CN106622269A - 一种加氢脱氮催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加氢脱氮催化剂，该催化剂含有活性金属组分和改性加氢催化剂载体，其特征在于，所述改性加氢催化剂载体是由以下方法制得，该方法包括：将经过水热处理的载体重复地依次进行浸渍和干燥，并将最后一次得到的干燥产物进行焙烧。本发明还提供了上述加氢脱氮催化剂的制备方法和应用。通过采用本发明的加氢脱氮催化剂，在重油加氢处理中，能够获得较好的脱氮效果和残炭脱除效果。

Description

一种加氢脱氮催化剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种加氢脱氮催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

重油加氢技术在原油劣质化和产品清洁化双重推动下，正逐渐成为炼油厂最主要的重油加工手段之一，而固定床重油加氢技术则是目前最为成熟、应用最多的重油加氢技术。目前国内已建成的重油加氢装置大多以沙特、伊朗等中东高硫重油为主要原料，但今后几年中国石化的一些沿江炼厂及中国石油华北分公司等将陆续建设重油加氢装置，主要以胜利管输原油或华北原油等低硫高氮重油为原料。与中东高硫重油相比较，该类重油原料的特点：硫含量较低(0.2％～2.5％)，氮含量高(0.3％～0.7％)。与中东高硫低氮重油相比，低硫高氮重油中的含氮化合物难以加氢转化的同时残炭转化率低。加氢重油中的氮化物和残炭值的增加对下游催化裂化装置会产生不利影响，不仅使催化裂化催化剂活性降低，而且使产品分布变差。因此，有必要开发活性更高的加氢脱氮催化剂，提高该类重油的加氢脱氮率和脱残炭率。

发明内容

本发明的目的在于提供具有较好的脱氮活性和残炭脱除活性的加氢脱氮催化剂及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明提供一种加氢脱氮催化剂，该催化剂含有活性金属组分和改性加氢催化剂载体，其中，所述改性加氢催化剂载体是由以下方法制得，该方法包括：将经过水热处理的载体重复地依次进行浸渍和干燥，并将最后一次得到的干燥产物进行焙烧，其中，每次浸渍过程中所用的浸渍液含有提供相同或不同酸性助剂化合物，重复的次数n≥2，且当n≥3时，在从第2次浸渍到第n-1次浸渍的过程中，每一次浸渍后干燥的温度比相邻的前一次浸渍后干燥的温度高20-150℃，每一次浸渍后干燥的时间比相邻的前一次浸渍后干燥的时间长1-10小时；以及，

所述活性金属组分沿着所述改性加氢催化剂载体的径向方向呈分层分布，核层的活性金属组分为Ni和W，壳层的活性金属组分为Mo与选自Ni和/或Co的组合。

本发明提供了上述加氢脱氮催化剂的制备方法，该方法包括：

(a)将所述改性加氢催化剂载体进行水热处理，然后将水热处理后的改性加氢催化剂载体在酸性的含有钼化合物与镍化合物和/或钴化合物的组合的第一溶液中进行浸渍，然而进行干燥；

(b)将步骤(a)干燥后的载体在碱性的含有镍化合物和钨化合物的第二溶液中进行浸渍，然后进行干燥和焙烧。

本发明还提供了所述加氢脱氮催化剂在重油加氢处理中的应用。

通过采用本发明的加氢脱氮催化剂，在重油加氢处理中，能够获得较好的脱氮效果和残炭脱除效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种加氢脱氮催化剂，该催化剂含有活性金属组分和改性加氢催化剂载体，其中，所述改性加氢催化剂载体是由以下方法制得，该方法包括：将经过水热处理的载体重复地依次进行浸渍和干燥，并将最后一次得到的干燥产物进行焙烧，其中，每次浸渍过程中所用的浸渍液含有提供相同或不同酸性助剂化合物，重复的次数n≥2，且当n≥3时，在从第2次浸渍到第n-1次浸渍的过程中，每一次浸渍后干燥的温度比相邻的前一次浸渍后干燥的温度高20-150℃，每一次浸渍后干燥的时间比相邻的前一次浸渍后干燥的时间长1-10小时；以及，

所述活性金属组分沿着所述改性加氢催化剂载体的径向方向呈分层分布，核层的活性金属组分为Ni和W，壳层的活性金属组分为Mo与选自Ni和/或Co的组合。

根据本发明，本发明的加氢脱氮催化剂兼具较好的脱氮效果和残炭脱除效果，其中一个原因在于：本发明的加氢脱氮催化剂的活性金属催化剂组分是以分层分布的形式存在，壳层采用Mo与选自Ni和/或Co的组合作为活性金属组分，核层采用Ni和W作为活性金属组分，以利用不同活性金属组分的反应特点，来优化加氢脱氮催化剂的脱氮活性和残炭脱除活性。

需要说明的是，“核层的活性金属组分为Ni和W，壳层的活性金属组分为Mo与选自Ni和/或Co的组合”是指核层的活性金属组分主要为Ni和W，也可以分布有少量其他组分如Mo和/或Co；壳层的活性金属组分主要为Mo与选自Ni和/或Co的组合，也可以分布有少量其他组分如W。由于SEM-EDX(Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive Spectrometry)表征结果中沿加氢催化剂颗粒径向测得的每一点元素含量的数值与该点元素含量相互对应，虽然该数值的大小可能并不代表该点元素的真实含量，但能够反映该点元素含量高低。为了表示上述活性金属组分元素沿载体径向的分布规律引入分布因子σ。所述分布因子σ为活性金属组分在载体颗粒的某一位置上与中心处浓度的比值(R为颗粒半径，以加氢催化剂颗粒中心处为起点)。其中，活性金属组分在催化剂颗粒的某一位置上的浓度是指SEM-EDX表征结果中在该位置附近(位置偏差≤20nm)20个数值点记数的平均值，活性金属组分在催化剂颗粒的中心处的浓度是指SEM-EDX表征结果中在催化剂中心点附近(位置偏差≤20nm)20个数值点记数的平均值。若σ>1，则表明该点活性金属组分元素含量高于催化剂颗粒中心处；若σ＝1，则表明该点活性金属组分元素含量与催化剂颗粒中心处相同；若σ<1，则表明该点活性金属组分元素含量低于催化剂颗粒中心处。其中，在所述加氢催化剂中，催化剂颗粒外层(壳层)的MoO₃和CoO活性金属组分的分布因子σ＞1，而催化剂颗粒外层(壳层)的WO₃活性金属组分的分布因子σ＜1。

本发明对所述壳层与核层的厚度没有特别地限定，例如，所述壳层的厚度可以为0.1-5mm，优选为0.1-4mm，更优选为0.1-2.5mm；所述核层的厚度可以为0.1-5mm，优选为0.1-4mm，更优选为0.15-3.5mm。其中，所述壳层的厚度是指所述Mo活性金属组分的分布因子σ≥2.0部分的厚度，而所述核层厚度是指W活性金属组分的分布因子0.5≤σ＜1部分的厚度。在本发明中，所述壳层和核层的厚度采用SEM-EDX法测得，具体地，随机选取30个加氢脱氮催化剂并用SEM测得其横截面及粒径，之后用EDX分别沿每个加氢脱氮催化剂径向扫描得到Mo活性金属组分的径向分布并得到σ≥2.0部分的厚度，取上述厚度的算术平均值即为本发明所述的壳层的厚度；而用EDX分别沿每个加氢脱氮催化剂径向扫描得到W活性金属组分的径向分布并得到0.5≤σ＜1部分的厚度，取上述厚度的算术平均值即为本发明所述的核层的厚度。

本发明对所述加氢脱氮催化剂中各活性金属组分的含量没有特别地限定，但为了使得所述加氢脱氮催化剂在加氢反应中表现出更好的催化活性，优选地，以金属氧化物计且以所述催化剂的总重量为基准，Mo的含量为2-30重量％，进一步优选为5-25重量％，更优选为5-20重量％，最优选为8-16重量％。

优选地，Ni的总含量为0.5-15重量％，进一步优选为1-10重量％，更优选为2-9重量％，最优选为3-6重量％。

优选地，Co的含量为0-15重量％，进一步优选为1-10重量％，更优选为2-9重量％，最优选为3-5重量％。

优选地，W的含量为2-40重量％，进一步优选为5-35重量％，更优选为8-30重量％，最优选为15-30重量％。

更优选地，当壳层含有Ni时，所述核层的Ni和壳层的Ni的重量比为1：0.5-1。

根据本发明，由于所述加氢脱氮催化剂通常是改性加氢催化剂载体负载上有活性金属组分后经过焙烧而制得的，因此，上述有活性金属组分在所述加氢脱氮催化剂中通常以金属氧化物的形式存在，当然本发明也并非限定于此，所述活性金属组分也可以是以除了氧化物以外的提供所述活性金属组分的化合物的形式存在。

其中，除了CoO以外的提供Co的化合物例如可以为碳酸钴(CoCO₃)、硝酸钴(CoNO₃)、醋酸钴(Co(AcO)₃)、碱式碳酸钴(2CoCO₃·3Co(OH)₂·H₂O)和氯化钴(CoCl₂)中的一种或多种。即提供Co的钴化合物优选为氧化钴(CoO)、碳酸钴(CoCO₃)、硝酸钴(CoNO₃)、醋酸钴(Co(AcO)₃)、碱式碳酸钴(2CoCO₃·3Co(OH)₂·H₂O)和氯化钴(CoCl₂)中的一种或多种。

其中，除了NiO以外的提供Ni的化合物例如可以为碳酸镍(NiCO₃)、硝酸镍(NiNO₃)、醋酸镍(Ni(AcO)₃)、碱式碳酸镍(NiCO₃·2Ni(OH)₂·4H₂O)和氯化镍(NiCl₂)中的一种或多种。即提供Ni的镍化合物优选为氧化镍(NiO)、碳酸镍(NiCO₃)、硝酸镍(NiNO₃)、醋酸镍(Ni(AcO)₃)、碱式碳酸镍(NiCO₃·2Ni(OH)₂·4H₂O)和氯化镍(NiCl₂)中的一种或多种。

其中，除了MoO₃以外的提供Mo的化合物例如可以为钼酸铵((NH₄)₂MoO₄)、仲钼酸铵((NH₄)₆Mo₇O₂₄)、二钼酸铵((NH₄)₂Mo₂O₇)和四钼酸铵((NH₄)₂Mo₄O₁₃)中的一种或多种。即提供Mo的钼化合物优选为氧化钼(MoO₃)、钼酸铵((NH₄)₂MoO₄)、仲钼酸铵((NH₄)₆Mo₇O₂₄)、二钼酸铵((NH₄)₂Mo₂O₇)和四钼酸铵((NH₄)₂Mo₄O₁₃)中的一种或多种。

其中，除了WO₃以外的提供W的化合物例如可以为钨酸铵((NH₄)₁₀W₁₂O₄₁)、偏钨酸铵((NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀)、仲钨酸铵和乙基偏钨酸铵中的一种或多种。即提供W的钨化合物优选为氧化钨(WO₃)、钨酸铵((NH₄)₁₀W₁₂O₄₁)、偏钨酸铵((NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀)、仲钨酸铵和乙基偏钨酸铵中的一种或多种。

本发明所采用的改性加氢催化剂载体是通过上述制备过程制得的，在所述改性加氢催化剂载体的制备方法中，经过水热处理后的载体由于表面羟基密度增加而带负电，将其浸渍在浸渍液中之后，浸渍液中的酸性助剂化合物易富集在载体的表面，而将第一次浸渍后的载体干燥之后，表面羟基密度降低，载体上羟基密度最大值的位置沿着载体的径向方向往载体中心迁移，将其浸渍在另一种浸渍液中之后，另一种浸渍液中的酸性助剂化合物易于富集在位于载体内的羟基密度最大处，当浸渍次数n≥3时，在从第2次浸渍到第n-1次浸渍的过程中，通过控制浸渍后干燥的温度和干燥的时间随着浸渍次数逐渐增加，能够使得载体内的羟基密度最大值的位置逐渐往载体中心迁移，并进而使每次浸渍采用的浸渍液中的酸性助剂化合物吸附在载体的不同位置上，最后经过焙烧之后得到酸性助剂呈分层分布的改性加氢催化剂载体。

根据本发明，在所述改性加氢催化剂载体的制备方法中，所述载体的种类可以为本领域的常规选择，例如，可以为氧化铝，也可以为氧化铝与氧化硅、氧化钛和氧化锆中至少一种的混合物。其中，所述氧化铝例如可以为γ-氧化铝、η-氧化铝、θ-氧化铝、δ-氧化铝和χ-氧化铝中的至少一种。上述载体可以通过商购得到，也可以按照本领域技术人员公知的各种方法制备得到。例如，氧化铝载体可以通过将氧化铝前身物焙烧，使其转化为γ-氧化铝、η-氧化铝、θ-氧化铝、δ-氧化铝和χ-氧化铝中的至少一种而制备得到。视需要，在焙烧之前和/或之后，可以先将氧化铝前身物成型，以制备适合实际操作所需要的形状(如球形、片状、条形等)。所述成型可以按照本领域常规的方法进行，如滚球法、压片法和挤条法等。在成型过程中，例如在挤条成型过程中，为了保证成型的顺利进行，可以向所述氧化铝前身物中加入水、助挤剂和/或胶溶剂，并任选加入扩孔剂，然后挤出成型，之后进行干燥并焙烧。所述助挤剂、胶溶剂和扩孔剂的种类和用量为本领域技术人员公知，例如，常见的助挤剂可以选自田菁粉、甲基纤维素、淀粉、聚乙烯醇和聚乙醇中的至少一种，所述胶溶剂可以为有机酸和/或有机酸，所述扩孔剂可以为淀粉、合成纤维素、聚合醇和表面活性剂中的至少一种。其中，所述合成纤维素优选为羟甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素和羟基纤维脂肪醇聚乙烯醚中的至少一种。所述聚合醇优选为聚乙二醇、聚丙醇和聚乙烯醇中的至少一种。所述表面活性剂优选为脂肪醇聚乙烯醚、脂肪醇酰胺及其衍生物、分子量为200-10000的丙烯醇共聚物和顺丁烯酸共聚物中的至少一种。将挤出条干燥的条件通常包括：干燥温度可以为40-350℃，优选为100-200℃；干燥时间可以为1-24小时，优选为2-12小时。将干燥后的挤出条焙烧的条件通常包括：焙烧温度可以为350-1000℃，优选为600-950℃；焙烧时间可以为1-10小时，优选为2-6小时。此外，所述氧化铝前身物可以选自三水合氧化铝、一水合氧化铝、无定形氢氧化铝等中的至少一种。所述载体可以为三叶草形、蝶形、圆柱形、中空圆柱形、四叶形、五叶形、球形等形状。

根据本发明，在所述改性加氢催化剂载体的制备方法中，所述载体需要先进行水热处理，本发明对所述水热处理的条件没有特别地限定，例如，所述水热处理的条件可以包括：温度为50-200℃(优选为60-180℃，更优选为70-150℃)，时间为5-30小时(优选为8-28小时，更优选为10-24小时)。

根据本发明，在所述改性加氢催化剂载体的制备方法中，需要将水热处理的载体重复地依次进行浸渍和干燥，其中，每次浸渍过程所用的浸渍液中酸性助剂化合物的种类可以相同，也可以不同，优选不同，这样能够使得到的改性加氢催化剂载体能够汇聚多种不同酸性助剂的优点。

根据本发明，所述酸性助剂的种类可以为本领域的常规选择，特别优选为F、P和B中的至少一种组分。尽管通过F在所述改性加氢催化剂载体中以单质形式存在，P组分和B组分通常是以其氧化物的形态存在，但是本发明并不限于此，作为酸性助剂的F、P和B也可以以提供酸性助剂组分的酸性助剂化合物的形式存在。

其中，提供F的酸性助剂化合物例如可以为氟化铵、氟化氢铵、氢氟酸、氟化钠和氟化钙中的一种或多种。

其中，提供P的酸性助剂化合物例如可以为磷酸、磷酸二铵、磷酸二氢钠和磷酸二氢钾中的一种或多种。

其中，提供B的酸性助剂化合物例如可以为硼酸、偏硼酸盐和硼酸盐中的一种或多种。

优选情况下，所述改性加氢催化剂载体中，以所述改性加氢催化剂载体的总重量为基准，以F、P和B三种元素计的所述酸性助剂的含量为0.1-15重量％，更优选为0.2-12重量％，更进一步优选为0.3-8重量％。其中，“以F、P和B三种元素计的所述酸性助剂的含量”是指所述酸性助剂的重量以F、P和B三种元素的总重量为代表来进行计量，其中，当所述酸性助剂并不包括F、P和B三种元素中的一种，或两种时，“以F、P和B三种元素计的所述酸性助剂的含量”也包括了这种情况，只是自然地除去不包括了那种元素来计量所述酸性助剂的含量。因此，本发明优选所采用的酸性助剂化合物的用使得，改性加氢催化剂载体中的酸性助剂的含量满足上述要求。

根据本发明，对所述浸渍液中溶剂的种类没有特别地限定，可以为现有各种能够溶解所述酸性助剂化合物的惰性液态物质，例如，可以选自水、醇(例如甲醇、乙醇等)、醚(例如乙醚)、醛(例如甲醛)和酮(例如丙酮)中的至少一种。此外，每次浸渍所用的浸渍液中酸性助剂化合物的含量可以相同，也可以不同，并各自独立地为1-100克/升，优选为5-50克/升，更优选为5-15克/升。进一步地，每次浸渍所用的浸渍液的用量可以相同，也可以不同，并且相对于100g的所述载体，每次浸渍所用的浸渍液的用量可以各自独立地为20-200mL，优选为50-100mL。这样的酸性助剂化合物的含量范围和浸渍液的用量可以使得上述的改性加氢催化剂载体中，以所述改性加氢催化剂载体的总重量为基准，以F、P和B三种元素计的所述酸性助剂的含量为0.1-15重量％，更优选为0.2-12重量％，更进一步优选为0.3-8重量％。

根据本发明，在所述改性加氢催化剂载体的制备方法中，对所述浸渍液的酸碱性没有特别地限定，例如，可以酸性的、碱性的、中性的浸渍液。优选地，前n-1次浸渍所采用的浸渍液呈酸性，且第n次浸渍所采用的浸渍液呈碱性。更优选地，前n-1次浸渍所采用的浸渍液的pH值为2-6。更优选地，第n次浸渍所采用的浸渍液的pH值为8-11。本发明的发明人发现，当将所述浸渍液的酸碱性控制在以上优选的范围内更有利酸性助剂在载体上的分层分布，从而使得到的改性加氢催化剂载体制备成加氢催化剂之后，更有利于提高催化剂的脱金属率和沥青质脱除率。

其中，将所述浸渍液调节至碱性的方法通常可以为往所述浸渍液中加入碱性物质，例如，氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾等中的至少一种。而含有F、P和B中至少一种的化合物的浸渍液本身可能就呈现酸性，如果未呈现酸性或者酸性程度不足，则可以往所述浸渍液中加入酸性物质(例如，盐酸、硫酸、硝酸、磷酸等中的至少一种)以将所述浸渍液调节至预期的酸度。

根据本发明，所述浸渍的次数可以根据所要得到的改性加氢催化剂载体进行合理选择，但从制备过程的复杂程度以及获得的改性加氢催化剂载体的效果综合考虑，优选地，所述浸渍的次数为2-3次，即n优选为2-3次。

其中，当浸渍次数n＝2时，只要采用经过水热处理的载体并保证将第一次浸渍后的载体进行干燥就能够使酸性助剂在载体上呈分层分布；当浸渍次数n≥3时，只要采用经过水热处理的载体并保证多次浸渍后干燥的条件满足上述特定的条件就能够使酸性助剂在载体上呈分层分布。

然而，通常来说，干燥温度太高则不利于生产过程的控制，太低则不能使得浸渍后的载体得以充分干燥；并且干燥时间太长则不利于产率的提高，太短则不能使得浸渍后的载体得到充分干燥，因此，从各方面的因素综合考虑，优选地，当n≥3时，在从第2次浸渍到第n-1次浸渍的过程中，每一次浸渍后干燥的温度比相邻的前一次浸渍后干燥的温度高30-120℃，更优选高30-80℃；每一次浸渍后干燥的时间比相邻的前一次浸渍后干燥的时间长1-9小时，更优选长2-5小时。

根据本发明，对上次每次浸渍后的干燥条件并没有特别的限定，可以采用本领域常规的干燥浸渍后的载体的条件，其只要能够满足上述差值即可，例如，不同浸渍步骤的浸渍条件可以相同，也可以不同，并且通常各自独立地包括浸渍温度可以为20-300℃，优选为50-100℃；浸渍时间可以为1-20小时，优选为1-6小时。

优选情况下，第一次浸渍后干燥的条件包括：温度为30-300℃(优选为50-300℃，更优选为100-250℃，最优选为100-150℃)，时间为1-20小时(优选为2-18小时，更优选为3-10小时，最优选为3-8小时)。优选情况下，最后一次浸渍后干燥的条件包括：温度为30-300℃(优选为50-300℃，更优选为100-200℃，最优选为120-180℃)，时间为1-20小时(优选为2-18小时，更优选为3-10小时，最优选为3-5小时)。此外，在本发明中，所述干燥均可以为真空干燥。

根据本发明，在所述改性加氢催化剂载体的制备方法中，对焙烧的条件没有特别地限定，例如，所述焙烧的条件包括：温度为300-900℃(优选为300-800℃，更优选为350-500℃)，时间为1-10小时(优选为2-8小时，更优选为2-6小时)。

根据本发明，所述加氢脱氮催化剂还可以含有其他的本领域常规的助剂组分，例如Si。

本发明提供了上述加氢脱氮催化剂的制备方法，该方法包括：

(a)将所述改性加氢催化剂载体进行水热处理，然后将水热处理后的改性加氢催化剂载体在酸性的含有钼化合物与镍化合物和/或钴化合物的组合的第一溶液中进行浸渍，然而进行干燥；

(b)将步骤(a)干燥后的载体在碱性的含有镍化合物和钨化合物的第二溶液中进行浸渍，然后进行干燥和焙烧。

根据本发明，所述改性加氢催化剂载体、包括金属氧化物在内的提供所述活性金属组分的化合物所述如上文中所描述的，在此不再赘述。尽管只要在负载活性金属组分之前，先将所述改性加氢催化剂载体进行水热处理，并且将第一溶液控制为酸性且将第二溶液控制为碱性即可实现所述活性金属组分沿着所述改性加氢载体的径向方向呈分层分布(例如为双层分布)，但为了进一步提高制备过程的可控性和重复性，优选地，水热处理的条件包括：温度为50-200℃(进一步优选为60-180℃，更优选为70-150℃)，时间为5-30小时(进一步优选为8-28小时，更优选为10-24小时)。

其中，所述镍化合物、钼化合物、钨化合物、钴化合物如上文中所定义的，在此不再赘述。且步骤(a)和步骤(b)所采用的镍化合物各自独立地进行选择，可以相同可以不同。

其中，所述第一溶液为酸性的，可以采用本领域常规的酸性物质使得所述第一溶液呈酸性，例如可以采用盐酸、硫酸、硝酸、磷酸等中的一种或多种。优选情况下，所述第一溶液的pH值为2-6.5，更优选为2-6，更进一步优选为4-6。

其中，所述第二溶液为碱性的，可以采用本领域常规的碱性物质使得所述第二溶液呈碱性，例如可以采用氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾等中的一种或多种，来使得所述第二溶液为碱性。优选情况下，所述第二溶液的pH值为7.5-11，更优选为8-11。

本发明对所述第一溶液中溶剂的种类没有特别地限定，可以为现有各种能够在碱性条件下溶解所述钼化合物、镍化合物和/或钴化合物的惰性液态物质，例如，可以选自水、醇(例如甲醇、乙醇等)、醚(例如乙醚)、醛(例如甲醛)和酮(例如丙酮)中的至少一种。此外，以金属氧化物计的所述第一溶液中钼化合物、镍化合物和钴化合物的总含量可以为10-20克/升。

本发明对所述第二溶液中溶剂的种类没有特别地限定，可以为现有各种能够在酸性条件下溶解所述镍化合物和钨化合物的惰性液态物质，例如，可以选自水、醇(例如甲醇、乙醇等)、醚(例如乙醚)、醛(例如甲醛)和酮(例如丙酮)中的至少一种。此外，以金属氧化物计的所述第四溶液中镍化合物和钨化合物的总含量可以为10-20克/升。

根据本发明，步骤(a)和(b)中，所述改性催化剂载体与第一溶液和第二溶液的用量可以使得到的加氢脱氮催化剂中，以金属氧化物计且以所述催化剂的总重量为基准，Mo的含量为2-30重量％，优选为5-25重量％，更优选为5-20重量％，最优选为8-16重量％；Ni的总含量为0.5-15重量％，优选为1-10重量％，更优选为2-9重量％，最优选为3-6重量％；Co的含量为0-15重量％，优选为1-10重量％，更优选为2-9重量％，最优选为3-5重量％；W的含量为2-40重量％，优选为5-35重量％，更优选为8-30重量％，最优选为15-30重量％。

根据本发明，本发明对步骤(a)和步骤(b)中的浸渍的条件均没有特别地限定，可以相同或不同，只要能够使得活性金属组分负载在载体上即可，例如，浸渍的条件可以包括：温度为50-300℃，优选为50-100℃；时间为1-20小时，优选为1-6小时。

此外，步骤(a)和步骤(b)所述的干燥可以为真空干燥。所述干燥的条件均可以为本领域的常规选择，例如，步骤(a)中，干燥的条件可以包括：温度为30-300℃(优选为50-300℃，更优选为100-250℃)，时间为1-20小时(优选为2-18小时，更优选为3-10小时)。

例如，步骤(b)中，干燥的条件可以包括：温度为80-200℃(优选为80-180℃，更优选为80-150℃)，时间为1-10小时(优选为2-8小时，更优选为2-6小时)。

根据本发明，对步骤(b)中的焙烧并无特别的限定，可以采用本领域常规的加氢脱氮催化剂的焙烧条件，例如，步骤(b)中，焙烧的条件可以包括：温度为300-900℃(优选为300-800℃，更优选为400-600℃)，时间为1-10小时(优选为2-8小时，更优选为2-6小时)。

根据本发明，上述制备方法还可以包括将加氢脱氮催化剂负载上其他本领域常规的助剂组分，例如Si。这样的助剂组分可以本领域常规的方法引入到所述加氢脱氮催化剂中，例如可以在制备改性催化剂载体时引入，可以在负载活性金属组分时引入，或者，在负载活性金属组分之前，单独将含有提供助剂组分的化合物的溶液与改性加氢催化剂载体进行浸渍接触，并干燥焙烧的方式(浸渍、干燥和焙烧的条件可以采用上文中任意一处记载的条件进行)，对此本发明并无特别的限定。

本发明还提供了上述加氢脱氮催化剂在重油加氢处理中的应用。

根据本发明，重油加氢处理的方法为本领域常规的过程。其中，所述加氢处理反应条件例如可以为：温度为300-550℃(优选为330-480℃)，氢分压为4-20MPa(优选为6-18MPa)，液时空速为0.1-3h^-1(优选为0.15-2h^-1)，氢油体积比200-2500(优选为300-2000)。

其中，所述加氢处理的装置可以在任何足以使原料油在加氢处理反应条件下与加氢脱氮催化剂接触反应的反应器中进行，例如，在所述固定床反应器、移动床反应器或沸腾床反应器中进行。

按照本领域中的常规方法，所述加氢脱氮催化剂在使用之前，通常可以在氢气存在下，于140-370℃的温度下用硫、硫化氢或含硫原料进行预硫化，这种预硫化可在器外进行也可在器内原位硫化，以将其所负载的活性金属组分转化为金属硫化物组分。

本发明提供的催化剂可以单独使用，也可以与其他催化剂组合使用，本发明提供的加氢脱氮催化剂能够在重油加氢处理的应用中获得较高的残炭脱除活性和脱氮活性，以便为后续工艺(如催化裂化工艺)提供合格的原料油。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下实施例和对比例中，活性金属组分的分布、以及壳层和核层的厚度采用SEM-EDX法进行测定，其中，壳层的厚度是指以MoO₃计的活性金属组分Mo的分布因子σ≥2部分的厚度，核层的厚度是指以WO₃计的活性金属组分W的分布因子0.5≤σ＜1部分的厚度。

其中，催化剂中活性金属组分的含量采用X射线荧光光谱仪测定(所有仪器为日本理学电机工业株式会社3271型X射线荧光光谱仪，具体方法见石油化工分析方法RIPP133-90)。

制备例1

称取1000克长岭催化剂厂生产的干胶粉(干基为71重量％，其中拟薄水铝石含量为68重量％，三水合氧化铝含量为5重量％，余量为无定形氧化铝)和30克田菁粉(河南兰考田菁胶厂产品)并混合均匀，之后加入920毫升含28g硝酸的水溶液，在柱塞式挤条机上挤成外径为1.4mm的蝶形湿条。然后将蝶形湿条于120℃下干燥4小时，再于600℃下焙烧3小时，得到载体Z。采用BET法测量得到，载体Z的孔容为0.7mL/g，比表面积为240m²/g。

实施例1

该实施例用于说明本发明提供的加氢脱氮催化剂及其制备方法。

(1)取200克由制备例1制备的载体Z，先将载体于70℃水热处理24小时，再将经水热处理后的载体用165毫升温度为50℃的含15克/升H₃BO₃的水溶液(pH值为6)饱和浸渍1小时，之后于100℃干燥3小时，得到负载有B组分的载体；

(2)将步骤(1)中得到的负载有B组分的载体在140毫升温度为50℃的含15克/升NH₄F的水溶液(pH值为11)中浸渍1小时，然后于120℃干燥3小时，再于400℃焙烧3小时，得到改性加氢催化剂载体S1。

(3)取200克的载体SZ1，先将载体于135℃水热处理12小时，再将经水热处理后的载体用165毫升温度为50℃且pH值为6的含七钼酸铵和硝酸镍的混合溶液(其中，以MoO₃计的Mo元素的浓度为60克/升，以NiO计的Ni元素的浓度为30克/升，溶剂为水)饱和浸渍1小时，之后于200℃干燥8小时；

(4)将步骤(3)中干燥后的载体用145毫升温度为50℃且pH值为11的偏钨酸铵和硝酸镍的混合溶液(其中，以WO₃计的W元素的浓度80克/升，以NiO计的Ni元素的浓度为30克/升，溶剂为水)饱和浸渍2小时，然后于120℃干燥3小时，再于400℃焙烧3小时，得到加氢脱氮催化剂CSZ1。

实施例2

该实施例用于说明本发明提供的加氢脱氮催化剂及其制备方法。

(1)取200克由制备例1制备的载体Z，先将载体于150℃水热处理10小时，再将经水热处理后的载体用155毫升温度为80℃的含6克/升H₃BO₃的水溶液(pH值为2)饱和浸渍1小时，之后于120℃干燥6小时，得到负载有B组分的载体；

(2)将步骤(1)中得到的负载有B组分的载体在135毫升温度为80℃的含8克/升H₃PO₄的水溶液(pH值为2)中浸渍1小时，之后于180℃干燥8小时，得到负载有B组分和P组分的载体；

(3)将步骤(2)得到的负载有B组分和P组分的载体在125毫升温度为80℃的含10克/升NH₄F的水溶液(pH值为10)中浸渍1小时，然后于120℃干燥3小时，再于400℃焙烧3小时，得到改性加氢催化剂载体S2。

(4)取200克的载体SZ2，先将载体于120℃水热处理20小时，再将经水热处理后的载体用155毫升温度为50℃且pH值为2的含七钼酸铵和硝酸钴的混合溶液(其中，以MoO₃计的Mo元素的浓度为40克/升，以CoO计的Co元素的浓度为60克/升，溶剂为水)饱和浸渍2小时，之后于100℃干燥6小时；

(5)将步骤(4)中干燥后的载体用135毫升温度为60℃且pH值为10的偏钨酸铵和硝酸镍的混合溶液(其中，以WO₃计的W元素的浓度100克/升，以NiO计的Ni元素的浓度为60克/升，溶剂为水)饱和浸渍1小时，然后于120℃干燥3小时，再于400℃焙烧3小时，得到加氢脱氮催化剂CSZ2。

实施例3

该实施例用于说明本发明提供的加氢脱氮催化剂及其制备方法。

(1)取200克由制备例1制备的载体Z，先将载体于100℃水热处理24小时，再将经水热处理后的载体用135毫升温度为70℃的含10克/升H₃PO₄的水溶液(pH值为4)饱和浸渍1小时，之后于120℃干燥8小时，得到负载有P组分的载体；

(2)将步骤(1)中得到的负载有P组分的载体在155毫升温度为70℃的含10克/升H₃BO₃的水溶液(pH值为8)中浸渍1小时，然后于120℃干燥3小时，再于400℃焙烧3小时，得到改性加氢催化剂载体S3。

(3)取200克的载体SZ3，先将载体于70℃水热处理24小时，再将经水热处理后的载体用160毫升温度为80℃且pH值为4的含七钼酸铵、硝酸镍和硝酸钴的混合溶液(其中，以MoO₃计的Mo元素的浓度为100克/升，以NiO计的Ni元素的浓度为70克/升，以CoO计的Co元素的浓度为70克/升，溶剂为水)饱和浸渍1小时，之后于100℃干燥8小时；

(4)将步骤(3)中干燥后的载体用140毫升温度为80℃且pH值为8的硝酸钨和硝酸镍的混合溶液(其中，以WO₃计的W元素的浓度150克/升，以NiO计的Ni元素的浓度为20克/升，溶剂为水)饱和浸渍1小时，然后于120℃干燥3小时，再于400℃焙烧3小时，得到加氢脱氮催化剂CSZ3。

实施例4

该实施例用于说明本发明提供的加氢脱氮催化剂及其制备方法。

按照实施例2的步骤(1)-(3)的方法，不同的是，含H₃BO₃的水溶液、含H₃PO₄的水溶液以及含NH₄F的水溶液的pH均为7，得到改性加氢催化剂载体S4。

按照实施例2的步骤(4)和(5)的方法，不同的是，步骤(4)中，采用载体SZ4代替SZ1，从而经过步骤(5)后得到，加氢脱氮催化剂CSZ4。

实施例5

该实施例用于说明本发明提供的加氢脱氮催化剂及其制备方法。

根据实施例1所述的方法，所不同的是，步骤(3)中，含七钼酸铵和硝酸镍的混合溶液的pH值为6.5，从而制得加氢脱氮催化剂CSZ5。

实施例6

该实施例用于说明本发明提供的加氢脱氮催化剂及其制备方法。

根据实施例1所述的方法，所不同的是，步骤(4)中，偏钨酸铵和硝酸镍的混合溶液的pH值为7.5，从而制得加氢脱氮催化剂CSZ6。

对比例1

(1)取200克由制备例1制备的载体Z，用160毫升温度为40℃的含28克/升H₃BO₃的水溶液(pH为7)浸渍1小时，再于120℃烘干4小时，然后在400℃焙烧3小时，得到参比改性加氢催化剂载体D1。

(2)取200克的改性载体DZ1，将载体DZ1用160毫升温度为50℃且pH值为6的含七钼酸铵和硝酸镍的混合溶液(其中，以MoO₃计的Mo元素的浓度为160克/升，以NiO计的Ni元素的浓度为100克/升，溶剂为水)饱和浸渍1小时，之后于120℃干燥4小时，再于400℃焙烧2小时，得到参比加氢脱氮催化剂CDZ1。

对比例2

(1)取200克由制备例1制备的载体Z，用155毫升温度为90℃的含25克/升NH₄F的溶液(pH为7)浸渍1小时，再于120℃烘干4小时，然后在400℃焙烧3小时，得到参比改性加氢催化剂载体D2。

(2)取200克的改性载体DZ2，将载体DZ3用155毫升温度为80℃且pH值为11的含七钼酸铵和硝酸钴的混合溶液(其中，以MoO₃计的Mo元素的浓度为160克/升，以CoO计的Co元素的浓度为100克/升，溶剂为水)饱和浸渍1小时，之后于120℃干燥3小时，再于400℃焙烧3小时，得到参比加氢脱氮催化剂CDZ2。

对比例3

按照实施例2的步骤(1)-(3)的方法制备催化剂载体，不同的是，该对比例的步骤(1)不包括将载体Z在150℃水热处理10小时的步骤，从而得到参比改性加氢催化剂载体D3。

按照实施例2的步骤(4)和(5)的方法，不同的是，步骤(4)中采用载体DZ3代替载体SZ1，从而得到催化剂CDZ3。

对比例4

按照实施例2的步骤(1)-(3)的方法制备催化剂载体，不同的是，步骤(2)浸渍之后于130℃下干燥6小时，即，后一次浸渍后干燥的温度比相邻的前一次浸渍后干燥的温度高10℃，后一次浸渍后干燥的时间与相邻的前一次浸渍后干燥的时间相等，得到参比改性加氢催化剂载体D4。

按照实施例2的步骤(4)和(5)的方法，不同的是，步骤(4)中采用载体DZ4代替载体SZ1，从而得到催化剂CDZ4。

对比例5

按照实施例1的方法制备改性加氢催化剂载体，不同的是，步骤(1)浸渍之后不经干燥而直接进行步骤(2)的操作，得到参比改性加氢催化剂载体D5。

按照实施例1的步骤(3)和(4)的方法，不同的是，步骤(3)中采用载体DZ5代替载体SZ1，从而得到催化剂CDZ5。

对比例6

按照实施例1的方法，所不同的是，步骤(3)中，采用载体Z代替载体SZ1，并且不包括将载体Z于135℃水热处理12小时的步骤，从而得到参比加氢脱氮催化剂CDZ6。

测试例1

采用SEM-EDX(Scanning Electron Microscope-Energy DispersiveSpectrometry)法对改性加氢催化剂载体颗粒中的元素分布进行分析。由于SEM-EDX表征结果中沿载体径向每一点元素含量的数值与该点元素含量相互对应，虽然该数值的大小可能并不代表该点元素的真实含量，但能够反映该点元素含量高低。因此，为了表示酸性助剂沿载体径向的分布规律引入分布因子σ。用σ表示酸性助剂在颗粒某一位置上与中心处浓度之比(R为颗粒半径，以改性加氢催化剂载体颗粒中心处为起点)。所述酸性助剂在某一位置上浓度是指SEM-EDX表征结果中该位置附近(位置偏差≤20nm)20个数值点记数的平均值；所述酸性助剂在中心处浓度为中心点附近(位置偏差≤20nm)20个数值点记数率的平均值。若σ>1，则表明该点酸性助剂元素含量高于改性加氢催化剂载体颗粒中心处；若σ＝1，则表明该点酸性助剂元素含量与改性加氢催化剂载体颗粒中心处相同；若σ<1，则表明该点酸性助剂元素含量小于改性加氢催化剂载体颗粒中心处。表1为改性加氢催化剂载体的相关参数，其中，酸性助剂的含量(以元素计算)按照投料量计算得到。表2为改性加氢催化剂载体上不同酸性助剂在不同位置处的分布因子。

表1

表2

编号	S1	S2	S3	S4	D1	D2	D3	D4	D5
										σB(R)	2.67	2.58	1.89	1.12	1.05	-	1.35	2.79	2.71
σB(2/3R)	2.00	1.97	1.76	1.35	0.98	-	0.97	2.01	1.91
										σB(1/3R)	1.05	1.34	1.36	0.98	1.01	-	0.93	1.54	1.61
σP(R)	-	1.54	2.87	1.36	-	-	1.21	1.67	-
										σP(2/3R)	-	2.36	2.15	1.45	-	-	1.09	2.69	-
σP(1/3R)	-	1.56	1.86	1.21	-	-	0.96	1.36	-
										σF(R)	0.18	0.19	-	1.39	-	0.98	0.97	2.36	2.59
σF(2/3R)	0.32	0.42	-	0.96	-	0.96	1.45	1.78	1.81
										σF(1/3R)	0.78	0.81	-	1.56	-	0.95	1.24	1.13	1.54

测试例2

根据测试例1所述的方法，不同的是，测定的是实施例1-6以及对比例1-6的加氢脱氮催化剂的活性催化剂组分分布和核层和壳层的厚度。下表3为加氢脱氮催化剂的相关参数，其中，活性金属组分含量按照投料量计算得到。表4为加氢脱氮催化剂在不同位置处的分布因子。

表3

表4

注：R是指整个加氢脱氮催化剂的颗粒粒径。

通过表3和4的数据可以看出，本发明提供的加氢脱氮催化剂包括改性加氢催化剂载体和负载在载体上的活性金属组分，所述活性金属组分沿着改性加氢催化剂载体的径向方向呈双层分布，核层的活性金属组分为Ni和W，壳层的活性金属组分为Mo与选自Ni和/或Co的组合。

测试例3

分别将上述加氢脱氮催化剂破碎成直径为2-3毫米的颗粒，装入重油加氢固定床反应器。反应条件为：反应温度380℃、氢分压14MPa，采用微量残炭法测定反应前后油品的残炭值。采用化学发光法测定反应前后油品中的N含量，按照下列公式计算沥青质和残炭脱除率：

原料油为氮元素含量为0.5重量％、残炭值为11.72重量％的长岭常渣。

加氢后的原料油中氮元素含量和残炭值，以及各催化剂的脱氮率和残炭脱除率见表5。

表5

催化剂	脱残炭率％	脱氮率％
			CSZ1	67.3	56.5
CSZ2	69.2	55.2
			CSZ3	64.6	53.8
CSZ4	64.7	54.7
			CSZ5	65.3	55
CSZ6	65.3	55.1
			CDZ1	63.6	52.9
CDZ2	63.1	52.8
			CDZ3	61.9	51.9
CDZ4	60.8	52.3
			CDZ5	61.8	51.3
CDZ6	62.5	50.9

从表5的结果可以看出，由本发明提供加氢脱氮催化剂具有较好的脱氮和残炭脱除活性，其中，脱氮率可达到55％以上，优选可达到56.5％以上；残炭脱除率可达到63％以上，优选可达到65％以上；从而本发明提供的加氢保护剂极具工业应用前景。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (13)

1.一种加氢脱氮催化剂，该催化剂含有活性金属组分和改性加氢催化剂载体，其特征在于，所述改性加氢催化剂载体是由以下方法制得，该方法包括：将经过水热处理的载体重复地依次进行浸渍和干燥，并将最后一次得到的干燥产物进行焙烧，其中，每次浸渍过程中所用的浸渍液含有提供相同或不同酸性助剂化合物，重复的次数n≥2，且当n≥3时，在从第2次浸渍到第n-1次浸渍的过程中，每一次浸渍后干燥的温度比相邻的前一次浸渍后干燥的温度高20-150℃，每一次浸渍后干燥的时间比相邻的前一次浸渍后干燥的时间长1-10小时；以及，

所述活性金属组分沿着所述改性加氢催化剂载体的径向方向呈分层分布，核层的活性金属组分为Ni和W，壳层的活性金属组分为Mo与选自Ni和/或Co的组合。

2.根据权利要求1所述的催化剂，其中，以金属氧化物计且以所述催化剂的总重量为基准，Mo的含量为2-30重量％，优选为5-25重量％，更优选为5-20重量％，最优选为8-16重量％；Ni的总含量为0.5-15重量％，优选为1-10重量％，更优选为2-9重量％，最优选为3-6重量％；Co的含量为0-15重量％，优选为1-10重量％，更优选为2-9重量％，最优选为3-5重量％；W的含量为2-40重量％，优选为5-35重量％，更优选为8-30重量％，最优选为15-30重量％；

优选地，所述壳层的厚度为0.1-5mm，所述核层的厚度为0.1-5mm。

3.根据权利要求1或2所述的催化剂，其中，在所述改性加氢催化剂载体的制备方法中，当n≥3时，在从第2次浸渍到第n-1次浸渍的过程中，每一次浸渍后干燥的温度比相邻的前一次浸渍后干燥的温度高30-120℃，每一次浸渍后干燥的时间比相邻的前一次浸渍后干燥的时间长1-9小时。

4.根据权利要求3所述的催化剂，其中，当n≥3时，在从第2次浸渍到第n-1次浸渍的过程中，每一次浸渍后干燥的温度比相邻的前一次浸渍后干燥的温度高30-80℃，每一次浸渍后干燥的时间比相邻的前一次浸渍后干燥的时间长2-5小时；

优选地，第一次浸渍后干燥的条件包括：温度为30-300℃，时间为1-20小时；最后一次浸渍后干燥的条件包括：温度为30-300℃，时间为1-20小时；

优选地，焙烧的条件包括：温度为300-900℃，时间为1-10小时。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的催化剂，其中，在所述改性加氢催化剂载体的制备方法中，前n-1次浸渍所采用的浸渍液呈酸性，pH值优选为2-6；第n次浸渍所采用的浸渍液呈碱性，pH值优选为8-11。

6.根据权利要求5所述的催化剂，其中，在所述改性加氢催化剂载体的制备方法中，所述浸渍的次数为2-3次。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的催化剂，其中，在所述改性加氢催化剂载体的制备方法中，所述载体为氧化铝或者氧化铝与氧化硅、氧化钛和氧化锆中至少一种的混合物；所述氧化铝为γ-氧化铝、η-氧化铝、θ-氧化铝、δ-氧化铝和χ-氧化铝中的至少一种。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的催化剂，其中，在所述改性加氢催化剂载体的制备方法中，所述酸性助剂选自F、P和B中的至少一种组分；优选地，每次浸渍过程所用的浸渍液含有提供不同的酸性助剂的化合物；

优选地，所述改性加氢催化剂载体中，以所述改性加氢催化剂载体的总重量为基准，以F、P和B三种元素计的所述酸性助剂的含量为0.1-15重量％。

9.一种权利要求1-8中任意一项所述的加氢脱氮催化剂的制备方法，该方法包括：

(a)将所述改性加氢催化剂载体进行水热处理，然后将水热处理后的改性加氢催化剂载体在酸性的含有钼化合物与镍化合物和/或钴化合物的组合的第一溶液中进行浸渍，然而进行干燥；

(b)将步骤(a)干燥后的载体在碱性的含有镍化合物和钨化合物的第二溶液中进行浸渍，然后进行干燥和焙烧。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一溶液的pH值为2-6.5；

优选地，所述第二溶液的pH值为7.5-11。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，步骤(a)和步骤(b)所述的镍化合物各自独立地选自氧化镍、硝酸镍、醋酸镍、碱式碳酸镍和氯化镍中的一种或多种；

所述钼化合物选自氧化钼、钼酸盐、仲钼酸盐、二钼酸铵和四钼酸铵中的一种或多种；

所述钨化合物选自氧化钨、钨酸铵、偏钨酸铵、仲钨酸铵和乙基偏钨酸铵中的一种或多种；

所述钴化合物选自碳酸钴、硝酸钴、醋酸钴、碱式碳酸钴和氯化钴中的一种或多种。

12.根据权利要求9-11中任意一项所述的方法，其中，步骤(a)中，水热处理的条件包括：温度为50-200℃，时间为5-30小时；

优选地，步骤(a)和(b)的浸渍条件相同或不同，浸渍的条件包括：温度为50-300℃，优选为50-100℃；时间为1-20小时，优选为1-6小时；

优选地，步骤(a)中，干燥的条件包括：温度为30-300℃，时间为1-20小时；

优选地，步骤(b)中，干燥的条件包括：温度为80-200℃，时间为1-10小时；

优选地，步骤(b)中，焙烧的条件包括：温度为300-900℃，时间为1-10小时。

13.根据权利要求1-8中任意一项所述的加氢脱氮催化剂在重油加氢处理中的应用。