合金型芳烃饱和催化剂及其制备方法。
背景技术
目前在众多的重质馏分油处理技术中，如加氢裂化、临氢降凝等都会涉及到多环芳烃的加氢饱和过程，且饱和程度决定着最终产品的分布。因此开发饱和活性高、饱和程度可控的多环芳烃加氢饱和催化剂对推动炼化技术的进步，优化产品分布起到至关重要的作用。重质馏分油中芳烃组分主要有单环、双环、三环和三环以上芳烃及其烷基衍生物。其中前三种为柴油馏分的主要成分，三环以上芳烃及其衍生物主要存在于沸点大于350℃的石油馏分中。对于中间馏分油中双环芳烃的含量最多，其中萘的同系物又占双环芳烃的70％之多。
研究较多的芳烃饱和催化剂主要有：1)硫化态催化剂该类催化剂对原料中的硫物种的毒化作用不敏感，适应性强，也是工业上使用最为广泛的，但通常使用前需要经过预硫化处理，提高了操作成本，延缓了开工时间，而且加氢活性并不高；2)贵金属催化剂该类催化剂加氢活性高，能在较为温和条件下实现芳烃的深度加氢，但对于原料中含有硫化物时，极易造成催化剂中毒失活，且生产成本较高；3)其他类如非晶态合金催化剂、过渡金属碳或氮化物催化剂也是近些年研究较多的加氢催化剂，但受催化剂制备的苛刻条件、稳定性及生产成本等因素的限制还处于摸索阶段。
CN101099934A公开了一种芳烃饱和加氢的金属氮化物催化剂，在氧化铝上负载镍钼双金属氮化物，室温搅拌浸渍2-4h后，过滤，充分晾干，于60-100℃真空干燥5-8h，压片成型，过筛，直接升温焙烧，过程为：在Ar气流中，以10℃/min的速度从室温升至650-680℃，保持2h，Ar气空速为500-1500h-1；切换H2气流，保持2h，然后在H2中冷却至室温，H2空速为500-1500h-1；最后在含1％O2的N2中钝化4h，用于单环和双环芳烃饱和加氢反应中，具有较高的催化活性，但该方法制备的催化剂焙烧过程较为繁琐，并不经济。
US2007062848A1公开了一种先将多环芳烃部分饱和后再进行选择性开环和脱烷基来获得轻质芳烃的方法。该方法可以满足原料物流中多环芳烃含量在20wt％以上，饱和阶段温度在300～500℃，压力2～10MPa。由于两段催化剂装在同一反应器中，所以要求物流需要保证一定的停留时间才能获得较好的转化率，因此空速较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是为了克服现有技术中存在的多环芳烃加氢饱和程度不可控或饱和度低的问题，提供一种新的负载合金型芳烃饱和催化剂。该催化剂具有对多环芳烃饱和活性高且程度可控的优点。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的负载合金型芳烃饱和催化剂的制备方法。
本发明所要解决的技术问题之三是提供一种与解决技术问题之一相对应的负载合金型芳烃饱和催化剂的操作方法。
为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种负载合金型芳烃饱和催化剂，按催化剂重量百分比计包括：
(a)80～85.9％选自氧化铝、氧化硅、氧化钛或无定形硅铝中的至少一种为载体；
(b)0.1～0.9％贵金属Ir；
(c)3～9％金属Ni；
(d)0.1～5％选自金属Sn或Bi中的至少一种；
上述技术方案中，所述的(d)步骤优选为0.1～0.5％选自金属Sn和Bi。
为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种负载合金型芳烃饱和催化剂的制备方法，包括以下步骤：
①将选自氧化铝、氧化硅、氧化钛或无定形硅铝中的至少一种经混捏、成型、挤条、干燥后，于450～800℃焙烧0.5～24h得到催化剂载体；
②将金属Ir、Ni，金属Sn或Bi中至少一种的前驱体溶液于10～90℃浸渍到催化剂载体上陈化0.5～24h，干燥后备用；
③在空气气氛500～1000℃焙烧1～10h后，在氢气气氛500～800℃还原3～10h后即得催化剂成品。
上述技术方案中，所述的贵金属Ir的前驱体为氯铱酸；金属Ni的前驱体为氯化镍、硝酸镍或乙酸镍中的至少一种；金属Sn的前驱体为二氯化锡、四氯化锡或硝酸锡中的至少一种；金属Bi的前驱体为硝酸铋或氯化铋中的至少一种。
上述技术方案中，所述的催化剂载体制备过程中添加按载体干基重量计2～5％的助挤剂，添加3～6％的成胶剂。
上述技术方案中，所述的助挤剂为田菁粉或桐油中的至少一种；成胶剂为选自盐酸、硝酸、醋酸、酒石酸、柠檬酸或草酸中的至少一种和水的体积比为1：1～1：5。
为解决上述技术问题之三，本发明采用的技术方案如下：一种多环芳烃饱和的方法，多环芳烃混合物与氢气混合，自上而下通过催化剂床层，在反应温度280～380℃、反应压力4～12MPa、体积空速0.5～5.0hr-1、氢油体积比400～1700条件下与权利要求1中任意一种所述的催化剂接触，进行加氢饱和反应。
上述技术方案中，优选方案为反应温度320～350℃、反应压力5～8MPa、体积空速0.5～2.0hr-1、氢油体积比500～1200条件下与催化剂接触。
本发明使用超临界固定床反应器进行催化剂性能考察，反应器内径Ф12毫米，长度800毫米，不锈钢材质。采用电加热，温度自动控制。反应器底部填充Ф2～3毫米玻璃珠为支撑物，反应器内填充催化剂5克，上部填充Ф2～3毫米玻璃珠，供作原料预热和汽化之用。多环芳烃混合物与氢气混合，自上而下通过催化剂床层进行加氢饱和反应。
本发明提供的催化剂可用于含多环芳烃的石油馏分的加氢饱和过程。
本发明中催化剂为载体上负载金属合金，融合了多种金属的加氢特性，金属原子进行重排，产生的金属合金在加氢活性上明显优于单一金属，稳定性更好，对多环芳烃的饱和能力较强，而且饱和程度通过调节合金的比例及操作工艺条件来达到控制多环芳烃加氢饱和程度的目的，取得了较好的技术效果。
下面通过实施例对本发明作进一步阐述。
具体实施方式
【实施例1】
向干基为80g的γ-氧化铝(商购)中加入2.4g田菁粉混合均匀后，再加入4g体积比1:1HNO3水溶液和40g去离子水，混捏均匀制成适于挤出的面团。将其通过模具挤出，形状呈细长的圆柱形(截面直径1.5mm)，120℃烘干后于550℃焙烧4h，然后将其裁剪成尺寸一致的载体颗粒(1.5×4.0mm)备用。
将氯铱酸、硝酸镍、氯化锡的混合溶液于40℃下对载体颗粒进行浸渍，浸渍液中折算所含载体干基重量0.2％Ir、3％Ni和0.2％Sn，陈化8h并经干燥后，在空气中1000℃氧化4h，再在氢气中700℃还原4h(此步可在反应器中完成)即得成品催化剂1。
用催化剂1进行多环芳烃加氢饱和性能评价，原料组成示于表1。多环芳烃混合物与氢气混合，自上而下通过催化剂床层，在反应温度330℃、反应压力5MPa、体积空速1.5hr-1、氢油体积比600条件下与催化剂接触，对产物进行回收和组分检测，将转化结果示于表2。
【实施例2】
向干基为80g的氧化硅(商购)中加入2.4g田菁粉混合均匀后，再加入4g体积比1:1HNO3水溶液和40g去离子水，混捏均匀制成适于挤出的面团。将其通过模具挤出，形状呈细长的圆柱形(截面直径1.5mm)，120℃烘干后于550℃焙烧4h，然后将其裁剪成尺寸一致的载体颗粒(1.5×4.0mm)备用。
将氯铱酸、硝酸镍、氯化锡的混合溶液于40℃下对载体颗粒进行浸渍，浸渍液中折算所含载体干基重量0.2％Ir、3％Ni和0.2％Sn，陈化8h并经干燥后，在空气中1000℃氧化4h，再在氢气中700℃还原4h(此步可在反应器中完成)即得成品催化剂2。
用催化剂2进行多环芳烃加氢饱和性能评价，原料组成示于表1。多环芳烃混合物与氢气混合，自上而下通过催化剂床层，在反应温度330℃、反应压力5MPa、体积空速1.5hr-1、氢油体积比600条件下与催化剂接触，对产物进行回收和组分检测，将转化结果示于表2。
【实施例3】
向干基为80g的氧化钛(商购)中加入2.4g田菁粉混合均匀后，再加入4g体积比1:1HNO3水溶液和40g去离子水，混捏均匀制成适于挤出的面团。将其通过模具挤出，形状呈细长的圆柱形(截面直径1.5mm)，120℃烘干后于550℃焙烧4h，然后将其裁剪成尺寸一致的载体颗粒(1.5×4.0mm)备用。
将氯铱酸、硝酸镍、氯化锡的混合溶液于40℃下对载体颗粒进行浸渍，浸渍液中折算所含载体干基重量0.2％Ir、3％Ni和0.2％Sn，陈化8h并经干燥后，在空气中1000℃氧化4h，再在氢气中700℃还原4h(此步可在反应器中完成)即得成品催化剂3。
用催化剂3进行多环芳烃加氢饱和性能评价，原料组成示于表1。多环芳烃混合物与氢气混合，自上而下通过催化剂床层，在反应温度330℃、反应压力5MPa、体积空速1.5hr-1、氢油体积比600条件下与催化剂接触，对产物进行回收和组分检测，将转化结果示于表2。
【实施例4】
向干基为80g的无定形硅铝(商购)中加入2.4g田菁粉混合均匀后，再加入4g体积比1:1HNO3水溶液和40g去离子水，混捏均匀制成适于挤出的面团。将其通过模具挤出，形状呈细长的圆柱形(截面直径1.5mm)，120℃烘干后于550℃焙烧4h，然后将其裁剪成尺寸一致的载体颗粒(1.5×4.0mm)备用。
将氯铱酸、硝酸镍、氯化锡的混合溶液于40℃下对载体颗粒进行浸渍，浸渍液中折算所含载体干基重量0.2％Ir、3％Ni和0.2％Sn，陈化8h并经干燥后，在空气中1000℃氧化4h，再在氢气中700℃还原4h(此步可在反应器中完成)即得成品催化剂4。
用催化剂4进行多环芳烃加氢饱和性能评价，原料组成示于表1。多环芳烃混合物与氢气混合，自上而下通过催化剂床层，在反应温度330℃、反应压力5MPa、体积空速1.5hr-1、氢油体积比600条件下与催化剂接触，对产物进行回收和组分检测，将转化结果示于表2。
【实施例5】
向干基为80g的γ-氧化铝(商购)中加入2.4g田菁粉混合均匀后，再加入4g体积比1:1HNO3水溶液和40g去离子水，混捏均匀制成适于挤出的面团。将其通过模具挤出，形状呈细长的圆柱形(截面直径1.5mm)，120℃烘干后于550℃焙烧4h，然后将其裁剪成尺寸一致的载体颗粒(1.5×4.0mm)备用。
将氯铱酸、硝酸镍、硝酸铋的混合溶液于40℃下对载体颗粒进行浸渍，浸渍液中折算所含载体干基重量0.2％Ir、3％Ni和0.2％Bi，陈化8h并经干燥后，在空气中1000℃氧化4h，再在氢气中700℃还原4h(此步可在反应器中完成)即得成品催化剂5。
用催化剂5进行多环芳烃加氢饱和性能评价，原料组成示于表1。多环芳烃混合物与氢气混合，自上而下通过催化剂床层，在反应温度330℃、反应压力5MPa、体积空速1.5hr-1、氢油体积比600条件下与催化剂接触，对产物进行回收和组分检测，将转化结果示于表2。
【实施例6】
向干基为80g的γ-氧化铝(商购)中加入2.4g田菁粉混合均匀后，再加入4g体积比1:1HNO3水溶液和40g去离子水，混捏均匀制成适于挤出的面团。将其通过模具挤出，形状呈细长的圆柱形(截面直径1.5mm)，120℃烘干后于550℃焙烧4h，然后将其裁剪成尺寸一致的载体颗粒(1.5×4.0mm)备用。
将氯铱酸、硝酸镍、硝酸铋的混合溶液于40℃下对载体颗粒进行浸渍，浸渍液中折算所含载体干基重量0.3％Ir、3％Ni和0.1％Bi，陈化8h并经干燥后，在空气中1000℃氧化4h，再在氢气中700℃还原4h(此步可在反应器中完成)即得成品催化剂6。
用催化剂6进行多环芳烃加氢饱和性能评价，原料组成示于表1。多环芳烃混合物与氢气混合，自上而下通过催化剂床层，在反应温度330℃、反应压力5MPa、体积空速1.5hr-1、氢油体积比600条件下与催化剂接触，对产物进行回收和组分检测，将转化结果示于表2。
【实施例7】
向干基为80g的γ-氧化铝(商购)中加入2.4g田菁粉混合均匀后，再加入4g体积比1:1HNO3水溶液和40g去离子水，混捏均匀制成适于挤出的面团。将其通过模具挤出，形状呈细长的圆柱形(截面直径1.5mm)，120℃烘干后于550℃焙烧4h，然后将其裁剪成尺寸一致的载体颗粒(1.5×4.0mm)备用。
将氯铱酸、硝酸镍、氯化锡的混合溶液于40℃下对载体颗粒进行浸渍，浸渍液中折算所含载体干基重量0.3％Ir、3％Ni和0.1％Sn，陈化8h并经干燥后，在空气中1000℃氧化4h，再在氢气中700℃还原4h(此步可在反应器中完成)即得成品催化剂7。
用催化剂7进行多环芳烃加氢饱和性能评价，原料组成示于表1。多环芳烃混合物与氢气混合，自上而下通过催化剂床层，在反应温度330℃、反应压力5MPa、体积空速1.5hr-1、氢油体积比600条件下与催化剂接触，对产物进行回收和组分检测，将转化结果示于表2。
【实施例8】
向干基为80g的γ-氧化铝(商购)中加入2.4g田菁粉混合均匀后，再加入4g体积比1:1HNO3水溶液和40g去离子水，混捏均匀制成适于挤出的面团。将其通过模具挤出，形状呈细长的圆柱形(截面直径1.5mm)，120℃烘干后于550℃焙烧4h，然后将其裁剪成尺寸一致的载体颗粒(1.5×4.0mm)备用。
将氯铱酸、硝酸镍、硝酸铋和氯化锡的混合溶液于40℃下对载体颗粒进行浸渍，浸渍液中折算所含载体干基重量0.2％Ir、3％Ni、0.15％Bi和0.05％Sn，陈化8h并经干燥后，在空气中1000℃氧化4h，再在氢气中700℃还原4h(此步可在反应器中完成)即得成品催化剂8。
用催化剂8进行多环芳烃加氢饱和性能评价，原料组成示于表1。多环芳烃混合物与氢气混合，自上而下通过催化剂床层，在反应温度330℃、反应压力5MPa、体积空速1.5hr-1、氢油体积比600条件下与催化剂接触，对产物进行回收和组分检测，将转化结果示于表2。
【实施例9】
向干基为80g的γ-氧化铝(商购)中加入2.4g田菁粉混合均匀后，再加入4g体积比1:1HNO3水溶液和40g去离子水，混捏均匀制成适于挤出的面团。将其通过模具挤出，形状呈细长的圆柱形(截面直径1.5mm)，120℃烘干后于550℃焙烧4h，然后将其裁剪成尺寸一致的载体颗粒(1.5×4.0mm)备用。
将氯铱酸、硝酸镍、硝酸铋和氯化锡的混合溶液于40℃下对载体颗粒进行浸渍，浸渍液中折算所含载体干基重量0.2％Ir、3％Ni、0.1％Bi和0.1％Sn，陈化8h并经干燥后，在空气中1000℃氧化4h，再在氢气中700℃还原4h(此步可在反应器中完成)即得成品催化剂9。
用催化剂9进行多环芳烃加氢饱和性能评价，原料组成示于表1。多环芳烃混合物与氢气混合，自上而下通过催化剂床层，在反应温度330℃、反应压力5MPa、体积空速1.5hr-1、氢油体积比600条件下与催化剂接触，对产物进行回收和组分检测，将转化结果示于表2。
【比较例1】
向干基为80g的γ-氧化铝(商购)中加入2.4g田菁粉混合均匀后，再加入4g体积比1:1HNO3水溶液和40g去离子水，混捏均匀制成适于挤出的面团。将其通过模具挤出，形状呈细长的圆柱形(截面直径1.5mm)，120℃烘干后于550℃焙烧4h，然后将其裁剪成尺寸一致的载体颗粒(1.5×4.0mm)备用。
将氯铱酸溶液于40℃下对载体颗粒进行浸渍，浸渍液中折算所含载体干基重量0.2％Ir，陈化8h并经干燥后，在空气中300℃氧化4h，再在氢气中300℃还原4h(此步可在反应器中完成)即得成品催化剂A。
用催化剂A进行多环芳烃加氢饱和性能评价，原料组成示于表1。多环芳烃混合物与氢气混合，自上而下通过催化剂床层，在反应温度330℃、反应压力5MPa、体积空速1.5hr-1、氢油体积比600条件下与催化剂接触，对产物进行回收和组分检测，将转化结果示于表2。
【比较例2】
向干基为80g的γ-氧化铝(商购)中加入2.4g田菁粉混合均匀后，再加入4g体积比1:1HNO3水溶液和40g去离子水，混捏均匀制成适于挤出的面团。将其通过模具挤出，形状呈细长的圆柱形(截面直径1.5mm)，120℃烘干后于550℃焙烧4h，然后将其裁剪成尺寸一致的载体颗粒(1.5×4.0mm)备用。
将氯铱酸、硝酸镍的混合溶液于40℃下对载体颗粒进行浸渍，浸渍液中折算所含载体干基重量0.2％Ir和3％Ni，陈化8h并经干燥后，在空气中500℃氧化4h，再在氢气中400℃还原4h(此步可在反应器中完成)即得成品催化剂B。
用催化剂B进行多环芳烃加氢饱和性能评价，原料组成示于表1。多环芳烃混合物与氢气混合，自上而下通过催化剂床层，在反应温度330℃、反应压力5MPa、体积空速1.5hr-1、氢油体积比600条件下与催化剂接触，对产物进行回收和组分检测，将转化结果示于表2。
表1
Figure BDA0000821586630000081
表2
Figure BDA0000821586630000082
Figure BDA0000821586630000091
【实施例10～14】
将实施例1中的催化剂用于多环芳烃加氢饱和性能评价。调整反应温度、反应压力、空速、氢油比等参数，对产物进行回收和组分检测，将转化结果示于表3。
表3
Figure BDA0000821586630000092

Claims (9)

1.一种多环芳烃饱和的方法，多环芳烃混合物与氢气混合，自上而下通过催化剂床层，在反应温度 280~380℃、反应压力4~12 MPa、体积空速0.5~5.0 hr-1、氢油体积比 400~1700条件下与下述的催化剂接触，进行加氢饱和反应；
催化剂按重量百分比计包括：
(a) 80～85.9% 选自氧化铝、氧化硅、氧化钛或无定形硅铝中的至少一种为载体；
(b) 0.1～0.9% 贵金属Ir；
(c) 3～9% 金属Ni；
(d) 0.1～5%金属Bi。
2.根据权利要求1所述多环芳烃饱和的方法，其中所述的催化剂的制备方法，包括以下步骤：
① 将选自氧化铝、氧化硅、氧化钛或无定形硅铝中的至少一种经混捏、成型、挤条、干燥后，于450～800℃焙烧0.5～24h得到催化剂载体；
② 将金属Ir、Ni，金属Bi的前驱体溶液于10～90℃浸渍到催化剂载体上陈化0.5～24h，干燥后备用；
③ 在空气气氛500～1000℃焙烧1～10h后，在氢气气氛500～800℃还原3～10h后即得催化剂成品。
3.根据权利要求2所述多环芳烃饱和的方法，其特征在于所述的贵金属Ir的前驱体为氯铱酸。
4.根据权利要求2所述多环芳烃饱和的方法，其特征在于所述的金属Ni的前驱体为氯化镍、硝酸镍或乙酸镍中的至少一种。
5.根据权利要求2所述多环芳烃饱和的方法，其特征在于所述的金属Bi的前驱体为硝酸铋或氯化铋中的至少一种。
6.根据权利要求2所述多环芳烃饱和的方法，其特征在于催化剂载体制备过程中添加按载体干基重量计2～5%的助挤剂，添加3～6%的成胶剂。
7.根据权利要求6所述多环芳烃饱和的方法，其特征在于所述的助挤剂为田菁粉或桐油中的至少一种。
8.根据权利要求6所述多环芳烃饱和的方法，其特征在于所述的成胶剂为选自盐酸、硝酸、醋酸、酒石酸、柠檬酸或草酸中的至少一种，成胶剂和水的体积比为1：1～1：5。
9.根据权利要求1所述多环芳烃饱和的方法，其特征在于在反应温度 320~350℃、反应压力5~8 MPa、体积空速0.5~2.0 hr-1、氢油体积比500~1200条件下与催化剂接触。
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