CN112619677B - 润滑油加氢补充精制催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种润滑油加氢补充精制催化剂的制备方法,包括如下步骤:提供包含氧化铝的含孔的催化剂载体;配制助剂溶液并对所述催化剂载体进行浸渍、干燥,得载体A;配制催化剂组成所需的Mo‑Ni‑P溶液和W‑Ni溶液;将油相、表面活性剂和助表面活性剂加入到所述Mo‑Ni‑P溶液或W‑Ni溶液中,搅拌,混合均匀,得油包水型微乳液;用所述微乳液浸渍所述载体A,经干燥、焙烧,得催化剂半成品;用所述W‑Ni溶液或Mo‑Ni‑P溶液浸渍所述催化剂半成品,经干燥、焙烧,得所述润滑油加氢补充精制催化剂。该方法在提高催化剂脱硫脱氮性能的同时提高烯烃和芳烃加氢饱和能力。本发明还公开了该方法制备得到的催化剂及其应用。

Description

润滑油加氢补充精制催化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及炼油技术领域。更具体地,涉及一种润滑油加氢补充精制催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
环烷基原油具有密度大、粘度高、蜡含量少、芳烃和环烷烃含量高、凝点低等特点,常用做生产低凝润滑油基础油,如变压器油、冷冻机油、橡胶填充油等。传统的润滑油基础油生产采用溶剂工艺,主要包括溶剂精制去除芳烃等非理想组分和溶剂脱蜡,以保证基础油的低温流动性能。目前,加氢法生产润滑油技术发展十分迅速,加氢法是采用加氢处理或加氢裂化-加氢降凝或异构脱蜡-加氢精制联合工艺来生产润滑油基础油的工艺方法。加氢法由于具有产品质量高、无环保问题、基础油收率高等优点,逐渐代替传统的溶剂法工艺。
在加氢精制催化剂中,不同金属组分组合对活性影响很大,其中,加氢脱硫反应的活性顺序为:Mo-Co>Mo-Ni>W-Ni>W-Co;加氢脱芳反应的活性顺序为:W-Ni>Mo-Ni>Mo-Co>W-Co,即,Mo-Ni系活性金属的催化剂有利于硫、氮杂质的脱除,但芳烃饱和能力略差;W-Ni系活性金属的催化剂具有较强的芳烃饱和能力,但脱除硫、氮杂质较差。为此,脱除馏分油中的硫、氮、氧等杂质,并使烯烃、芳烃选择加氢饱和,往往使用W-Mo-Ni为活性组分的催化剂。常规W-Mo-Ni催化剂制备方法有两种,其一:直接配制W-Mo-Ni溶液,在浸渍载体制备催化剂,其缺点是溶液制备过程限制了金属W和Mo的含量,催化剂的脱硫、脱氮性能低于Mo-Ni系催化剂,而其烯烃、芳烃加氢饱和能力也低于W-Ni系催化剂,影响其加强脱杂质和加氢饱和性能;其二:分别配制W-Ni和Mo-Ni活性金属溶液,分两次浸渍到载体上制备催化剂,其缺点是两次浸渍造成部分活性金属被覆盖,降低了活性金属利用率,也减弱了催化剂的加氢活性。
发明内容
针对现有技术中的不足,本发明的一个目的在于提供一种润滑油加氢补充精制催化剂的制备方法,该方法制备出高活性金属利用率的W-Mo-Ni催化剂,在提高脱硫脱氮性能的同时提高烯烃和芳烃加氢饱和能力。
本发明的第二个目的在于提供一种润滑油加氢补充精制催化剂。
本发明的第三个目的在于提供一种润滑油加氢补充精制催化剂的应用。
为达到上述第一个目的,本发明采用下述技术方案:
一种润滑油加氢补充精制催化剂的制备方法,包括如下步骤:
1)提供包含氧化铝的含孔的催化剂载体;
2)配制助剂溶液并对所述催化剂载体进行浸渍、干燥,得载体A;
3)配制催化剂组成所需的Mo-Ni-P溶液和W-Ni溶液;
4)将油相、表面活性剂和助表面活性剂加入到所述Mo-Ni-P溶液或W-Ni溶液中,搅拌,混合均匀,得油包水型微乳液;
5)用所述微乳液浸渍所述载体A,经干燥、焙烧,得催化剂半成品;
6)用配制得到的所述W-Ni溶液或Mo-Ni-P溶液浸渍所述催化剂半成品,经干燥、焙烧,得所述润滑油加氢补充精制催化剂。
可选地,步骤1)中,所述包含氧化铝的含孔的催化剂载体的制备包括如下步骤:将拟薄水铝石、胶溶剂、助挤剂和水混合碾压后挤条成型,再经干燥、焙烧制成所述催化剂载体。
所述拟薄水铝石为目前工业普遍使用的硫酸铝法、碳化法和氯化铝法生产的拟薄水铝石所述拟薄水铝石。可选地,所述拟薄水铝石的孔容>0.95mL/g,比表面积为280~330m2/g。
可选地,所述胶溶剂为硝酸、醋酸、柠檬酸中的一种或几种,优选为硝酸。
可选地,所述助挤剂为田菁粉、淀粉、甲基纤维素中的一种或几种,优选田菁粉。
可选地,所述拟薄水铝石、胶溶剂、助挤剂和水的比例为1:(0.01~0.06):(0.01~0.04):(1.0~1.5)。
可选地,步骤1)中,所述干燥温度为120~150℃,干燥时间为6~10小时。
可选地,步骤1)中,所述焙烧温度为550~800℃,焙烧时间2~6小时。
可选地,步骤1)中,所述催化剂载体为圆柱形、三叶草形、四叶草形,优选三叶草形,载体性质为孔容>0.70mL/g,比表面积180~250m2/g,吸水量>0.85mL/g。
可选地,步骤2)中,所述助剂溶液为能够捕捉浸渍溶液(油包水型微乳液)的金属溶液。
可选地,步骤2)中,所述助剂溶液为硝酸钙、硝酸锶和硝酸钡溶液中的一种或几种,优选硝酸钙。
可选地,步骤2)中,所述助剂溶液中,以所述助剂溶液中金属氧化物计,浓度为0.015~0.035g/mL。
可选地,步骤2)中,以所述助剂溶液中金属氧化物计,所述载体A中,助剂的质量含量为1~3%。
可选地,步骤2)中,所述干燥的温度为120~150℃,干燥的时间为6~10小时。
可选地,步骤3)中,所述Mo-Ni-P溶液中,按金属氧化物计,MoO3、NiO和P在催化剂中所占质量比分别比为20~25%、3.0~5.0%、2~2.5%。
可选地,步骤3)中,所述Mo-Ni-P溶液中,按金属氧化物浓度计,包含MoO3 0.313~0.476g/mL,NiO 0.0471~0.095g/mL,P 0.0314~0.0476g/mL。
可选地,步骤3)中,所述W-Ni溶液中,按金属氧化物计,WO3和NiO在催化剂中所占质量比分别比为28~32%、4.0~6.0%。
可选地,步骤3)中,所述W-Ni溶液中,按金属氧化物浓度计,包含WO3 0.484~0.607g/mL,NiO 0.069~0.114g/mL。
步骤3)中,配制催化剂组成所需的Mo-Ni-P溶液或W-Ni溶液,为根据Mo-Ni系催化剂或W-Ni系催化剂的金属含量,再结合载体的吸水量而定,其中,Mo-Ni-P系催化剂在催化剂中所占的体积比为30~70%,W-Ni系催化剂在催化剂中所占的体积比为30~70%。所述Mo-Ni-P溶液或W-Ni溶液的配制方法为本领域人员常规的配制方法。
可选地,步骤4)中,所述油相选自C4~C10的环烷烃、直链烷烃、支链烷烃中的一种或几种的混合物。
可选地,步骤4)中,所述油相包括但不限于选自正已烷、环已烷,正庚烷,异辛烷等。
可选地,步骤4)中,所述表面活性剂为非离子表面活性剂。
可选地,步骤4)中,所述表面活性剂包括但不限于选自乙二醇辛基苯基醚、十六烷基甲基溴化铵、Span-80、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙二醇辛基苯基醚等。
可选地,步骤4)中,所述助表面活性剂为C4~C6的醇类。
可选地,步骤4)中,所述助表面活性剂包括但不限于选自正丁醇。正戊醇。
可选地,所述微乳液粒径<6nm,所述微乳液为均相油包水型微乳液。
可选地,步骤4)中,所述表面活性剂、助表面活性剂和油相重量比为1:0.5~5:1~6。
可选地,所述表面活性剂与所述Mo-Ni-P溶液或W-Ni溶液体积比为1:4~1:8。
可选地,步骤5)中,所述浸渍为饱和浸渍。
可选地,步骤5)中,所述干燥的温度为120~150℃,干燥的时间为6~10小时。
可选地,步骤5)中,所述焙烧的温度为400~550℃,焙烧的时间为2~6小时。
步骤5)中,用所述微乳液浸渍所述载体A为根据催化剂中Mo-Ni-P系催化剂和W-Ni系催化剂所占的体积比量取浸渍溶液体积,再将油相、表面活性剂和助表面活性剂加入到浸渍溶液中制成微乳液,并使微乳液的体积等于浸渍载体所需吸水量的体积,再对载体进行饱和浸渍。
可选地,步骤5)中,所述半成品催化剂的性质为孔容>0.55mL/g,比表面积为160~230m2/g,吸水量>0.65mL/g。
可选地,步骤6)中,所述浸渍为不饱和浸渍。即根据催化剂中W-Ni系催化剂和Mo-Ni-P系催化剂所占的体积比取半成品吸水量的2/3~3/4倍的浸渍溶液对半成品进行浸渍。
可选地,步骤6)中,所述干燥的温度为120~150℃,干燥的时间为6~10小时。
可选地,步骤6)中,所述焙烧的温度为400~550℃,焙烧的时间为2~6小时。
此外,需要说明的是,当步骤4)中将油相、表面活性剂和助表面活性剂加入到所述Mo-Ni-P溶液中时,相应的步骤6)中是用配制得到的所述W-Ni溶液浸渍所述催化剂半成品;当步骤4)中将油相、表面活性剂和助表面活性剂加入到所述W-Ni溶液中时,相应的步骤6)中是用配制得到的所述Mo-Ni-P溶液浸渍所述催化剂半成品
为达到上述第二个目的,本发明还保护上述第一个目的制备方法制备得到的润滑油加氢补充精制催化剂。
所述催化剂的性质为:孔容>0.35mL/g,比表面积150~200m2/g。Mo-Ni-P系催化剂在催化剂中所占的体积比为30~70%;Mo-Ni系催化剂组成为MoO3 20~25wt%,NiO 3.0~5.0wt%,P 2~2.5wt%;W-Ni系催化剂在催化剂中所占的体积比为30~70%;W-Ni系催化剂组成为WO328~32wt%,NiO 4.0~6.0wt%。
为达到上述第三个目的,本发明还保护上述第一个目的制备方法制备得到的润滑油加氢补充精制催化剂在催化原料油制备得到润滑油中的应用。
可选地,所述原料油选自加氢改质柴油馏分、润滑油馏分。
此外,如无特殊说明,本发明中,所述的比表面积、孔容、孔径和孔分布是采用低温液氮吸附法测得的。
本发明的有益效果如下:
本发明提供的制备方法中,先采用特定组成的油包水型微乳液饱和浸渍载体A,微乳液浸渍液进入载体A孔道后,由于环境的变化,微乳液的油层破损收缩,金属溶液被裸露的氧化铝吸附,而四周的油相则围住金属溶液使其难以扩散,随着油层的不断破损收缩,不同液层的金属溶液将汇聚在一起,形成一个单独的催化剂体系,经干燥、焙烧后,有机溶液被烧掉,有机物位置留下凹坑,为第二次浸渍溶液留下一定的空间;进一步地,第二次浸渍半成品催化剂采用不饱和方式浸渍,由于有机物位置留下凹坑中存在经过焙烧后形成的裸露氧化铝的羟基(当包含助剂时,还有裸露的助剂氧化物)对酸性的浸渍溶液Mo-Ni-P溶液或W-Ni溶液有较强的吸附能力,因竞争吸附的原因,浸渍溶液则汇聚在凹坑处,形成另一个单独的催化剂体系;从而,通过该制备方法使得一种催化剂上同时独立存在Mo-Ni催化剂体系和W-Ni催化剂体系,与目前的W-Mo-Ni催化剂体系相比,即增加了催化剂的脱硫、脱氮活性,也提高了催化剂的烯烃、芳烃加氢饱和性能。
此外,该制备方法操作简单,灵活,可根据原料中硫、氮和芳烃含量的不同以及对目的产品要求的不同调整两催化剂体系的比例。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
分别称取硫酸铝法生产的孔容1.095mL/g,比表面积328m2/g的拟薄水铝石500g(干基71%)、硝酸18.4g(65%)、田菁粉10g和去离子水694g加入碾压机中碾压混合,挤条成型后在120℃下干燥10小时,再经750℃下焙烧3小时得到三叶草形催化剂载体,待用。载体性质为孔容0.757mL/g,比表面积235m2/g吸水量0.90mL/g。
配制含氧化钙0.02g/mL的硝酸钙溶液90mL,称取上述载体100g并对其浸渍,在140℃下干燥8小时,干燥后含钙载体吸水率为88mL/g。
催化剂组成为MoO3 22%,NiO 3.5%,P 2.0%,结合含钙载体吸水量配制Mo-Ni-P溶液待用,其中MoO3浓度为0.344g/mL,NiO浓度为0.055g/mL,P浓度为0.031g/mL;
预制备催化剂Mo-Ni系催化剂在催化剂中所占的体积比为40%。量取上述溶液35.2mL,启动搅拌后分别加入异辛烷26.5g(密度0.6919)、聚氧乙二醇辛基苯基醚5.0g(密度1.06),正戊醇8.0g(密度0.82),混合均匀后继续充分搅拌50min得到粒径<6nm的油包水型微乳液88mL;
称取上述含钙载体100g,用88mL微乳液浸渍该载体,在120℃下干燥8小时,再经450℃下焙烧3小时,得到催化剂半成品。其性质为:孔容0.655mL/g,吸水量0.67mL/g。
催化剂组成为WO3 32%,NiO 5.5%,结合载体吸水率配制W-Ni溶液待用,其中,WO3浓度为0.582g/mL,NiO浓度为0.10g/mL;
预制备催化剂W-Ni系催化剂在催化剂中所占的体积比为60%。量取W-Ni溶液52.8mL浸渍上述催化剂半成品,经120℃干燥10小时,再在500℃下焙烧3小时,得到本发明催化剂。催化剂性质见表1,催化剂评价结果见表4。
实施例2
制备过程如实施例1,只是将硫酸铝法生产的拟薄水铝石改为孔容1.061mL/g,比表面积320m2/g的碳化法生产的拟薄水铝石,硝酸加入量改为19.1g(65%),去离子水加入量改为712g,得到本发明催化剂AC,催化剂性质见表1,催化剂评价结果见表4。
实施例3
制备过程如实施例1,只是将异辛烷改为加入环已烷27.3g(密度0.78),将聚氧乙二醇辛基苯基醚改为加入脂肪醇聚氧乙烯醚6.0g(密度1.1),正戊醇改为加入正丁醇10.0g(密度0.81),得到本发明催化剂AC,催化剂性质见表1,催化剂评价结果见表4。
实施例4
分别称取硫酸铝法生产的孔容1.095mL/g,比表面积328m2/g的拟薄水铝石500g(干基71%)、硝酸18.4g(65%)、田菁粉10g和去离子水694g加入碾压机中碾压混合,挤条成型后在120℃下干燥10小时,再经750℃下焙烧3小时得到三叶草形催化剂载体,待用。载体性质为孔容0.757mL/g,比表面积235m2/g,吸水量0.90mL/g;
配制含氧化钙0.02g/mL的硝酸钙溶液90mL,称取上述载体100g并对其浸渍,在140℃下干燥8小时,干燥后含钙载体吸水率为88mL/g。
催化剂组成为WO3 32%,NiO 5.5%,结合含钙载体吸水率配制W-Ni溶液待用,其中,WO3浓度为0.582g/mL,NiO浓度为0.10g/mL;
预制备催化剂W-Ni系催化剂在催化剂中所占的体积比为40%。量取上述溶液35.2mL,启动搅拌后分别加入异辛烷26.5g(密度0.6919)、聚氧乙二醇辛基苯基醚5.0g(密度1.06),正戊醇8.0g(密度0.82),混合均匀后继续充分搅拌50min得到粒径<6nm的油包水型微乳液88mL;
称取上述含钙载体100g,用88mL微乳液浸渍该载体,在120℃下干燥8小时,再经450℃下焙烧3小时,得到催化剂半成品。其性质为:孔容0.643mL/g,比表面积209m2/g,吸水量0.65mL/g。
催化剂组成为MoO3 22%,NiO 3.5%,P 2.0,结合载体吸水量配制Mo-Ni-P溶液待用,其中MoO3浓度为0.344g/mL,NiO浓度为0.055g/mL,P浓度为0.031g/mL;
预制备催化剂Mo-Ni系催化剂在催化剂中所占的体积比为60%。量取W-Ni溶液52.8mL浸渍上述催化剂半成品,经120℃干燥10小时,再在500℃下焙烧3小时,得到本发明催化剂。催化剂性质见表1,催化剂评价结果见表4。
比较例1
分别称取硫酸铝法生产的孔容1.095mL/g,比表面积328m2/g的拟薄水铝石500g(干基71%)、硝酸18.4g(65%)、田菁粉10g和去离子水694g加入碾压机中碾压混合,挤条成型后在120℃下干燥10小时,再经750℃下焙烧3小时得到三叶草形催化剂载体,待用。载体性质为孔容0.757mL/g,比表面积235m2/g,吸水量0.90mL/g;
配制含氧化钙0.02g/mL的硝酸钙溶液90mL,称取上述载体100g并对其浸渍,在140℃下干燥8小时,干燥后含钙载体吸水率为88mL/g。
以实施例1催化剂平均组成为基准,即,WO3 20.5%,MoO3 8.0%,NiO 4.8%,P0.7%,结合载体吸水量配制W-Mo-Ni-P溶液待用,其中,WO3浓度为0.353g/mL,MoO3浓度为0.138g/mL,NiO浓度为0.083g/mL,P浓度为0.012g/mL;
量取上述溶液35.2mL加入去离子水至88mL,混合均匀后浸渍上述含钙载体100g,在120℃下干燥8小时,再经450℃下焙烧3小时,得到催化剂半成品。其性质为:孔容0.643mL/g,比表面积201m2/g,吸水量0.63mL/g。
量取上述溶液52.8mL加入去离子水至79mL,饱和浸渍上述催化剂半成品,经120℃干燥10小时,再在500℃下焙烧3小时,得到比较催化剂。催化剂性质见表1,催化剂评价结果见表4。
表1本发明催化剂及比较例催化剂性质
Figure BDA0002226348820000061
催化剂评价以某厂加氢改质装置柴油馏分为原料,原料性质如下表2所示,本发明催化剂作为临氢降凝催化剂的补充精制催化剂。催化剂评价工艺条件如下表3所示
表2原料油性质
Figure BDA0002226348820000062
表3本发明催化剂评价工艺条件
Figure BDA0002226348820000063
Figure BDA0002226348820000071
表4催化剂评价结果
Figure BDA0002226348820000072
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (11)

1.一种润滑油加氢补充精制催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)提供包含氧化铝的含孔的催化剂载体;
2)配制助剂溶液并对所述催化剂载体进行浸渍、干燥,得载体A;
3)配制催化剂组成所需的酸性的Mo-Ni-P溶液和酸性的W-Ni溶液;
4)将油相、表面活性剂和助表面活性剂加入到所述Mo-Ni-P溶液或W-Ni溶液中,搅拌,混合均匀,得油包水型微乳液;
5)用所述微乳液浸渍所述载体A,经干燥、焙烧,得催化剂半成品;
6)用配制得到的所述W-Ni溶液或Mo-Ni-P溶液浸渍所述催化剂半成品,经干燥、焙烧,得所述润滑油加氢补充精制催化剂;
所述Mo-Ni-P溶液的活性组分由Mo-Ni-P组成;
所述W-Ni溶液的活性组分由W-Ni组成;
当步骤4)使用Mo-Ni-P溶液时,步骤6)使用W-Ni溶液;
当步骤4)使用W-Ni溶液时,步骤6)使用Mo-Ni-P溶液。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述包含氧化铝的含孔的催化剂载体的制备包括如下步骤:
将拟薄水铝石、胶溶剂、助挤剂和水混合碾压后挤条成型,再经干燥、焙烧制成所述催化剂载体。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述拟薄水铝石的孔容>0.95mL/g,比表面积为280~330m2/g;所述胶溶剂为硝酸、醋酸、柠檬酸中的一种或几种;所述助挤剂为田菁粉、淀粉、甲基纤维素中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述拟薄水铝石、胶溶剂、助挤剂和水的比例为1:(0.01~0.06):(0.01~0.04):(1.0~1.5);步骤1)中,所述干燥温度为120~150℃,干燥时间为6~10小时;步骤1)中,所述焙烧温度为550~800℃,焙烧时间2~6小时。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中,
所述助剂溶液为硝酸钙、硝酸锶和硝酸钡溶液中的一种或几种;所述助剂溶液中,以金属氧化物计,助剂的浓度为0.015~0.035g/mL;所述载体A中,以金属氧化物计,助剂的质量含量为1~3%;所述干燥的温度为120~150℃,干燥的时间为6~10小时。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤3)中,
所述Mo-Ni-P溶液中,MoO3、NiO和P在所述润滑油加氢补充精制催化剂中所占质量比分别为20~25%、3.0~5.0%、2~2.5%;所述Mo-Ni-P溶液包含MoO3 0.313~0.476g/mL,NiO0.0471~0.095g/mL,P 0.0314~0.0476g/mL;
所述W-Ni溶液中,WO3和NiO在所述润滑油加氢补充精制催化剂中所占质量比分别为28~32%、4.0~6.0%;所述W-Ni溶液包含WO3 0.484~0.607g/mL,NiO 0.069~0.114g/mL。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤4)中,
所述油相选自C4~C10的环烷烃、直链烷烃、支链烷烃中的一种或几种的混合物;
所述表面活性剂为非离子表面活性剂;
所述助表面活性剂为C4~C6的醇类;
所述表面活性剂、助表面活性剂和油相重量比为1:(0.5~5):(1~6);
所述表面活性剂与所述Mo-Ni-P溶液或W-Ni溶液体积比为(1:4)~(1:8)。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤5)中,
所述浸渍为饱和浸渍;
所述干燥的温度为120~150℃,干燥的时间为6~10小时;
所述焙烧的温度为400~550℃,焙烧的时间为2~6小时。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤6)中,
所述浸渍为不饱和浸渍;
所述干燥的温度为120~150℃,干燥的时间为6~10小时;
所述焙烧的温度为400~550℃,焙烧的时间为2~6小时。
10.如权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的润滑油加氢补充精制催化剂。
11.如权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的润滑油加氢补充精制催化剂在催化原料油制备得到润滑油中的应用。
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