背景技术
加氢催化剂有活性的是有效金属组分W,Mo,Ni,Co的硫化物,只有硫化物状态时才具有较高的加氢活性和稳定性、选择性。催化剂的预硫化过程就是恢复其活性的过程,由于硫化态的催化剂容易与O2发生氧化反应,所以新鲜的加氢催化剂都是以氧化态形式进行运输、储存。加氢催化剂在刚刚装填到反应器内也是以氧化化态存在的,故加氢催化剂在使用前必须进行预硫化,以恢复其活性。
近年来,镍系催化剂无论是在制备方法还是在应用领域,都取得了巨大的发展。镍应用于烯烃,炔烃,苯,硝基化合物,含羰基的化合物的催化加氢。按照催化剂的改性方法,将镍催化剂分为骨架镍催化剂、负载型催化剂以及其它类型镍催化剂。相对于贵金属催化剂,镍也具有优良的芳烃加氢性能,且廉价易得,但如何提高其抗硫能力,对工业也有重大意义。
专利CN201210322247.6涉及一种裂解汽油选择性加氢方法,采用固定床反应器;镍基加氢催化剂,其特征在于,加氢工艺条件为:液体体积空速1.0~4.0h-1,反应器入口温度30~130℃,反应压力≥2.4MPa,氢油体积比100~500:1。所用催化剂以氧化铝为载体,以催化剂重量为100%计,含氧化镍14~19%,氧化锡2~5%,碱金属氧化锂和/或氧化钾0.1~8%,氧化铜和/或氧化锌0.5~8%,氧化钼和/或氧化钨0.3~8%,氧化硅和/或氧化磷0~8%。该工艺适用于裂解汽油中双烯烃的选择性加氢,加氢产品可作为优良的汽油调和组分或进一步加氢生产芳烃的原料。
专利CN201110267118.7涉及一种石油烃类裂解碳四、碳五馏分的饱和加氢方法,所用催化剂为镍基加氢催化剂,其特征在于加氢工艺条件为:反应器入口温度30~50℃,反应压力1.0~4.0MPa,液体体积空速1.0~5.0h-1,氢油体积比为100~400;镍基加氢催化剂采用在载体上负载活性组分及助剂组分制得,包括主活性组分Ni、助活性组分Mg、Mo、Sn、X1和载体X2。该催化剂具有较高的加氢活性,可以在较低温度下进行加氢反应,并且具有良好的热稳定性以及抗水、抗结焦的特点。本发明的加氢方法可以得到特别优异的加氢效果,特别适用于石油烃类裂解碳四、碳五馏分的饱和加氢。
以上专利所述镍基催化剂进行的主要反应为针对不饱和烃的加氢,且耐硫性能有限。在传统的加氢精制反应中还存在大量的脱除杂质硫、氮等的反应,一般认为,还原态的金属镍会使加氢催化剂的裂解性能增加,生成更多的甲烷等气态产物,因此如何利用好还原态金属镍的加氢能力,提高加氢处理催化剂的反应性能,是催化剂使用过程中需要解决的难题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明提供一种加氢处理催化剂开工方法,通过控制催化剂中Ni的还原程度来提高催化剂的加氢性能。
本发明加氢处理催化剂的开工方法,包括如下内容:所述加氢处理催化剂在预硫化之前,对加氢处理催化剂进行还原处理,所述加氢处理催化剂以氧化物的重量计含有ⅥB族金属氧化物为9%~50%,氧化镍含量为1%~15%,所述还原温度为150~400℃,优选200~300℃,还原时间为0.1~10小时,优选为1~5小时,还原至镍的还原度在3%~~30%之间(即零价态的镍占镍元素总量的分数),优选为5%~10%。
本发明加氢处理催化剂的开工方法,具体包括如下步骤:
(1)将加氢处理催化剂在常温常压下装入反应器中,通入氮气置换反应系统中的空气,进行氮气气密,然后引入氢气置换氮气,进行气密;
(2)气密合格后,保持一定的反应压力,在氢气气氛条件下或氢气与惰性气体混合气氛下,控制一定的升温速度,使终点温度达到150~400℃,并可保持一定时间,对催化剂进行还原;
(3)将温度降至150℃以下,进行硫化过程操作,获得硫化态的加氢处理催化剂。
所述的加氢处理催化剂载体为多孔耐熔氧化物,如氧化铝、二氧化硅、二氧化硅-氧化铝、二氧化硅-氧化铝分散于其中的氧化铝、二氧化硅涂饰的氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化硼、二氧化钛、分子筛等中的一种或几种。根据催化剂的使用要求,可以添加适宜助剂,助剂如氟、磷、锌、铜等一种或几种。
上述方法中,所述硫化过程分为干法硫化和湿法硫化两种,可根据不同的工艺流程需要选用不同的硫化方法。常用的硫化剂为反应后能生成硫化氢的化学药剂,如二硫化碳、二甲二硫化物、SulfrZol® 54、丁硫醇、DMSO等。
干法硫化,硫化过程中不需要引入低氮油,硫化剂除上述所说的化学药剂外,还可以选用能被新氢压缩机压缩的硫化氢气体。在干法硫化过程中,经过两段恒温过程,根据催化剂性质的不同,恒温时间与恒温温度有所不同。第一段恒温时,温度控制在200℃~260℃,恒温时间控制在2小时~24小时,第二段恒温时,温度控制在340℃~400℃,恒温时间控制在2小时~24小时。
湿法硫化过程中,经过三段恒温过程,根据催化剂性质的不同,恒温时间与恒温温度有所不同。第一段恒温时,温度控制在190℃~250℃,恒温时间控制在2小时~24小时,第二段恒温时,温度控制在270℃~310℃,恒温时间控制在1小时~12小时,第三段恒温时,温度控制在320℃~380℃,恒温时间控制在2小时~24小时。
通过本发明的处理方法,含Ni的加氢处理催化剂中的Ni部分还原,与Ni-Mo-S类活性相协调作用,充分提高催化剂的加氢性能,避免副反应的发生,提高催化剂的反应活性。
在硫化态催化剂的使用过程中,也会有一些意外情况造成催化剂的还原,如装置停进含硫原料,在高温条件下,Ni-Mo-S(Ni-W-S)类活性相也会有氢还原反应发生,Ni-Mo-S(Ni-W-S)活性相遭到破坏,形成Ni单质及MoS2,这与本发明所产生的活性相结构不同,本发明是Ni与Ni-Mo-S(Ni-W-S)类活性相的协调作用,Ni-Mo-S(Ni-W-S)类活性相结构的活性要远高于MoS2的反应活性,因此当Ni-Mo-S(Ni-W-S)类活性相结构形成后,再还原形成单质Ni对催化剂反应活性的提高不明显。
具体实施方式
本发明主要是提供一种技术手段,对加氢催化剂进行适度还原,使部分Ni以0价态存在,发挥其解离氢气的能力,提高催化剂的加氢活性。
在步骤(2)中,通过控制氢气的浓度、压力,升温速度,以及终点温度来调控Ni的还原程度,然后通过步骤(3)的硫化后,得到高性能的加氢处理催化剂。
还原过程中,氢气的浓度为3%~100%,氢分压为0.1MPa~20.0MPa,优选还原过程中氢气的浓度为25%~70%,氢分压为2MPa~10.0Mpa,升温速度为1℃/h ~30℃/h。为简化操作,一般的气氛为纯氢条件。还原过程中,达到最高温度的恒温时间为0.1~10小时,优化为1~5小时。
镍的还原度一般要求在3%~~30%之间(即零价态的镍占镍元素总量的分数),优化为5%~10%。在具体操作过程中,镍的还原度与催化剂的类型有关,而且各种还原条件相互制约,也会影响到镍的还原程度。总的原则是:氢气浓度越大、氢分压越高,还原的终点温度越低,恒温时间越短;升温速率越快,还原终点温度越高,恒温时间越长。
以第一段恒温温度230℃,第二段恒温温度370℃,介绍具体干法硫化过程为:
(1)催化剂通过一定流量的循环氢进行加热,当反应器入口温度达到175~190℃,所有床层温度达到160~190℃时,方可引入二硫化碳进行硫化。
(2)引入硫化剂后,按2~4℃/h的速度提升反应器入口的温度,必须注意在反应器出口未检测出硫化氢之前,不允许反应器床层中任何一点温度超过230℃。否则,就应保持精制反应器入口温度,降低二硫化碳的加入量,直至温度被控制为止。
(3)H2S穿透反应器后,调节二硫化碳的加入量,使反应器出口循环气中的H2S含量为0.1%(v)~0.5%(v),继续提升反应器入口温度至230℃,并在230℃恒温8h。
(4)230℃恒温硫化结束后,开始以3~5℃/h的速度将反应器入口温度提升到290℃,并将H2S含量提高到0.5%(v)~1.0%(v),若反应器流出物的H2S含量低于0.5%(v),则停止升温。
(5)当反应器入口温度达到290℃时,开始以不超过5~7℃/h的速度升温,把反应器入口温度平稳地升到370℃。在向370℃升温的同时,应继续注二硫化碳,保持反应器流出物的H2S含量不低于0.5%(v),若H2S含量低于0.5%(v),就停止升温,达到要求后再进行升温。
(6)当反应器入口温度为370℃,将循环氢的H2S浓度增加到1.0%(v)~2.0%(v),保持反应器入口温度在370℃时间8h,当反应器入口和出口的H2S浓度相同,硫化过程即结束。进行降温操作,准备换进原料油。
以第一段恒温温度230℃,第二段恒温温度290℃,第三段恒温340℃,介绍湿法硫化的具体过程:
(1) 将精制反应器入口温度控制在160℃。
(2) 向反应系统引进低氮油,起始进油量为30%设计负荷,待吸附放热温波通过催化剂床层后,再将进油量提至80%设计负荷,建立低氮油循环。
(3) 以≯20℃/h的速度平稳提升精制反应器入口温度至170℃,然后向反应系统注硫化剂。硫化剂加入量要根据有关工艺条件如操作压力、循环氢流率、反应温度等来确定。
(4) 开始向反应系统注硫化剂后,即可以≯10℃/h的速度平稳提升精制反应器入口温度至230℃,恒温硫化8h。恒温期间,循环氢中硫化氢浓度应维持在0.1~0.5v%。
(5) 230℃恒温硫化结束后,调整硫化剂的注入速率,使循环氢中硫化氢浓度达到0.5~1.0v%。而后,以≯8℃/h的速度平稳提升精制反应器入口温度至290℃,恒温4h。在提温过程中,若硫化氢浓度<0.5v%,则停止升温,提高硫化剂的注入速率,直到硫化氢浓度达到要求。
(6) 290℃恒温结束后,以≯5℃/h的速度将精制反应器入口温度平稳提升至340℃。同时调整硫化剂的注入速率,使循环氢中硫化氢浓度达到1.0~1.5v%,恒温8h。
采用专利CN200810010260.1实施例1的方法分别制备Mo、Ni催化剂C1和W、Ni催化剂C2。以专利CN200710010896.1实施例1的方法制备含Mo、Ni的催化剂C3。催化剂特点见表1
表1 制备的含Ni催化剂主要性质
下面通过实施例进一步描述本发明的详细过程,但不应认为本发明仅局限于此实施例中。
实施例1
本实施例介绍用C1, 在装置气密后,引入氢气,保持氢分压8.0MPa,并直接以10℃/h升温至300℃,维持恒温时间2小时。然后以30℃/h的降温速度,降温至150℃。等待进硫化油开工。
采用催化剂C2,在装置气密后,引入氢氮混合气,总压为14.0MPa,保持氢分压4.0MPa,并直接以20℃/h升温至350℃,维持恒温时间1小时。然后以30℃/h的降温速度,降温至150℃。等待进硫化油开工。
采用催化剂C3,在装置气密后,引入氢氮混合气,总压为14.0MPa,保持氢分压1.0MPa,并直接以5℃/h升温至250℃,维持恒温时间1小时。然后以30℃/h的降温速度,降温至150℃。等待进硫化油开工。
表2 含Ni催化剂还原度
实施例2
本实施例为对按本发明方法处理后的催化剂C1、C2、C3进行开工硫化。硫化后的催化剂分别命名为AC1、AC2和AC3。
采用湿法硫化过程进行预硫化,将氢气压力定为10.0MPa进油空速为1.0h-1,氢油体积比为1000:1。
(1) 将精制反应器入口温度控制在150℃。
(2) 向反应系统引进低氮油,起始进油量为30%设计负荷,待吸附放热温波通过催化剂床层后,再将进油量提至80%设计负荷,建立低氮油循环。
(3) 以20℃/h的速度平稳提升精制反应器入口温度至170℃,然后向反应系统注硫化剂。硫化剂加入量要根据有关工艺条件如操作压力、循环氢流率、反应温度等来确定。
(4) 开始向反应系统注硫化剂后,即可以10℃/h的速度平稳提升精制反应器入口温度至230℃,恒温硫化8h。恒温期间,循环氢中硫化氢浓度应维持在0.1~0.5v%。
(5) 230℃恒温硫化结束后,调整硫化剂的注入速率,使循环氢中硫化氢浓度达到0.5~1.0v%。而后,以8℃/h的速度平稳提升精制反应器入口温度至290℃,恒温4h。在提温过程中,若硫化氢浓度<0.5v%,则停止升温,提高硫化剂的注入速率,直到硫化氢浓度达到要求。
(6) 290℃恒温结束后,以5℃/h的速度将精制反应器入口温度平稳提升至340℃。同时调整硫化剂的注入速率,使循环氢中硫化氢浓度达到1.0~1.5v%,恒温8h。
(7)340℃恒温硫化结束后,换进原料油,调整反应参数,以15℃/h的升温速度升高床层温度至380℃。
表3 开工油主要性质
对比例1
本实施例为按传统的开工硫化方法对C1、C2、C3进行硫化。硫化后的催化剂分别命名为DC1、DC2和DC3。
装置气密合格后,按照实施例2的方法进行开工硫化。
对比例2
本实施例为按传统的开工硫化方法对C1进行硫化,然后对硫化后的催化剂进行还原,所得的催化剂命名为DC4。具体方法如下:
装置气密合格后,按照实施例2的方法进行开工硫化,340℃恒温硫化结束后,停进硫化油,其它反应条件不变,维持2小时的时间(催化剂还原度;Ni0/Ni为0.20),然后换进原料油,以15℃/h的升温速度升高床层温度至380℃。
实施例3
本实施例为催化剂的活性评价实验。
催化剂活性评价实验在50ml小型加氢装置上进行,活性评价前对催化剂按实施2的方法进行预硫化。催化剂评价条件为在反应氢压9.0MPa,体积空速1.0 h-1,氢油比700:1,反应温度为380℃。活性评价实验用原料油性质见表4。
活性评价结果见表5。由表中数据可见,采用本发明的开工方法,催化剂的活性有明显的提高。
表4 原料油性质
表5 催化剂初期活性评价结果
催化剂 |
AC1 |
AC2 |
AC3 |
DC1 |
DC2 |
DC3 |
DC4 |
相对脱氮活性,% |
126 |
128 |
139 |
100 |
102 |
110 |
101 |
相对脱硫活性,% |
132 |
130 |
135 |
103 |
100 |
109 |
105 |