CN108067292B - 一种加氢裂化催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种加氢裂化催化剂的制备方法,包括如下内容:(1)将无定形硅铝或其前驱物、大孔氧化铝或其前驱物中的至少一种和分子筛混合、打浆、过滤,所述无定形硅铝或其前驱物、大孔氧化铝或其前驱物的干基为15~30%,所述分子筛的干基为35~50%;(2)将小孔氧化铝加入碾压机内,加入适量胶溶剂,碾压后加入步骤(1)所得物料,继续碾压,挤条成型、干燥、焙烧制得加氢裂化催化剂载体;(3)采用浸渍法在步骤(2)制得的加氢裂化催化剂载体上采用浸渍法引入加氢活性金属组分,得到加氢裂化催化剂。该方法使分子筛和无定形硅铝和/或大孔氧化铝分散的更均匀,在催化过程中形成良好的协调作用,同时催化剂的比表面积和孔容有较大的提高。

Description

一种加氢裂化催化剂的制备方法
本发明涉及一种加氢裂化催化剂的制备方法,具体地说涉及一种高比表面积加氢裂化催化剂的制备方法。
背景技术
加氢裂化技术是重油深度加工的主要工艺, 也是唯一能在原料轻质化的同时直接生产车用清洁燃料和优质化工原料的工艺技术。由于加氢裂化技术具有原料适应性强、产品方案灵活、液体产品收率高、产品质量好等诸多优点,世界范围内原油劣质化日益严重,市场对清洁燃料和优质化工原料的需要量不断增加,这些都有利地促进了加氢裂化技术的迅速发展。因此, 近年来加氢裂化技术已逐步发展成为现代炼油和石化企业有机结合的技术,受到世界各国炼油企业及研究机构的重视。
随着原料质量变重、变差,以及产品质量升级和装置扩能改造的需求日趋提升,炼厂对加氢裂化催化剂提出了越来越高的要求,催化剂不仅要具有较高的性能,而且由于市场的竞争越来越激烈,催化剂还应具有较低的成本。
加氢裂化催化剂是一种同时具有裂解功能和加氢-脱氢功能的催化剂。裂解功能是由酸性载体提供,而加氢脱氢功能是由活性金属提供,酸性载体大部分是以氧化铝或无定形硅铝为载体,配以一定量的分子筛。催化剂的性质与其制备方法密切相关,浸渍法是最常规的制备方法,现市场推广的大部分牌号加氢裂化催化剂均采用浸渍法制备。其基本制备过程是先将氧化铝或含硅氧化铝和分子筛及其它助剂直接混合,然后进行成型、干燥和焙烧,最后浸渍金属并活化。
CN201010535641.9给出了一种特殊加氢裂化催化剂浸渍方法,该方法先将金属浸渍到氧化铝和或无定形硅铝的载体粉沫上,然后再与分子筛混合成型,然后进行焙烧活化,制备出加氢裂化催化剂,该催化剂具有很高的催化活性 。
然而上述加氢裂化催化剂制备过程中,加氢裂化各载体组分之间仅是简单的机械混合,每种组分在催化剂中容易出现团聚现象,没有实现其均匀的在催化剂中分散,致使催化剂的孔容、比表面积和酸性降低,难以发挥出最佳的性能。另一方面,无定形硅铝、大孔氧化铝和分子筛都是单独制备,滤饼经过干燥,粉碎,变成干基70%~90%的粉料。在催化剂制备过程中,为了挤条成型,催化剂载体组分的整体干基在40%之间,需要额外添加水分,浪费了能源,增加了催化剂的制造成本。
CN201210442999.6公开了一种加氢裂化催化剂的制备方法。氧化铝干胶粉经水热处理后,与至少一种酸性裂化材料粉末混合均匀,然后用含加氢活性组分的金属盐溶液浸渍,经过滤、干燥、粉碎后,加入胶溶剂或粘结剂,经成型、干燥、焙烧得到加氢裂化催化剂。该方法改善了金属的分散,提高催化剂的性能。但是该方法尽管金属溶液能够回收,金属仍然流失很大,提高了催化剂的制造成本。由于催化剂的制备装置大部分都是铁制品,而金属溶液是酸性溶液,该制备方法对装置腐蚀很大,不适合工业应用。
上述现有技术中采用的加氢裂化催化剂载体的比表面积及孔容有待进一步提高,从而改进催化剂的反应性能。
发明内容
为克服现有技术的不足,本发明提供了一种加氢裂化催化剂的制备方法。该制备方法催化剂的比表面积和孔容有较大的提高,金属组分分布均匀性好,各组分之间匹配关系好,加氢与裂化活性中心可以均匀协同发挥作用。
本发明加氢裂化催化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)将无定形硅铝或其前驱物、大孔氧化铝或其前驱物中的至少一种和分子筛混合、打浆、过滤,所述无定形硅铝或其前驱物、大孔氧化铝或其前驱物的干基为15~30%,优选15~25%,所述分子筛的干基为35~50%,优选35~50%,所述干基为烘干后物料质量/湿物料质量 ×l00%。
(2)将小孔氧化铝加入碾压机内,加入适量胶溶剂,碾压后加入步骤(1)所得物料,继续碾压,挤条成型、干燥、焙烧制得加氢裂化催化剂载体;
(3)采用浸渍法在步骤(2)制得的加氢裂化催化剂载体上采用浸渍法引入加氢活性金属组分,得到加氢裂化催化剂。
上述方法,步骤(l)中所述的无定形硅铝前驱物和/或大孔氧化铝前驱物一般为制备无定形硅铝或大孔氧化铝的过程中,成胶后过滤所得产物,所得产物可以先进行水洗或者同分子筛打浆后在进行水洗,优选后者。成胶过程一般为酸性物料和碱性物料的中和反应过程,采用两种物料并流成胶操作方式,或一种物料放置在成胶罐中另一种物料连续加入成胶的操作方式,按现有技术制备制备即可。无定形硅铝或其前驱物中SiO2的重量含量为15%~50%,优选为20%~40%。
上述方法,步骤(l)中所述的分子筛为已知的任何一种可用于加氢裂化的分子筛,也可以为其对应的改性分子筛的一种或几种。所述分子筛具体种类和性质的选择可以根据使用的需要确定,在石油化工领域,常用的分子筛如Y型分子筛、β分子筛、ZSM系列分子筛、SAPO系列分子筛等中一种或几种,为了获得希望的催化性能,各种分子筛可以进行适当的处理改性过程,改性方法为本领域技术人员所熟知的过程,如水热处理改性、酸处理改性、离子交换处理、各种溶剂处理等。对于石油炼制催化剂所需的分子筛,一般需进行离子交换、水热处理等改性过程。
上述方法,步骤(l)中所述分子筛的加入量占混合物料总量的10~60wt%,最好为20~60%,有利于后续不干燥而直接制备载体。所述混合物料总量为无定形硅铝或其前驱物、大孔氧化铝或其前驱物中的至少一种和分子筛重量之和
上述方法,步骤(l)中打浆的同时高速搅拌处理,搅拌转速为500~1500转/min,打浆时间为0.5~1h,浆液固含量为10~20%,浆液体系温度为30~80℃,优选40~60℃。
上述方法,步骤(1)中浆液中可以含有聚乙二醇甲醚,聚乙二醇甲醚在浆液中的含量为2~8wt%,优选3-5wt %。所述聚乙二醇甲醚的加入能够提高载体的比表面积和孔容。
上述方法,步骤(1)中打浆后可进行水洗处理,水洗时间为0.5~2h,水洗处理后将浆液过滤,水洗过程重复2~3次,滤饼的干基一般为20~45%,最好为25~45%。
上述方法中,步骤(1)中所述大孔氧化铝的孔容>0.7ml/g ,所述小孔氧化铝的孔容为 0.25~0.35 ml/g。
上述方法,步骤(2)中胶溶剂一般为有机酸和或无机酸,如硝酸等。经过充分碾压后形成可挤的糊膏状,然后挤条成型,孔板可以是圆柱、三叶草、四叶草或其它异形条,长度控制3~8mm。干燥和焙烧的条件如下:经100~130℃干燥4~14小时,在500~600℃焙烧3~10小时。
一种采用上述方法制备的本发明方法制备的载体材料中,Y型分子筛重量含量为8wt%~50wt%,无定形硅铝和/或大孔氧化铝的含量为30wt%~70wt%,该载体材料具有如下性质:比表面积为300m2/g~600m2/g,孔容为0.4cm3/g~0.8cm3/g,红外酸度为0.2~1.0mmol/g。
本发明加氢催化剂采用的加氢活性金属组分为第ⅥB族金属和第VIII族金属,其中第ⅥB族金属选自Mo和/或W;第Ⅷ族金属选自Co和/或Ni。本发明催化剂制备方法中,引入加氢活性金属组分的方法一般采用浸渍法制备。用含钼和/或钨、镍和/或钴化合物溶液浸渍载体,再进行干燥、焙烧得到本发明的加氢催化剂其中,催化剂可根据实际需要进行成型,形状可为圆柱条、三叶草等。所述载体条经100~130℃干燥12~14小时,在450~550℃焙烧5~10小时。所述的浸渍法可采用饱和浸渍或过量浸渍的方法,浸渍活性金属后,催化剂进行干燥和焙烧的条件如下:在100~130℃干燥12~14小时,在500~600℃下焙烧5~10小时。
本发明方法加氢裂化催化剂的酸性载体,即适当干基的无定形硅铝或其前驱体和/或大孔氧化铝或其前驱体以及分子筛按比例大浆混合,与常规酸性载体组分干粉之间简单的机械混合相比,不但可以使分子筛和无定形硅铝和/或大孔氧化铝均匀分散,两者在催化过程中形成良好的协调作用,对提高催化剂的使用性能具有良好的促进作用。另外,本发明方法,酸性载体前驱物可在在水洗阶段混合,滤饼不经过干燥和粉碎,直接成型,省去了干燥和粉体粉碎步骤,降低了能耗,提高了收率,从而降低了催化剂的制造成本。
本发明催化剂制备过程简单、方便,易于操作,适合工业生产。选择适宜的分子筛(比如Y分子筛)时,催化剂用于加氢裂化过程,可以获得良好的使用效果。本发明催化剂特别适于处理重质烃物料,重质烃物料的馏程范围在250~ 600℃,一般在300~550℃,具有上述特点的原料油如瓦斯油、减压馏分油、脱沥青油、催化裂化循环油、页岩油、煤焦油等。本发明催化剂在处理通常的VGO时,反应条件一般在氢气存在条件下,反应压力最好10~20MPa,氢油比500~2000,液时体积空速0.5~7.0h-1,反应温度360~390℃。
具体实施方式
本发明产品的比表面积和孔容是采用ASAP2405,低温液氮吸附法测得的。红外酸量是采用红外光谱仪测得,所使用吸附剂为吡啶。wt%为质量分数。
下面结合具体的实施例来进一步说明本发明的技术方案。但本发明的范围不只局限于这些实施例的范围。
实施例1
(1)称取干基为20%的无定形硅铝(含硅30%)450克和干基40%的改性Y分子筛(SiO2/A12O3=42(分子比),晶胞常数为2.430nm,相对结晶度为101%) 150g,加入盛有1升蒸馏水中烧杯中,搅拌打浆,形成浆液,控制浆液温度50℃,搅拌30分钟,过滤,重复水洗一次。得到Fg-1滤饼,测得滤饼干基26%。
(2)将干基为75%的小孔氧化铝80g加入碾压机内,加入10ml硝酸,碾压10分钟后,加入上述Fg-1滤饼,碾压,制成可挤条的糊膏,挤条成型。110℃干燥6小时,550℃焙烧4小时,制得载体A。再用200ml一种W-Ni共浸液过量浸渍80g载体A 2小时,110℃干燥6小时,500℃焙烧4小时,制得催化剂catA。
实施例2
(1)无定形硅铝前驱物滤饼的制备:将固体铝酸钠配制成浓度为200gAl2O3/L浓铝酸钠溶液,再稀释成浓度为20gAl2O3/L铝酸钠工作溶液,取含SiO228wt%的硅酸钠溶液,再稀释成浓度为100g SiO2/L硅酸钠工作溶液。取3L铝酸钠工作溶液置于成胶罐中,然后加入0.1L硅酸钠工作溶液,控制反应温度24℃,通入流量为6Nm3/h、浓度为50v%的CO2气体,当pH值达到10.0时停止通CO2,再加入0.2L硅酸钠工作溶液,然后通风稳定20分钟,浆液过滤,制得400g干基为21%的无定形硅铝前驱物滤饼a。
(2)改性Y分子筛水洗前滤饼的制备:取150克工业生产的NaY沸石(SiO2/A12O3=5.0(摩尔比)、晶胞常数为2.463nm、Na2O含量为9wt%),用2500ml 10%的NH4NO3水溶液在90℃温度下交换1小时,然后再用2500ml pH值为2的草酸和NH4NO3混合液进行二次交换,之后在0.098 MPa和600℃条件下进行第一次水热处理2小时,再在用浓度为10wt%的NH4NO3水溶液交换至Na2O<0.15wt%,在0.12MPa和 650℃条件下进行第二次水热处理2小时,然后用浓度为0.3 mol/L HNO3水溶液交换1小时,过滤,得到160g干基为38wt%的改性Y分子筛滤饼b。
(3)将上述滤饼a和b加入盛有1升蒸馏水玻璃杯中,搅拌打浆,形成浆液,控制浆液温度55℃,搅拌30分钟,过滤,重复水洗一次。得到Fg-2滤饼,测得滤饼干基28%。
(2)将干基为75%的小孔氧化铝110g加入碾压机内,加入13ml硝酸,碾压10分钟后,加入上述Fg-2滤饼,碾压,制成可挤条的糊膏,挤条成型。110℃干燥6小时,550℃焙烧4小时,制得载体B。再用200ml一种W-Ni共浸液过量浸渍80g载体B 2小时,110℃干燥6小时,500℃焙烧4小时,制得催化剂catB。
实施例3
称取干基为20%的无定形硅铝(含硅30%,)420克和干基45%的改性β分子筛(SiO2/A12O3=60(分子比)160g,加入盛有1升蒸馏水中烧杯中,搅拌打浆,形成浆液,控制浆液温度55℃,搅拌30分钟,过滤,重复水洗一次。得到Fg-3滤饼,测得滤饼干基28%。
(2)将干基为75%的SB氧化铝100g加入碾压机内,加入12ml硝酸,碾压10分钟后,加入上述Fg-3滤饼,碾压,制成可挤条的糊膏,挤条成型。110℃干燥6小时,550℃焙烧4小时,制得载体C。再用200ml一种Mo-Ni共浸液过量浸渍80g载体C 2小时,110℃干燥6小时,500℃焙烧4小时,制得催化剂catC。
实施例4
(1)称取干基为20%的无定形硅铝(含硅30%,)250克、干基为22%的大孔氧化铝180克和干基45%的改性Y分子筛(SiO2/A12O3=42(分子比),晶胞常数为2.430nm,相对结晶度为101%)135g,加入盛有1升蒸馏水中烧杯中,搅拌打浆,形成浆液,控制浆液温度60℃,搅拌30分钟,过滤,重复水洗一次。得到Fg-4滤饼,测得滤饼干基30%。
(2)将干基为75%的小孔氧化铝80g加入碾压机内,加入10ml硝酸,碾压10分钟后,加入上述Fg-4滤饼,碾压,制成可挤条的糊膏,挤条成型。110℃干燥6小时,550℃焙烧4小时,制得载体D。再用200ml一种W-Ni共浸液过量浸渍80g载体D 2小时,110℃干燥6小时,500℃焙烧4小时,制得催化剂catD。
实施例5
(1)称取干基为20%的无定形硅铝(含硅30%,)250克、干基为22%的大孔氧化铝180克和干基45%的改性Y分子筛(SiO2/A12O3=42(分子比),晶胞常数为2.430nm,相对结晶度为101%)135g,加入1升蒸馏水中,搅拌打浆,形成浆液,加入聚乙二醇甲醚,使其在浆液中的质量分数为3wt%,控制浆液温度60℃,搅拌30分钟,过滤,重复水洗一次。得到Fg-5滤饼,测得滤饼干基30%。
(2)将干基为75%的小孔氧化铝80g加入碾压机内,加入10ml硝酸,碾压10分钟后,加入上述Fg-5滤饼,碾压,制成可挤条的糊膏,挤条成型。110℃干燥6小时,550℃焙烧4小时,制得载体E。再用200ml一种W-Ni共浸液过量浸渍80g载体E 2小时,110℃干燥6小时,500℃焙烧4小时,制得催化剂catE。
比较例1
(1)称取干基为75%的无定形硅铝(含硅30%,)120克、干基80%的改性Y分子筛(SiO2/A12O3=42(分子比),晶胞常数为2.430nm,相对结晶度为101%)75g和干基为75%的小孔氧化铝80g。将SB氧化铝加入碾压机内,加入10ml硝酸,碾压10分钟后,加入无定形硅铝和改性Y分子筛,碾压,制成可挤条的糊膏,挤条成型。110℃干燥6小时,550℃焙烧4小时,制得载体CA。再用200ml一种W-Ni共浸液过量浸渍80g载体CA 2小时,110℃干燥6小时,500℃焙烧4小时,制得催化剂才CcatA。
比较例2
(1)称取干基为75%的无定形硅铝(含硅30%,)110克、干基80%的改性β分子筛(SiO2/A12O3=60(分子比)90g和干基为75%的小孔氧化铝100g。将SB氧化铝加入碾压机内,加入12ml硝酸,碾压10分钟后,加入无定形硅铝和改性β分子筛,碾压,制成可挤条的糊膏,挤条成型。110℃干燥6小时,550℃焙烧4小时,制得载体CB。再用200ml一种Mo-Ni共浸液过量浸渍80g载体CB 2小时,110℃干燥6小时,500℃焙烧4小时,制得催化剂CcatB。
比较例3
(1)称取干基为75%的无定形硅铝(含硅30%,)67克、干基为75%的大孔氧化铝53克和干基80%的改性Y分子筛(SiO2/A12O3=42(分子比),晶胞常数为2.430nm,相对结晶度为101%,)75g,将小孔氧化铝加入碾压机内,加入10ml硝酸,碾压10分钟后,加入无定形硅铝和改性Y分子筛,碾压,制成可挤条的糊膏,挤条成型。110℃干燥6小时,550℃焙烧4小时,制得载体CC。再用200ml一种W-Ni共浸液过量浸渍80g载体CC 2小时,110℃干燥6小时,500℃焙烧4小时,制得催化剂才CcatC。
表1列出了本发明实施例1-5和比较例1-3制得载体材料的物化性质。表2列出了本发明实施例1-5和比较例1-3制得催化剂的物化性。
表1 载体材料的物化性质
Figure 600155DEST_PATH_IMAGE002
表2 催化剂的物化性质
Figure 579612DEST_PATH_IMAGE004
从和表2可以看出,本发明方法制备催化剂的孔容和比表面积较高,较大的孔容可以避免了反应的过度裂解,提高了催化剂的中油选择性;较大比表面承载金属,使加氢金属具有较高的分散性,同时酸量增加,可以使催化剂的活性得以提高,产品质量更好。
将上述本发明催化剂catA、catB、catC、catD和catE及比较例催化剂CcatA、CcatB和CcatB进行活性评价试验。试验是在200ml小型加氢装置上进行的,采用一段串联工艺流程,所用原料油性质见表3。操作条件如下:氢分压14.7MPa,氢油体积比1500:1,空速1.5h-1,控制裂化段氮含量5~10µg/g。催化剂活性试验结果见表4。
表3原料油性质
Figure 359350DEST_PATH_IMAGE006
表4 催化剂活性评价结果给出差别
催化剂编号 catA catB catC catD catE CcatA CcatB CatC
反应温度,℃ 364 363 368 366 363 368 372 369
<370℃转化率,wt% 64.8 64.9 65.0 64.8 64.7 65.0 64.9 65.1
中油选择性,%(132~370℃) 87.3 87.4 86.9 86.4 87.8 85.6 85.0 84.7
主要产品性质
喷气燃料(132~282℃)
冰点,℃ <-60 <-60 <-60 <-60 <-60 <-60 <-60 <-60
芳烃,wt% 3.6 3.5 4.2 3.8 3.1 5.0 4.0 4.2
烟点,mm 27 27 26 27 28 25 26 25
柴油(282~370℃)
十六烷值 63 64 65 62 67 60 60 59
凝点,℃ -6 -6 -15 -4 -7 -3 -10 0
由表4催化剂的评价结果可看出,本发明载体所制备的催化剂在较高活性的基础上,具有很好的选择性,产品性质更好。

Claims (15)

1.一种加氢裂化催化剂的制备方法,其特征在于:包括如下内容:
(1)将无定形硅铝或其前驱物、大孔氧化铝或其前驱物中的至少一种和分子筛混合、打浆、过滤,所述无定形硅铝或其前驱物、大孔氧化铝或其前驱物的干基为15~30%,所述分子筛的干基为35~50%,所述干基为烘干后物料质量/湿物料质量×100%;
(2)将小孔氧化铝加入碾压机内,加入适量胶溶剂,碾压后加入步骤(1)过滤直接所得物料,继续碾压,挤条成型、干燥、焙烧制得加氢裂化催化剂载体;
(3)采用浸渍法在步骤(2)制得的加氢裂化催化剂载体上采用浸渍法引入加氢活性金属组分,得到加氢裂化催化剂;
其中,步骤(l)中所述的无定形硅铝前驱物、大孔氧化铝前驱物为制备无定形硅铝或大孔氧化铝的过程中,成胶后过滤所得产物。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(1)中所述无定形硅铝或其前驱物、大孔氧化铝或其前驱物的干基为15~25%,所述分子筛的干基为35~50%。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所得产物先进行水洗或者同分子筛打浆后进行水洗。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:成胶过程为酸性物料和碱性物料的中和反应过程,采用两种物料并流成胶操作方式或一种物料放置在成胶罐中另一种物料连续加入成胶的操作方式。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(l)中所述的分子筛为已知的任何一种可用于加氢裂化的分子筛或者为其对应的改性分子筛的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(l)中所述分子筛为Y型分子筛、β分子筛、ZSM系列分子筛、SAPO系列分子筛中一种或几种。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(l)中所述分子筛的加入量占混合物料总量的10~60wt%;所述混合物料总量为无定形硅铝或其前驱物、大孔氧化铝或其前驱物中的至少一种和分子筛重量之和。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(l)中打浆的同时高速搅拌处理,搅拌转速为500~1500转/min,打浆时间为0.5~1h,浆液固含量为10~20%,浆液体系温度为30~80℃。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(1)浆液中含有聚乙二醇甲醚,聚乙二醇甲醚在浆液中的含量为2~8wt%。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:步骤(1)浆液中含有聚乙二醇甲醚,聚乙二醇甲醚在浆液中的含量为3-5wt %。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(1)中打浆后进行水洗处理,水洗时间为0.5~2h,水洗处理后将浆液过滤,水洗过程重复2~3次,滤饼的干基为20~45%。
12.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(1)中所述大孔氧化铝的孔容>0.7ml/g ,所述小孔氧化铝的孔容为 0.25~0.35 ml/g。
13.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(2)中胶溶剂为有机酸和/或无机酸,经过充分碾压后形成可挤的糊膏状,然后挤条成型,孔板为圆柱、三叶草或四叶草,长度控制3~8mm,干燥和焙烧的条件如下:经100~130℃干燥4~14小时,在500~600℃焙烧3~10小时。
14.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(3)中加氢活性金属组分为第ⅥB族金属和第VIII族金属,其中第ⅥB族金属选自Mo和/或W;第Ⅷ族金属选自Co和/或Ni。
15.一种采用权利要求1至14任一方法制备的加氢裂化催化剂,其特征在于:所述载体中,所含分子筛为Y型分子筛,所述Y型分子筛重量含量为8wt%~50wt%,无定形硅铝和/或大孔氧化铝的含量为30wt%~70wt%,比表面积为300m2/g~600m2/g,孔容为0.4cm3/g~0.8cm3/g,红外酸度为0.2~1.0mmol/g。
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