CN106994365A - 一种加氢脱蜡催化剂制备方法和由该方法制得的催化剂及其应用 - Google Patents

一种加氢脱蜡催化剂制备方法和由该方法制得的催化剂及其应用 Download PDF

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Abstract

一种加氢脱蜡催化剂制备方法和由该方法制得的催化剂及其在烃油加氢脱蜡中的应用，所述催化剂的制备包含如下步骤：(1)将至少一种中孔分子筛和无机氧化物基质混合、成型，之后干燥、焙烧，制备成载体；(2)将至少一种第VIII族金属组分和至少一种助剂组分负载在步骤(1)所得载体上；其中，所述将至少一种第VIII族金属组分和至少一种助剂组分负载在步骤(1)所得载体上的方法为浸渍的方法，浸渍后进行干燥、焙烧或不焙烧。由本发明提供的方法制备的催化剂适用于含蜡馏分油的加氢脱蜡过程，在将产品倾点降低到同样温度时，利用本发明的方法制备的催化剂具有基础油收率更高和异构选择性更好的优点。

Description

一种加氢脱蜡催化剂制备方法和由该方法制得的催化剂及其应用
技术领域
本发明涉及一种加氢脱蜡催化剂制备方法和由该方法制得的催化剂及应用。更具体地说，本发明涉及一种含蜡原料油加氢脱蜡催化剂制备方法和催化剂及应用，该催化剂特别适合于含蜡馏分油和润滑油基础油的加氢脱蜡过程。
背景技术
由含蜡原料生产低温下具有良好流动性能的产品，如润滑油、喷气燃料、低凝柴油等，脱蜡是必须的。其中所述的蜡是指长链正构烷烃或带有少量短侧链的长链烃类化合物，包括带有少量短侧链的长链烷烃、长链烷基芳烃和长链烷基环烷烃。传统的脱蜡方法采用溶剂脱蜡工艺，该工艺的主要缺点是操作成本很高，能耗大，且凝点降低幅度有限。另一种脱蜡方法是催化脱蜡，该方法是在临氢条件下，利用分子筛催化剂的独特孔道和适当的酸性，在一定的温度和氢分压下，使原料油中的蜡组分选择性地裂解，从而降低其凝点。这种方法的缺点是气体产率高，基础油的收率低，粘度指数损失大。目前比较理想的脱蜡方法是加氢异构脱蜡，采用具有独特孔道结构的分子筛催化剂，只允许大分子蜡进入分子筛孔道中发生异构反应生成异构烷烃，而其他的异构烷烃、环烷烃、芳烃等则无法进入，由此达到选择性脱除蜡组分的效果。由于异构烷烃具有较低的凝点和较高的粘度指数，因此在降凝的同时，基础油的粘度指数较高，收率也明显高于催化脱蜡过程。
目前国内外有大量有关异构脱蜡催化剂及工艺的专利报道，如美国专利申请US 20050000857、US 20040134834、US 20040065585、美国专利USP 6602402、6264826、6235960、6231749、6198015、6190532、6090989、6051129、5993644、5990371、5976351、5885438、5358628、5149421、5135638、5037528、4419420，中国专利申请CN102051220A、1703497A、1703493A、1703292A、1703275A等，其中异构脱蜡催化剂的酸性组分包括Beta、ZSM-5、ZSM-11、ZSM-12、ZSM-22、ZSM-23、ZSM-35、ZSM-48、ZSM-57、丝光沸石、SAPO-11、SAPO-31、SAPO-41、NU-10、NU-13、NU-87、EU-1、EU-2、EU-11、EU-13、Theta-1、ITQ-13、SSZ-32、镁碱沸石等。
由于润滑油馏分主要为大分子烃类，分子结构复杂，这些烃类在异构脱蜡催化剂上发生不同的反应，包括芳烃的饱和、烷烃的异构化、烷烃的裂化等。在加氢脱蜡过程中，为了保证较高的基础油收率，需要尽量减少烷烃的裂化等副反应，提高催化剂的异构选择性。
中国专利申请CN1703276A公开了一种通过含氧化合物预处理催化剂提高脱蜡催化剂异构选择性的方法，含氧化合物可以是醇、羧酸、酯、醛、酮或醚等。催化剂经过处理后，需要用干净的原料进行冲洗，以除去所有极性化合物和芳香类化合物，因此工艺开工过程相对复杂一些。
美国专利US6416654公开了一种提高加氢脱蜡催化剂选择性的方法。所用催化剂为含Beta沸石和0.01-2重量％贵金属的催化剂，该方法通过向反应器中注入足够量的氨气与催化剂接触，以使脱蜡反应器内的反应温度控制在一定范围，防止过多的裂化反应发生。该方法的缺点是，为了使催化剂达到氨吸附平衡，氨气在循环气或循环油中的循环量大，开工周期长，催化剂初期活性恢复慢。
发明内容
在现有技术的基础上，本发明提供一种加氢脱蜡催化剂的制备方法，由该方法制得的催化剂应用于含蜡原油加氢脱蜡时，在将产品倾点降低到同样温度的情况下，具有更高的选择性和更高的基础油收率。
本发明具体包括以下发明内容：
1、本发明提供了一种加氢脱蜡催化剂的制备方法，该方法具体包括如下步骤：
(1)将至少一种中孔分子筛和无机氧化物基质混合、成型，之后干燥、焙烧，制备成载体；
(2)将至少一种第VIII族金属组分和至少一种助剂组分负载在步骤(1)所得载体上；
其中，所述将至少一种第VIII族金属组分和至少一种助剂组分负载在步骤(1)所得载体上的方法为浸渍的方法，所述浸渍的方法是用含至少一种第VIII族金属组分的溶液和含至少一种助剂组分的溶液依次浸渍步骤(1)得到的载体，或者是用含至少一种第VIII族金属组分和至少一种助剂组分的混合溶液浸渍步骤(1)得到的载体，浸渍后进行干燥、焙烧或不焙烧。。
步骤(1)将分子筛与无机氧化物基质混合、成型、制备成载体的方法为本领域常规方法，例如，可以是将所述分子筛与所述基质混合、挤条成型，然后经或不经干燥和焙烧，优选为经过干燥和焙烧。在采用挤出成型的方法成型时可以加入适量助挤剂和/或胶溶剂，然后挤出成型。助挤剂和胶溶剂的种类及用量为本领域技术人员所公知，在此不赘述。若进行干燥和焙烧，操作条件包括：所述干燥的温度为100～200℃，优选为120～150℃，干燥时间为1～20小时，优选为2～10小时。所述焙烧的温度为400～650℃，优选为500～600℃，焙烧时间为1～15小时，优选为2～10小时。
步骤(1)中所述中孔分子筛为具有短轴为长轴为的一维椭圆孔结构的分子筛，优选为十元环分子筛，如：ZSM-22、ZSM-23、ZSM-35、ZSM-48、NU-10、Theta-1、EU-13、镁碱沸石中一种或几种，上述分子筛的制备方法公开于各种文献中，如美国专利USP4481177、USP5332566、USP4900528、USP5053373等，这里作为引文加以参考。以最终制备的载体总量为基准，步骤(1)中的分子筛的用量使得所述载体中分子筛含量为20～80重量％。
步骤(1)中所述无机氧化物基质选自氧化铝、氧化硅、氧化硅-氧化铝中的一种或几种，优选为氧化铝，以最终制备的载体总量为基准，步骤(1)中的无机氧化物基质的用量使得所述载体中无机氧化物基质含量为20～80重量％。
步骤(2)中，将至少一种第VIII族金属组分和至少一种助剂组分负载在步骤(1)所得载体上的方法可采用常规的浸渍法，浸渍所用的溶液为含第VIII族金属化合物的水溶液和含助剂组分化合物的水溶液，所述第VIII族金属化合物为其硝酸盐、氯化物、络合物中的一种或几种，所述助剂组分化合物为第IA族和第IIA族金属元素的硝酸盐、硫酸盐或者氯化物中的一种或几种。浸渍时，可以利用含至少一种第VIII族金属组分和至少一种助剂组分的混合溶液对所述载体进行浸渍，然后经干燥、焙烧或不焙烧，得到所述催化剂前体，优选为利用含至少一种第VIII族金属组分的溶液和含至少一种助剂组分的溶液依次对所述载体进行浸渍，然后经干燥、焙烧，得到所述催化剂前体。当采用依次浸渍时候，对浸渍的顺序没有特别的要求，优选为先采用含至少一种第VIII族金属组分的溶液浸渍载体，然后浸渍含至少一种助剂组分的溶液。所有的浸渍过程既可以采用一次浸渍，也可以采用多次浸渍，每次浸渍后，最好经干燥、焙烧或不焙烧步骤之后，再进行下一次浸渍。所述干燥的温度为100～200℃，优选为120～150℃，干燥时间为1～20小时，优选为2～10小时。所述焙烧的温度为300～550℃，优选为350～500℃，焙烧时间为1～15小时，优选为2～10小时。
优选条件下，步骤(2)中所述第VIII族金属组分为选自钴、镍、钌、铑、钯和铂中的一种或几种，进一步优选为镍、铑、钯和铂中的一种或几种，以元素计并以最终制备的催化剂总量为基准，所述第VIII族金属组分的用量使得第VIII族金属组分的含量为0.1～5重量％，优选为0.2～2重量％；所述助剂组分为第IA族和\或第IIA族金属组分，优选为钠、钾、镁和钙中的一种或几种，以元素计并以最终制备的催化剂总量为基准，所述助剂组分的用量使得催化剂中助剂组分含量为0.01～5重量％，优选为0.05～1重量％。
2、本发明提供了一种加氢脱蜡催化剂，所述催化剂通过如发明内容1所述任意一种方法制备得到。所述加氢脱蜡催化剂包括载体和负载在载体上的活性金属组分和助剂组分，所述载体包括分子筛和无机氧化物基质。其中，分子筛优选为具有短轴为长轴为的一维椭圆孔结构的中孔分子筛或十元环分子筛，为选自ZSM-22、ZSM-23、ZSM-35、ZSM-48、NU-10、Theta-1、EU-13、镁碱沸石中一种或多种；无机氧化物基质为选自氧化铝、氧化硅、氧化硅-氧化铝中的一种或几种，优选为氧化铝；加氢活性金属组分为选自第VIII族金属中的一种或几种，如钴、镍、钌、铑、钯和铂中的一种或几种，优选为铂和\或钯；助剂组分为选自第IA族和\或第IIA族的金属组分，如钠、钾、镁和钙中的一种或几种。以所述载体为基准，其中分子筛含量为20～80重量％，无机氧化物基质含量为20～80重量％；以所述催化剂为基准，所述第VIII族金属组分的含量为0.1～5重量％，优选为0.2～2重量％，以元素计的所述助剂组分含量为0.01～5重量％，优选为0.05～1.00重量％。
按照本发明提供催化剂，在使用前优选包括在氢气或任意的还原介质存在进行还原，以使第VIII族金属至少部分转化为还原态。所述还原方法和操作条件为常规方法和条件，例如：在含氢气的氛围中还原，其中所述含氢气的氛围指的是氢气氛围或者含有氢气的混合气体氛围，当采用含有氢气的混合气体氛围进行还原时，混合气体中除氢气外，还含有惰性气体，所述惰性气体是指不会参与到氢气对氧化态金属进行还原反应的气体，如氮气、氦气、氖气、氩气等气体中的一种或几种，操作条件包括：氢分压为0.05～0.50Mpa，温度为300～550℃，时间为2～10小时。
3、本发明还提供了一种烃油加氢脱蜡的方法，该方法包括在加氢脱蜡反应条件下，将如发明内容2所述的催化剂与烃油接触，其中，所述烃油优选为馏分油，所述加氢脱蜡反应条件优选为：反应温度为300～420℃，氢分压为0.5～15MPa，液体体积空速为0.1～5小时-1，氢油体积比为100～3000。
本发明的技术效果体现在：由本发明提供的方法制备的催化剂适用于含蜡馏分的加氢脱蜡过程，包括但不限于加氢裂化尾油、加氢馏分油、轻脱沥青油、蜡下油、软蜡、费托合成蜡、生物航煤等，在将产品倾点降低到同样温度时，利用本发明的方法制备的催化剂具有基础油收率高和异构选择性高的优点。
具体实施方式
下面的实施例将对本发明作进一步的说明。
实例中所用试剂，除特别说明的以外，均为化学纯试剂。
实施例1
说明本发明提供的催化剂及其制备方法。
按照美国专利4481177实施例7的方法制备一种ZSM-22分子筛，其硅铝摩尔比为55。将所得分子筛100克以含20重量％NH4NO3的溶液1000毫升在90℃下处理4小时，过滤，以上述方法共处理3次。将处理后的分子筛在120℃下干燥4小时，得到氢型ZSM-22分子筛。
将氢型ZSM-22分子筛与一定量的拟薄水铝石、田菁粉混合均匀，加入硝酸水溶液，充分混捏，然后在挤条机上挤出直径为1.3毫米的三叶草形条，在120℃下干燥4小时，然后在空气中600℃焙烧2小时，得到载体S1。
将载体S1用含有Ca(NO3)2和Pt(NH3)4Cl2的溶液进行饱和浸渍，然后在110℃下干燥4小时，在空气气氛中400℃焙烧3小时，得到的催化剂记为C-1，其组成见表1。
实施例2
说明本发明提供的催化剂及其制备方法。
按照美国专利4900528实施例1的方法制备一种NU-10分子筛，其硅铝摩尔比为42。将所得分子筛按照实施例1的方法制备成氢型分子筛。
将氢型NU-10分子筛与一定量的拟薄水铝石、田菁粉混合均匀，加入硝酸水溶液，充分混捏，然后在挤条机上挤出直径为1.3毫米的三叶草形条，在120℃下干燥4小时，然后在空气中500℃焙烧4小时，得到载体S2。
将载体S2用含有NaNO3、Pd(NH3)2Cl2和Pt(NH3)4Cl2的溶液进行饱和浸渍，然后在120℃下干燥4小时，在空气气氛中350℃焙烧4小时，得到的催化剂记为C-2，其组成见表1。
实施例3
将载体S2用含有Pd(NH3)2Cl2和Pt(NH3)4Cl2的溶液进行饱和浸渍，然后在110℃下干燥4小时，在空气气氛中400℃焙烧3小时。然后将所得浸渍铂后的固体用含有NaNO3的溶液浸渍，然后在110℃下干燥4小时，在空气气氛中400℃焙烧3小时，得到的催化剂记为C-3，其组成见表1。
实施例4
将载体S1用含有Pt(NH3)4Cl2的溶液进行饱和浸渍，然后在110℃下干燥4小时，在空气气氛中400℃焙烧3小时。然后将所得浸渍铂后的固体用含有Ca(NO3)2的溶液浸渍，然后在110℃下干燥4小时，在空气气氛中400℃焙烧3小时，得到的催化剂记为C-4，其组成见表1。
实施例5
将载体S1用含有Ca(NO3)2的溶液浸渍，然后在110℃下干燥4小时，在空气气氛中400℃焙烧3小时。然后将所得浸渍钙后的固体用含有Pt(NH3)4Cl2的溶液进行饱和浸渍，然后在110℃下干燥4小时，在空气气氛中400℃焙烧3小时，得到的催化剂记为C-5，其组成见表1。
对比例1
说明对比催化剂及其制备方法。
将载体S1用含有Pt(NH3)4Cl2的溶液进行浸渍，然后在110℃下干燥4小时，在空气气氛中400℃焙烧3小时，得到的催化剂记为D-1，其组成见表1。
对比例2
说明本发明提供的催化剂及其制备方法。
按照美国专利4900528实施例1的方法制备一种NU-10分子筛，其硅铝摩尔比为42。将所得分子筛按照实施例1的方法制备成氢型分子筛。
将氢型NU-10分子筛与一定量的拟薄水铝石、田菁粉混合均匀，加入含硝酸钠(NaNO3)的硝酸水溶液，充分混捏，然后在挤条机上挤出直径为1.3毫米的三叶草形条，在120℃下干燥4小时，然后在空气中500℃焙烧4小时，得到载体DS2。
将载体DS2用含有Pd(NH3)2Cl2和Pt(NH3)4Cl2的溶液进行饱和浸渍，然后在120℃下干燥4小时，在空气气氛中350℃焙烧4小时，得到的催化剂记为D-2，其组成见表1。
表1
催化剂性能评价
实施例6～10说明本发明提供的催化剂C-1～C-5的加氢脱蜡性能，对比例3、4用以说明对比催化剂D-1和D-2的加氢脱蜡性能。
评价方法：采用一种重质含蜡润滑油加氢处理生成油进行催化剂评价，其性质见表2。反应在100毫升加氢反应装置上进行，催化剂颗粒直径为0.30～0.45毫米。
表2
1.催化剂还原：将催化剂C-1～C-5及D-1、D-2进行还原，还原温度为350℃，还原时间为4小时，氢气压力为0.1兆帕，将还原后的催化剂应用于上述原料油的加氢处理中。
2.评价工艺条件列于表3，反应结果见表3。
表3
表3的结果表明，将上述催化剂应用于含蜡原料油的加氢脱蜡过程中，与对比剂相比，本发明提供的催化剂在产品粘度性质相当的情况下，具有更好的选择性，且润滑油基础油收率(表3中>470℃收率)更高，液收也明显高于对比剂。

Claims (15)

1.一种加氢脱蜡催化剂的制备方法，包含如下步骤：
(1)将至少一种中孔分子筛和无机氧化物基质混合、成型，之后干燥、焙烧，制备成载体；
(2)将至少一种第VIII族金属组分和至少一种助剂组分负载在步骤(1)所得载体上；
其中，所述将至少一种第VIII族金属组分和至少一种助剂组分负载在步骤(1)所得载体上的方法为浸渍的方法，所述浸渍的方法是用含至少一种第VIII族金属组分的溶液和含至少一种助剂组分的溶液依次浸渍步骤(1)得到的载体，或者是用含至少一种第VIII族金属组分和至少一种助剂组分的混合溶液浸渍步骤(1)得到的载体，浸渍后进行干燥、焙烧或不焙烧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中孔分子筛为选自ZSM-22、ZSM-23、ZSM-35、ZSM-48、NU-10、Theta-1、EU-13、镁碱沸石中一种或几种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的分子筛的用量使得所述载体中分子筛含量为20～80重量％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的无机氧化物基质选自氧化铝、氧化硅、氧化硅-氧化铝中的一种或几种，所述无机氧化物基质的用量使得所述载体中无机氧化物基质含量为20～80重量％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中第VIII族金属组分选自钴、镍、钌、铑、钯和铂中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以元素计并以最终制备的催化剂总量为基准，所述步骤(2)中第VIII族金属组分的用量使得第VIII族金属组分的含量为0.1～5重量％。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，以元素计并以最终制备的催化剂总量为基准，所述步骤(2)中第VIII族金属组分的用量使得第VIII族金属组分的含量为0.2～2重量％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中助剂组分为第IA族和\或第IIA族金属组分。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中助剂组分选自钠、钾、镁和钙中的一种或几种。
10.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于，以元素计并以最终制备的催化剂总量为基准，所述步骤(2)中助剂组分的用量使得催化剂中助剂组分含量为0.01～5重量％。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)干燥的操作条件包括：温度为100～200℃，时间为1～20小时，所述步骤(1)焙烧的操作条件包括：温度为400～650℃，时间为1～15小时；所述步骤(2)干燥的操作条件包括：温度为100～200℃，时间为1～20小时，所述步骤(2)焙烧的操作条件包括：温度为300～550℃，时间为1～15小时。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)干燥的操作条件包括：温度为120～150℃，时间为2～10小时，所述步骤(1)焙烧的操作条件包括：温度为500～600℃，时间为2～10小时；所述步骤(2)干燥的操作条件包括：温度为120～150℃，时间为2～10小时，所述步骤(2)焙烧的操作条件包括：温度为350～500℃，时间为2～10小时。
13.一种加氢脱蜡催化剂，其特征在于，所述加氢脱蜡催化剂由权利要求1～12中任意一项所述的方法制备。
14.一种烃油加氢脱蜡的方法，该方法包括在加氢脱蜡反应条件下，将权利要求13所述催化剂与烃油接触。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述烃油为馏分油，所述加氢脱蜡反应条件包括：反应温度为300～420℃，氢分压为0.5～15MPa，液体体积空速为0.1～5小时-1，氢油体积比为100～3000。
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