CN106693975A - 一种油溶性Fe‑Ni双金属催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种油溶性Fe‑Ni双金属催化剂及其制备方法和应用，该催化剂的活性成分为铁和镍，用于煤‑油加氢共炼，铁与镍的摩尔比为9:1～1:3，铁与镍在催化剂中的重量含量为3％～8％。本发明并公开了油溶性Fe‑Ni双金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：将脂肪酸盐、铁盐和镍盐溶于去离子水中；向混合液中加入非极性溶剂和醇类物质，将上述溶液加热反应，反应结束后冷却至室温，产物转移到分液漏斗中静置，分离出水相，有机相用去离子水洗涤后在烘箱中烘干，即为油溶性Fe‑Ni双金属催化剂。本发明所制备的催化剂少量镍的加入弥补了铁系催化剂活性不足的劣势，二者之间存在协同作用，加氢活性高，抑焦效果好，煤转化率高。

Description

一种油溶性Fe-Ni双金属催化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及煤-油共处理技术领域，特别涉及一种油溶性Fe-Ni双金属催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
煤-油共处理技术，也称煤-油共炼技术，是从煤炭直接液化发展而来的，可同时对煤和重油资源耦合加工改质，既是合理利用石油和煤炭资源的有效途径之一，也是一种洁净的煤利用技术。其实质是以天然重质原油或沥青、常渣、减渣和各种二次加工渣油等石油基重质油为煤液化的溶剂，在共处理过程中，固体煤炭转化为液体燃料，进而生产出汽油、柴油等轻质燃料：另一方面，重质油同时可以转化为较低沸点的馏分。
催化剂是煤-油共处理和煤直接液化的核心关键技术，催化剂对于降低反应温度，提高氢的利用率和液体产品的质量，提高煤转化率，提高液化过程的经济性等方面具有非常重要的影响。而目前大多数煤-油加氢共炼催化剂主要源自煤直接液化催化剂，专门开发的用于煤-油加氢共炼体系的催化剂还很少。传统的重油加氢催化剂和金属卤化物催化剂催化活性较高，但不能满足煤-油加氢共炼催化剂对经济、环保等方面的要求，它们距离大规模工业应用尚有一段距离。铁系催化剂因为其价格低、污染小、无需回收等优点而受到广泛关注，但铁系催化剂活性较低，而对于活性较高的Co、Mo、Ni和W系催化剂，又因其高成本而很难投入实际应用，所以希望将铁基催化剂与相对少量高价格的Mo、Ni等复合，希望在提高铁基催化剂活性的同时，减少高价格金属的用量，如CN102309972A公开了一种油-煤加氢共炼催化剂及其共炼方法，主催化剂的前驱体为水溶性的铁盐，副催化剂的前驱体为水溶性和/或油溶性的钼盐，将少量加氢裂解活性很高的钼引入铁系催化剂用于油-煤加氢共炼，当Fe和Mo的摩尔比在一定范围时，二者之间存在较强的协同作用,同时具有较高的裂解和加氢活性。另一方面，油溶性催化剂在渣油中能很好的分散，这对于催化剂的高效利用也是起着重要作用，关于油溶性催化剂在悬浮床渣油加氢裂化研究中已有深厚基础。
因此，开发适用于煤-油加氢共炼的具有较高活性的油溶性双金属催化剂有着十分重要的意义。
发明内容
本发明提供一种油溶性Fe-Ni双金属催化剂及其制备方法和应用，为煤-油加氢共炼提供一种高活性、低成本的催化剂。
本发明的技术方案为：
一种油溶性Fe-Ni双金属催化剂，该催化剂的活性成分为铁和镍，用于煤-油加氢共炼，铁与镍的摩尔比为9:1～1:3，铁与镍在催化剂中的重量含量为3％～8％。
其中，优选地，所述铁与镍的摩尔比为6:1～1:3。
本发明并提供了一种油溶性Fe-Ni双金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将脂肪酸盐、铁盐和镍盐溶于1.5～10倍质量的去离子水中；
(2)向混合液中加入非极性溶剂和醇类物质；
(3)在搅拌作用下，将上述溶液加热至50～100℃，反应1～10h；
(4)反应结束后冷却至室温，产物转移到分液漏斗中静置，分离出水相，所得有机相用去离子水洗涤后在烘箱中烘干，即为油溶性Fe-Ni双金属催化剂。
其中，优选地，所述脂肪酸盐为油酸钾或油酸钠，所述铁盐为硫酸亚铁、氯化铁、硝酸铁中的任意一种或几种，所述镍盐为硫酸镍、氯化镍中的任意一种或几种。
其中，优选地，所述脂肪酸盐的加入量是铁与镍总摩尔的80％～160％。
其中，优选地，所述的非极性溶剂为石油醚、正戊烷、正己烷、正庚烷中的任意一种或几种，所述的醇类物质为甲醇、乙醇、丙醇中的任意一种或几种。
本发明并提供了油溶性Fe-Ni双金属催化剂在煤-油加氢共炼中的应用，所述的油溶性Fe-Ni双金属催化剂加入原料中的金属总量为原料的200～1000μg·g-1。
本发明有益效果：
(1)本发明所制备的催化剂合成方法简单，使用成本低，原料便宜易得，适于大规模工业化生产。
(2)本发明所制备的催化剂在原料中分散均匀，不易团聚，双金属摩尔比灵活可调，少量镍的加入弥补了铁系催化剂活性不足的劣势，二者之间存在协同作用，加氢活性高，抑焦效果好，煤转化率高。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种油溶性Fe-Ni双金属催化剂，该催化剂活性成分为铁和镍，铁与镍摩尔比为1：1，铁与镍在催化剂中的重量含量为6.33％，其制备方法如下：
(1)取2.98g FeCl3·6H2O、3.20g Ni(NO3)2·6H2O、8.6g油酸钠，加入60g去离子水；
(2)向混合液中加入80ml石油醚和40ml乙醇；
(3)在搅拌作用下，将上述溶液加热至80℃进行反应，反应时间5h；
(4)反应结束后冷却至室温，产物转移到分液漏斗中静置一段时间，分离出水相，所得有机相用去离子水洗涤后在烘箱中放置一段时间，即为油溶性Fe-Ni双金属催化剂。
通过上述条件所制备的催化剂中铁质量含量为3.04％，镍质量含量为3.29％，铁镍摩尔比约为1:1。
实施例2
一种油溶性Fe-Ni双金属催化剂，该催化剂活性成分为铁和镍，铁与镍摩尔比为1：3，铁与镍在催化剂中的重量含量为8.0％，其制备方法如下：
(1)取1.51g FeCl3·6H2O、5.17g Ni(NO3)2·6H2O、11.40g油酸钠，加入28g去离子水中；
(2)向混合液中加入70ml正己烷和40ml乙醇；
(3)在搅拌作用下，将上述溶液加热至70℃进行反应，反应时间4h；
(4)反应结束后冷却至室温，产物转移到分液漏斗中静置一段时间，分离出水相，所得有机相用去离子水洗涤后在烘箱中放置一段时间，即为油溶性Fe-Ni双金属催化剂。
通过上述条件所制备的催化剂中铁质量含量为2.04％，镍质量含量为5.96％，铁镍摩尔比约为1:3。
实施例3
一种油溶性Fe-Ni双金属催化剂，该催化剂活性成分为铁和镍，铁与镍摩尔比为6：1，铁与镍在催化剂中的重量含量为3.0％，其制备方法如下：
(1)取4.86g FeCl3·6H2O、0.83g Ni(NO3)2·6H2O、10.23g油酸钠，加入160g去离子水；
(2)向混合液中加入70ml正己烷和40ml乙醇；
(3)在搅拌作用下，将上述溶液加热至70℃进行反应，反应时间8h；
(4)反应结束后冷却至室温，产物转移到分液漏斗中静置一段时间，分离出水相，所得有机相用去离子水洗涤后在烘箱中放置一段时间，即为油溶性Fe-Ni双金属催化剂。
通过上述条件所制备的催化剂中铁质量含量为2.62％，镍质量含量为0.38％，铁镍摩尔比约为6：1。
实施例4
将上述实施例1～3所制备的油溶性Fe-Ni双金属催化剂Fe-Ni(1：1)用于马瑞常压渣油与安徽煤的加氢共炼中，并采用空白、油溶性Mo催化剂、油溶性Ni催化剂、油溶性Fe催化剂、油溶性Fe/Ni(1:1)复配催化剂进行相同条件下的反应与其对比。马瑞常压渣油性质见表1，安徽煤性质见表2，反应条件为：反应温度400℃，反应初压8MPa，马瑞常压渣油：安徽煤＝3:1，反应时间60min，催化剂加入量分别500μg·g-1、200μg·g-1、2000μg·g-1(按金属总量计)，硫化剂2000μg·g-1，助剂200μg·g-1；反应结果见表3。
表1马瑞常压渣油基本性质
表2安徽煤的工业分析和元素组成性质
表3马瑞常渣-安徽煤加氢共炼反应产物分布
单位生焦轻油收率I＝(汽油收率+柴油收率)/生焦率
由表可知，相对于采用油溶性Mo催化剂、油溶性Ni催化剂、油溶性Fe催化剂、油溶性Fe/Ni(1：1)复配催化剂，采用油溶性Fe-Ni(1：1)双金属催化剂时反应体系的生焦率最低；从生焦量、煤转化率及单位生焦轻油收率来看，油溶性Fe-Ni(1：1)双金属催化剂超过了油溶性钼的催化效果，从煤-油加氢共炼产物收率来看，油溶性Fe-Ni(1：1)双金属催化剂在抑制生焦的同时，也能促进重油向轻组分转变。这不仅改善了反应效果，而且由于廉价金属Fe的引入代替了一部分高价格的金属，大大降低了催化剂的生产成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种油溶性Fe-Ni双金属催化剂，其特征在于：该催化剂的活性成分为铁和镍，用于煤-油加氢共炼，铁与镍的摩尔比为9:1～1:3，铁与镍在催化剂中的重量含量为3％～8％。
2.一种权利要求1所述的油溶性Fe-Ni双金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将脂肪酸盐、铁盐和镍盐溶于1.5～10倍质量的去离子水中；
(2)向混合液中加入非极性溶剂和醇类物质；
(3)在搅拌作用下，将上述溶液加热至50～100℃，反应1～10h；
(4)反应结束后冷却至室温，产物转移到分液漏斗中静置，分离出水相，所得有机相用去离子水洗涤后在烘箱中烘干，即为油溶性Fe-Ni双金属催化剂。
3.根据权利要求2所述的油溶性Fe-Ni双金属催化剂的制备方法，其特征在于：所述脂肪酸盐为油酸钾或油酸钠，所述铁盐为硫酸亚铁、氯化铁、硝酸铁中的任意一种或几种，所述镍盐为硫酸镍、氯化镍中的任意一种或几种。
4.根据权利要求2所述的油溶性Fe-Ni双金属催化剂的制备方法，其特征在于：所述脂肪酸盐的加入量是铁与镍总摩尔的80％～160％。
5.根据权利要求2所述的油溶性Fe-Ni双金属催化剂的制备方法，其特征在于：所述的非极性溶剂为石油醚、正戊烷、正己烷、正庚烷中的任意一种或几种，所述的醇类物质为甲醇、乙醇、丙醇中的任意一种或几种。
6.权利要求1所述的油溶性Fe-Ni双金属催化剂在煤-油加氢共炼中的应用，其特征在于：所述的油溶性Fe-Ni双金属催化剂加入原料中的金属总量为原料的200～1000μg·g-1。
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