CN115869985B - 一种原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN115869985B
CN115869985B CN202211696948.6A CN202211696948A CN115869985B CN 115869985 B CN115869985 B CN 115869985B CN 202211696948 A CN202211696948 A CN 202211696948A CN 115869985 B CN115869985 B CN 115869985B
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
sulfur
catalyst
dispersion
atomic dispersion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202211696948.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115869985A (zh
Inventor
刘宾
陈振坤
柴永明
薛文魁
田文龙
翟浩冉
王健
李奕川
潘原
刘晨光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Petroleum East China
Original Assignee
China University of Petroleum East China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Petroleum East China filed Critical China University of Petroleum East China
Priority to CN202211696948.6A priority Critical patent/CN115869985B/zh
Publication of CN115869985A publication Critical patent/CN115869985A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115869985B publication Critical patent/CN115869985B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开了一种原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂及其制备方法与应用，属于石油化工领域中加氢催化剂的制备技术领域。制备方法为：以硫氮元素掺杂的碳载原子分散Mo物种改性的氧化铝复合材料为载体，以含有Mo或W的可溶性含硫盐与金属Ni或Co的可溶性盐的混合液为共浸渍溶液，将所述载体置于所述共浸渍溶液中进行共浸渍步骤，再经后处理步骤制得所述原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂。其可作为加氢处理催化剂应用于工业石油馏分的加氢精制。本发明适用于所有石油馏分加氢催化剂的制备，并且原子分散Mo金属物种具有较高的活化氢能力，由此所构建的硫化态催化剂的加氢活性提高，优于常规方法制备的或预硫化的催化剂的效果。

Description

一种原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂及其制备方 法与应用
技术领域
本发明涉及石油化工领域中加氢催化剂的制备技术领域，尤其涉及一种原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂及其制备方法与应用。
背景技术
近年来，全球原油面临重质化和劣质化的趋势，而各国环保法规对油品中硫含量的规定也日益严苛。因此人们越来越重视对油品的超深度脱硫技术的开发和应用。加氢脱硫是现代炼厂最常用的脱硫手段，油品中的含硫化合物对多种催化剂具有毒害作用，而过渡金属硫化物(TMS，如Mo、W等)却能够在这一严苛的环境下保持较好的催化活性，因此其成为加氢脱硫(Hydrodesulfurization，HDS)过程最常用的催化剂。
自20世纪60年代开始，众多学者对过渡金属硫化物的加氢脱硫过程进行了详实细致的研究。目前，过渡金属硫化物催化剂上HDS过程的反应网络已经形成了统一的认识，而对其催化作用机理仍然存在着较大的争议。随着新型表征技术的发展和应用，人们对催化剂表面金属物种的精细结构有了更加深入的认识。石科院的相关研究人员借助HAADF-STM手段对反应后工业Ni-W和Ni-Mo催化剂表面物种结构进行了表征，研究发现催化剂表面除了存在硫化物活性相的片层结构之外，还存在着单个金属原子和亚纳米金属团簇，这为催化作用机理的进一步完善提供支撑，并在一定程度上说明高度分数的金属物种可能也具有加氢脱硫的活性。
目前，原子级别分散金属物种的构建得到广泛的研究，对于单原子金属物种的催化活性研究更是如雨后春笋。由于单个孤立的原子具有较高的表面能，其表现出大的迁移和聚集倾向。而通过与周围载体表面原子(如氮、磷、氧和硫等)发生相互作用，单个金属原子才能够稳定存在。为此单原子催化剂制备过程中关键因素是选择合适的载体，利用表面杂原子或缺陷位点锚定金属原子，避免其聚集。现阶段，构建原子级别分散活性金属的方法也是不胜枚举。常见的方法有物理和化学沉积法，包括原子层沉积和化学气相沉积等、石墨烯空穴定向合成法、球磨法、湿化学法，包括浸渍法和共沉淀法等、光化学合成法、有机金属化合物法和热解合成法等。其中，湿化学法操作较为简单，并具有成本低等优点，应用较为广泛。张宁强等在单原子催化剂的研究进展([J].中国稀土学报,2018,36(5):20.)中对常见的单原子制备方法进行了汇总。对于湿化学法的制备思路，总的来说，是对载体进行修饰改性，利用表面基团与前驱体中金属原子进行配位，通过增强金属-载体相互作用的方法实现单原子的制备。主要经过以下3个步骤：(1)通过共沉淀、浸渍/离子交换等方法将金属前驱体负载于载体上(利用改性基团与金属的配位已初步实现原子级别分散)；(2)经过干燥、煅烧，除去体系中的有机前驱体；(3)使用前再活化、还原。Geng等在An oxygen-coordinated molybdenum single atom catalyst for efficient electrosynthesis ofammonia([J].Chemical Communications,2021,57(44):5410-5413.)文章中指出活性炭表面含氧官能团可以有效地捕获钼前驱体，通过形成钼氧键作为配位位点锚定Mo单原子。Fei等在Atomic cobalt on nitrogen-doped graphene for hydrogen generation([J].Nature Communications,2015,6:8668.)文章中使用金属钴源，以氮掺杂的石墨烯为载体，通过载体表面的杂原子锚定金属Co，成功制备了Co单原子分散的Co-NG材料。HAADF-STM表征结果直观地显示出Co原子在石墨烯纳米片表面的均匀分散。
一般来说，随着催化剂活性相尺寸的减小，尺寸效应突显，表现出高度不饱和的配位环境及100％的原子利用率，其比活性显著增加，从而单原子催化剂通常表现出较高的活性和选择性，尤其是在加氢反应中对小分子物质(H2、CO、CH4等)具有高效的活化能力。张涛院士课题组在2011年发表的文章Single-atom catalysis of CO oxidation using Pt1/FeOx([J].Nature Chemistry,2011,3(8):634-641.)中报道合成出了Pt单原子催化剂，并将其应用于CO氧化反应中，表现出非常优异的催化性能。Yan等在Single-Atom Pd1/Graphene Catalyst Achieved by Atomic Layer Deposition:Remarkable Performancein Selective Hydrogenation of 1,3-Butadiene([J].Journal of the AmericanChemical Society,2015,137(33):10484-10487.)文章中报道其在石墨烯基载体上制备了Pd单原子催化剂，研究发现其对1,3-丁二烯加氢制备1-丁烯反应表现出高达95％的转化率和100％的选择性，远超商业化催化剂的性能。赵超在单原子催化剂可控合成及在均相反应多相化和类酶催化中的应用([D].中国科学技术大学,2020.)论文研究中将单原子Pd位点催化剂应用于末端芳基乙炔二聚半氢化反应，实现对共轭二烯产物的多相催化过程。原子级别分散的Pd位点表现出很高的共轭二烯选择性。作者通过密度泛函理论(DFT)计算发现，Pd位点可高效催化H2的异裂和末端炔烃C-H键的活化过程，保证了对目的产物的高选择性。
传统加氢催化剂多为氧化态催化剂(Co、Ni、W和Mo等活性金属以氧化物形式存在于载体上)，在催化反应前需要进行硫化处理，转化为具有活性的金属硫化物。一般硫化处理的方式包括器内硫化或原位硫化(即先将氧化态催化剂装入加氢反应器中，然后通入硫化剂进行预硫化)和器外预硫化技术(即将氧化态催化剂的预硫化过程转移到专门的硫化反应装置上进行，从而使催化剂装入加氢反应器中即可发挥催化作用，无需再硫化)。器内硫化技术通常会存在一些问题：硫化过程较长，延长开工时间；硫化过程中加入的硫化剂和反应生成的水和硫化氢极易引起高压反应器及有关设备的腐蚀，造成设备损坏和安全隐患；所用硫化剂易燃、有毒，硫化过程中对环境造成污染；器内预硫化的成本较高；需要在加氢装置中设立专门的预硫化设备，投资成本高。相比于器内硫化技术，近年来发展的器外硫化技术表现出一些显著优点：开工时间大大缩短；现场开工时无需准备硫化剂；开工阶段不需要设立专门的预硫化设备；开工简单、容易、开工条件宽松；催化剂硫化充分，催化剂床层截面的物流和温度分布均匀，可靠性好；相对降低环境污染。中国专利ZL 200410039450.8公开了一种加氢催化剂的现场外预硫化新方法，该发明主要是采用含有硫磺的硫化铵[(NH4)2S]溶液处理负载有Mo、W和Co、Ni的氧化物或前驱体的任何石油馏分的加氢催化剂，使活性组分的氧化物或前驱体转化为具有加氢活性的金属硫化物的方法。该方法可以适用于所有石油馏分加氢催化剂的硫化，由此硫化制备的催化剂的加氢性能可以达到“器内”硫化处理催化剂的效果。
加氢催化剂的器外预硫化技术可以在较大程度上避免器内硫化存在的问题，但是该类型的预硫化技术很难使加氢催化剂表面上的活性金属完全转化为硫化态。这是由于氧化态催化剂在制备过程中通常采用高温焙烧的方式使活性金属高度分散在载体表面上，但这同时也导致活性金属氧化物与载体之间的强相互作用，形成Mo-O-Al桥键，导致催化剂的硫化程度不高。即使在硫化之后也由于活性组分与载体之间的强相互作用，而难以使所有的活性组分转变为具有高活性的催化活性相。中国专利ZL 200410039449.5公开了一种催化剂及其制备方法，该催化剂的制备主要是对常规催化剂的载体通过采用可溶性硫代钼酸盐和硫代钨酸盐溶液将第ⅥB族金属Mo和W的前驱体引入到加氢催化剂载体的空隙中，从而制备Mo、W、Co、Ni的负载型硫化物催化剂。该方法可以适用于所有石油馏分加氢催化剂的制备，比其他的器外硫化方法简便，由此制备的催化剂的加氢活性可以达到或超过器内硫化的催化剂的效果。该催化剂制备方法是第一步采用可溶性硫代钼酸盐和硫代钨酸盐溶液将第ⅥB族金属Mo和W的前驱体引入到加氢催化剂载体的空隙中，在惰性氛围干燥和焙烧处理，然后第二步再浸渍Co或Ni金属盐，于惰性氛围中干燥焙烧处理，得到硫化型加氢催化剂。上述专利的制备方法可以避免采用含氧盐导致的活性金属与载体之间的强相互作用，但是该制备方法是采用两步浸渍两步焙烧处理法，催化剂制备成本高，并且活性金属Ni或Co的硫化度和分散度不可控，不利于形成高分散度的Co(Ni)Mo(W)S活性相。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂的制备方法，至少部分解决现有技术中存在的问题，且可为高性能加氢催化剂的设计和开发提供一种新的思路和方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂的制备方法，以硫氮元素掺杂的碳载原子分散Mo物种改性的氧化铝复合材料为载体，以含有Mo或W的可溶性含硫盐与金属Ni或Co的可溶性盐的混合液为共浸渍溶液，将所述载体置于所述共浸渍溶液中进行共浸渍步骤，再经后处理步骤制得所述原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂。
作为本发明进一步地改进，所述载体通过包括以下步骤的方法制备：将活性炭分散于具有强氧化性的酸性溶液中，加热搅拌处理6～24小时，离心洗涤至中性，在60～120℃下干燥30～240分钟，得到酸处理的碳材料；将可溶性有机钼源溶于溶剂中，加入可溶性硫氮化合物与溶剂中的金属形成簇合物，制成金属浸渍液；将所述金属浸渍液滴加到所述碳材料上，在80～160℃下干燥30～360分钟；在氮气气氛中对干燥后的碳材料进行热处理，处理温度为200～700℃，处理时间为1～6小时，得到硫氮掺杂的碳载原子分散Mo催化材料；将所述硫氮掺杂的碳载原子分散Mo催化材料制成均匀的分散液，取浓硝酸加入其中，搅拌均匀后加入到氢氧化铝干胶和田菁粉的混合粉料中，混捏挤条成型；将所述混捏挤条成型产物干燥后，在氮气氛围中加热处理，处理温度200～1000℃，处理时间1～6小时，得到所述硫氮元素掺杂的碳载原子分散Mo物种改性的催化剂载体。
进一步地，所述具有强氧化性的酸溶液为浓硫酸、浓硝酸中的一种或几种；所述可溶性硫氮化合物为三聚硫氰酸、硫脲、巯基吡啶中的一种或几种；所述可溶性有机钼源为六羰基钼、乙酰丙酮钼、钼胺络合物、环烷酸钼中的一种或几种；所述溶剂为水、乙醇、甲醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种；所述可溶性硫氮化合物配制成的分散液中硫氮化合物的质量分数为30～80wt％；所述金属浸渍液中硫氮化合物与有机钼源的摩尔比为0.5～10；所述硝酸的加入量为氢氧化铝干胶重量的2～5％；所述硫氮掺杂的碳载原子分散Mo催化材料与氢氧化铝干胶的质量比为1:1～1:20，且其制成的分散液的体积与氢氧化铝干胶质量比值为0.8:1～2:1。
进一步地，所述共浸渍溶液通过包括以下步骤的方法配制：将可溶性硫代钼酸盐或硫代钨酸盐溶液溶于络合剂中，得到含有Mo或W含硫盐的第一溶液；将助剂金属Co或Ni的可溶性盐溶液中加入络合剂，得到含有Co或Ni盐的第二溶液；将所述第一溶液和第二溶液在常温下混合均匀，得到所述共浸渍溶液。
进一步地，所述第一溶液和第二溶液中的络合剂分别为乙二胺和乙二胺四乙酸；所述Co或Ni的可溶性盐为硝酸盐、碳酸盐、碱式碳酸盐中的一种或几种；所述可溶性硫代钼酸盐或硫代钨酸盐与络合剂的摩尔比及Co或Ni的可溶性盐与络合剂的摩尔比均为1:1～1：8。
进一步地，所述共浸渍步骤的共浸渍时间为30～240分钟。
进一步地，所述后处理步骤包括：在40～200℃下干燥30～240分钟；以及在氮气氛围中进行加热处理，处理温度为200～700℃，处理时间为1～6小时。
进一步地，所述加热处理的升温速率为1～6℃/min。
本发明的另一目的是提供一种原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂，使其加氢活性提高，优于常规方法制备的或预硫化的催化剂的效果，该原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂采用上述制备方法制备而成。
本发明的再一个目的是提供一种原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂的应用，采用上述原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂作为石油馏分的加氢处理催化剂应用于工业石油馏分的加氢精制,可以超过现有的加氢催化剂。
通过采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：
本发明针对原子分散金属物种强的活化氢能力和加氢活性，提出一种硫氮掺杂的碳载原子分散Mo物种改性常规催化剂载体，进而一步共浸渍制备Co(Ni)Mo(W)金属负载的硫化态加氢催化剂的方法。本发明基于活性炭表面丰富的含氧基团，使用酸溶液调节表面含氧官能团，并使用硫氮化合物在碳材料表面构建杂原子锚定金属Mo原子，制备原子级别分散的Mo物种，实现对催化剂载体的原子分散Mo改性，并一步采用共浸渍法制备Co(Ni)Mo(W)负载的硫化态加氢催化剂。具体的说，本发明具有以下优点：
(1)该原子分散Mo催化剂制备方法较为简便。采用酸处理丰富活性炭表面的含氧官能团，加强载体捕获和锚定活性金属原子的能力。进而通过硫氮化合物中S和N原子与Mo配位，在热解过程中形成S、N杂原子锚定Mo原子，有效避免热处理过程中的团聚，实现原子分散Mo的稳定存在。
(2)与常规制备方法相比，本方法制备的加氢催化剂，由于单原子金属物种较强的活化氢能力，其加氢催化活性改善，催化活性显著提高。在获得相同脱硫率的条件下，催化剂表面活性金属的负载量更低，反应条件也可更加温和。
(3)采用本方法制备负载型硫化态催化剂时，可以同时将Mo(或W)和Co(或Ni)金属一步负载到原子分散Mo改性的催化剂载体的孔道中，保证了Co(或Ni)金属的硫化度和分散度，制备方法较为简便。
具体实施方式
下面对本发明实施例进行详细描述。
需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合；并且，基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
本发明提供了一种原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂，所述的催化剂以硫氮元素掺杂的碳载原子分散Mo物种改性的氧化铝复合材料为载体，将可溶性硫代钼酸盐或硫代钨酸盐与金属Ni或Co的可溶性盐的共浸渍溶液负载到催化剂载体上，并在惰性氛围下经加热处理得到具有催化活性的金属硫化物，从而制备原子分散Mo物种改性的负载型金属硫化物加氢催化剂。
上述原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂的制备方法如下：
(1)碳材料的预处理：
将活性炭分散于具有强氧化性的酸性溶液中，加热搅拌处理6～24小时，离心洗涤至中性，在60～120℃下干燥30～240分钟，得到酸处理的碳材料。
(2)硫氮掺杂的碳载原子分散Mo物种材料的制备：
将可溶性有机钼源溶于醇类等溶剂中，加入可溶性硫氮化合物与金属形成簇合物，制成金属浸渍液。通过等体积浸渍的方法，将金属浸渍液滴加到所述步骤(1)中得到的预处理碳材料上，在80～160℃下干燥30～360分钟，在氮气气氛中对干燥后的碳材料进行热处理，处理温度为200～700℃，处理时间为1～6小时，得到硫氮掺杂的碳载原子分散Mo催化材料；
(3)原子分散Mo物种改性载体的制备：
将所述步骤(2)中得到的硫氮掺杂的碳载原子分散Mo催化材料制成均匀的分散液，取浓硝酸加入其中，搅拌均匀。取氢氧化铝干胶和田菁粉，将分散液加入到混合均匀的粉料中，混捏挤条成型。干燥后，在氮气氛围中加热处理，处理温度200～1000℃，处理时间1～6小时，得到原子分散Mo物种改性的催化剂载体；
(4)共浸渍液的配制：
将活性金属Mo或W的可溶性硫代钼酸盐或硫代钨酸盐溶液溶于络合剂中，得到含有Mo或W含硫盐的溶液1。将助剂金属Co或Ni的可溶性盐溶液中加入络合剂，得到含有Co或Ni盐的络合溶液2。将上述制备的溶液1和络合溶液2在常温下混合均匀，得到共浸渍溶液；
(5)共浸渍过程：
将所述步骤(3)中得到的原子分散Mo物种改性的氧化铝材料作为加氢催化剂的载体。将载体置于所述步骤(4)中得到的共浸渍溶液中浸渍，采用等体积浸渍的方法浸渍载体材料，浸渍30～240分钟后，在40～200℃下干燥30～240分钟；
(6)热处理过程：
将所述步骤(5)中浸渍后的催化剂放在氮气氛围中进行加热处理，处理温度为200～700℃，处理时间为1～6小时，得到原子分散Mo物种改性的负载型硫化态加氢催化剂。
所述步骤(1)中使用强氧化性酸为浓硫酸、浓硝酸中的一种或几种，优选浓硫酸。
所述步骤(1)和步骤(2)中可溶性的硫氮化合物为三聚硫氰酸、硫脲、巯基吡啶中的一种或几种，优选巯基吡啶。
所述步骤(1)中所配制均匀分散液中硫氮化合物的质量分数为30～80wt％，优选为30～60wt％。
所述步骤(1)中加热搅拌处理时间优选8～12小时；所述步骤(1)中优选浸渍120分钟后，在120℃下干燥240分钟；优选处理温度300～600℃，处理时间2～4小时；
所述步骤(2)中可溶性有机钼源为六羰基钼、乙酰丙酮钼、钼胺络合物、环烷酸钼中的一种或几种，优选六羰基钼。
所述步骤(2)中溶剂为水、乙醇、甲醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种，优选甲醇。
所述步骤(2)中硫氮化合物与有机钼源的摩尔比为0.5～10，优选0.6～6。
所述步骤(3)中加入浓硝酸为氢氧化铝干胶重量的2～5％，分散液体积与氢氧化铝干胶重量比值为0.8:1～2:1，优选0.8:1～1.5:1。所述步骤(3)中硫氮掺杂的碳载原子分散催化材料与氢氧化铝干胶的质量比为1:1～1:20，优选为1:4～1:10。
所述步骤(3)中优选处理温度200～700℃，处理时间2～4小时。
所述步骤(4)中可溶性硫代钼酸盐或硫代钨酸盐与络合剂的摩尔比为1:1～1：8，优选为1:2～1:6；所述步骤(4)中Co或Ni的可溶性盐与络合剂的摩尔比为1:1～1：8，优选为1:4～1:8。
所述步骤(4)中溶液1和络合溶液2中络合剂分别为乙二胺和乙二胺四乙酸。
所述步骤(4)中Co或Ni的可溶性盐为硝酸盐、碳酸盐、碱式碳酸盐中的一种或几种，优选硝酸盐。
所述步骤(5)中优选浸渍60分钟后，在120℃下干燥30分钟。
所述步骤(6)中优选热处理温度为500℃，处理时间为3小时。
所述步骤(1)、步骤(3)和步骤(6)中在氮气氛围中进行加热处理的升温速率为1～6℃/min，优选为1～4℃/min。
本发明的原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂在制备过程中，首先使用强氧化性酸溶液对活性炭表面基团进行处理，随后浸渍金属Mo与硫氮化合物的溶液得到硫氮掺杂的碳载原子分散Mo催化材料；接着将原子分散催化材料与氢氧化铝干胶混捏挤条成型，干燥焙烧得到原子分散Mo改性的催化剂载体，然后配制出可溶性硫代钼酸盐或硫代钨酸盐(第ⅥB组金属Mo和W的前驱体)与第Ⅷ族金属Co或Ni的可溶性盐的共浸渍溶液，再浸渍到上述催化剂载体的空隙中，从而一步浸渍即得到负载型的硫化态加氢催化剂。
下面通过具体实施例和对比例对上述制备方法进行详细展开描述。
实施例1：硫氮掺杂的碳载原子分散Mo材料的制备
称取10g活性炭分散于浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，于80℃下加热搅拌10小时，高速离心后使用去离子水洗涤至中性，在80～120℃烘箱中干燥4～8小时，得到酸处理的活性炭材料；将2.64g六羰基钼溶解于甲醇中，加入1.64g巯基吡啶均匀分散其中，制成12ml左右的浸渍液。通过等体积浸渍的方法，将上述浸渍液滴加到10g酸处理的活性碳材料上，在100℃下干燥4小时，然后在氮气氛围中600℃下处理3小时，得到硫氮掺杂的碳载原子分散Mo催化材料，Mo含量为6wt％。
实施例2：氧化铝载体的制备
称取100g氧化铝干胶，加入3g田菁粉，将100ml硝酸(3wt％)水溶液加入混合均匀的粉料中，充分混合后，挤条成型。接着在烘箱中100～120℃放置6～12小时，得到干燥的载体。随后将载体置于马弗炉中，于550℃的温度下焙烧4小时，得到催化剂载体γ-Al2O3。
实施例3：负载型镍钼硫化态加氢催化剂A
称取3.61g四硫代钼酸铵加入6.2ml乙二胺加热条件下搅拌溶解，得到棕红色的澄清溶液A；称取2.0g六水合硝酸镍、2.0g乙二胺四乙酸，溶解于3ml氨水中，得到澄清溶液B1；混合A溶液和B1溶液得到澄清共浸渍溶液C1。使用混合溶液浸渍10g实施例2所制备的氧化铝载体，并在烘箱中120℃下干燥30分钟。将烘干后的催化剂在氮气氛围中500℃下处理3小时，得到负载型NiMoS/γ-Al2O3硫化态催化剂A。催化剂的金属负载量以MoO3、NiO的质量分数计分别为20.0wt％和3.0wt％。
实施例4：负载型钴钼硫化态加氢催化剂B
称取3.61g四硫代钼酸铵加入6.2ml乙二胺加热条件下搅拌溶解，得到棕红色的澄清溶液A；称取2.12g六水合硝酸钴、2.12g乙二胺四乙酸，溶解于3ml氨水中，得到澄清溶液B2；混合A溶液和B2溶液得到澄清共浸渍溶液C2。使用混合溶液浸渍10g实施例2所制备的氧化铝载体，并在烘箱中120℃下干燥30分钟。将烘干后的催化剂在氮气氛围中500℃下处理3小时，得到负载型CoMoS/γ-Al2O3硫化态催化剂B。催化剂的金属负载量以MoO3、CoO质量分数计分别为20.0wt％和3.0wt％。
实施例5：原子分散Mo物种改性的催化剂载体的制备
称取20g实施例1中硫氮掺杂的碳载原子分散Mo催化材料均匀分散于少量水中，加入3g浓硝酸和适量水制成100ml的分散液。称取100g氢氧化铝干胶，加入3g田菁粉，将配制好的分散液加入混合均匀的粉料中，挤条成型。接着在烘箱中100～120℃放置6～12小时，得到干燥的催化剂载体。然后在氮气氛围保护下热处理，处理温度为600℃，焙烧4小时，得到单原子Mo物种改性的催化剂载体。改性催化剂载体中原子分散Mo物种含量为1.4wt％。
实施例6：原子分散Mo改性的负载型镍钼硫化态加氢催化剂C
称取3.61g四硫代钼酸铵加入6.2ml乙二胺，加热条件下搅拌溶解，得到棕红色的澄清溶液A；称取2.0g六水合硝酸镍、2.0g乙二胺四乙酸，溶解于3ml氨水中，得到澄清溶液B1；混合A溶液和B1溶液得到澄清共浸渍溶液C1。使用混合溶液浸渍10g实施例5的改性的催化剂载体，并在120℃下干燥30分钟。然后在氮气氛围中500℃下处理3小时，得到原子分散Mo改性的负载型NiMoS/γ-Al2O3硫化态催化剂C。催化剂的金属负载量以MoO3、NiO质量分数计分别为20.0wt％和3.0wt％，催化剂中原子分散Mo的含量为1.12wt％。
实施例7：原子分散Mo改性的负载型钴钼硫化态加氢催化剂D
称取3.61g四硫代钼酸铵加入6.2ml乙二胺加热条件下搅拌溶解，得到棕红色的澄清溶液A；称取2.12g六水合硝酸钴、2.12g乙二胺四乙酸，溶解于3ml氨水中，得到澄清溶液B2；混合A溶液和B2溶液得到澄清共浸渍溶液C2。使用混合溶液浸渍10g实施例5的改性的催化剂载体，并在120℃下干燥30分钟。然后在氮气氛围中500℃下处理3小时，得到原子分散Mo改性的负载型CoMoS/γ-Al2O3硫化态催化剂D。催化剂的金属负载量以MoO3、CoO的质量分数计分别为20.0wt％和3.0wt％，催化剂中原子分散Mo的含量为1.12wt％。
实施例8：负载型硫化态催化剂A、B和原子分散Mo改性的硫化态催化剂C、D的活性评价
在连续固定床加氢反应装置中，以直馏柴油和催化柴油的混合油为原料，进行硫化态催化剂A、B催化剂和原子分散Mo改性的硫化态催化剂C、D的加氢性能评价，催化剂装填量20ml。
将20ml催化剂A或B或C或D装填进加氢反应器中，通入氢气，调整氢气流量为18L/h，系统压力保持为6MPa。以40℃/h的升温速率将反应器温度升至120℃，脱水处理2小时。脱水完成后，以40ml/h的流量将直馏柴油泵进反应装置中，并以40℃/h的速率升温至320℃稳定保持24小时，进行初活性的稳定。随后将温度下降至300℃，以30ml/h的速度泵进混合柴油，并以20℃/h的速率升温至340℃，保持24小时后取样分析。评价结果见表1。对比例1：氧化态镍钼对比催化剂E
称取3.03g仲钼酸铵，1.24g硝酸镍，2ml氨水，再加入7.1ml蒸馏水，搅拌溶解配制成浸渍液。称取10g实施例2制备的氧化铝催化剂载体，加入配制好的共浸渍液，然后在110～120℃下处理8小时，随后置于马弗炉中500℃焙烧4小时，得到负载型NiMo/γ-Al2O3氧化态催化剂E。催化剂中MoO3、NiO的负载量分别为20.0wt％和3.0wt％。
对比例2：氧化态钴钼催化剂F
称取3.03g仲钼酸铵，1.32g硝酸钴，2ml氨水，再加入7.1ml蒸馏水，搅拌溶解配制成浸渍液。称取10g实施例2制备的氧化铝催化剂载体，加入配制好的共浸渍液，然后在110～120℃下处理8小时，随后置于马弗炉中500℃焙烧4小时，得到负载型CoMo/γ-Al2O3氧化态催化剂F。催化剂中MoO3、CoO的负载量分别为20.0wt％和3.0wt％。
对比例3：氧化态催化剂E和F的加氢活性评价
在连续固定床加氢反应装置上，以直馏柴油和催化柴油的混合油为原料，进行氧化态催化剂E和F的加氢性能评价。活性评价所用的评价装置、装填量、原料、实验条件同实施例8完全相同。
将20ml催化剂E或F装入反应装置中，接通氢气，调整氢气流量为18L/h，系统压力保持6MPa。以40℃/h的速率升温至120℃，恒温脱水2小时。脱水结束后开始泵进预硫化剂，预硫化剂为3％ CS2的航空煤油，进料速度为30ml/h。然后以40℃/h的速率将反应装置温度升至340℃，保持12小时，使得催化剂完全硫化。预硫化完成之后，降温至300℃，以40ml/h的流量将直馏柴油泵进反应装置中，并以20℃/h的速率升温至320℃稳定保持24小时，进行初活性的稳定。随后将温度下降至300℃，以30ml/h的速度泵进混合柴油，并以20℃/h的速率升温至340℃，保持24小时后取样分析。评价结果见表1。
表1为催化剂对混合柴油加氢精制性能的评价结果
表1的结果表明，与氧化态催化剂E和F相比，负载型硫化态催化剂A和B表现出明显提升的脱硫和脱氮性能，硫氮含量明显降低。这是由于硫化型催化剂具有更高的活性金属硫化程度，此外，活性金属Ni(Co)金属与Mo金属采用共浸渍法引入，二者结合更加紧密，利于Me-Mo-S活性相的形成，从而增强了催化性能。对催化剂载体进行原子分散Mo物种改性之后，再通过共浸渍方法制备的硫化态催化剂C和D，则呈现出更加优异的脱硫和脱氮活性，硫含量分别降至16.2和27.4mg·L-1，而氮含量分别降至11.7和19.8mg·L-1。与常规方法制备的催化剂A和B相比，本专利所制备的原子分散Mo物种改性的催化剂表现出超越前者的催化性能。这是由于氧化处理后的活性炭表面出现大量的含氧官能团，吸附硫氮化合物进行S和N元素的掺杂，进而共同锚定Mo源，实现原子级别Mo物种的分散；催化体系中S(N)锚定的Mo原子物种，独特的电子结构，使得其对氢气具有较强的活化能力，可在表面得到更高浓度的活化氢，活化氢进而扩散到过渡金属硫化物活性相上，有利于所吸附含硫(氮)化合物的加氢反应，促进了加氢反应的进行，从而表现出更高的催化性能。
实验结果充分证明了本发明制备方法的优势，一方面可溶性硫代钼(钨)酸属盐和钴(镍)金属盐的共浸渍，更好地实现了金属的高度分散和完全硫化；另一方面由于原子分散Mo金属物种的添加，显著优化了催化体系的加氢能力，进一步改善了催化性能。
上述实施例仅给出了较优选的实施例，但经实验验证，在本发明揭露的上述原料组分、含量配比、工艺参数范围内，所制备的催化剂均可获得加氢催化活性改善、催化活性显著提高的效果，脱硫和脱氮催化性能优于常规方法所制备的负载量相同的催化剂。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂的制备方法，其特征在于，以硫氮元素掺杂的碳载原子分散Mo物种改性的氧化铝复合材料为载体，以含有Mo或W的可溶性含硫盐与金属Ni或Co的可溶性盐的混合液为共浸渍溶液，将所述载体置于所述共浸渍溶液中进行共浸渍步骤，再经后处理步骤制得所述原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂；
所述制备方法包括：首先使用强氧化性酸溶液对活性炭表面基团进行处理，随后浸渍金属Mo与硫氮化合物的溶液得到硫氮掺杂的碳载原子分散Mo催化材料；接着将原子分散催化材料与氢氧化铝干胶混捏挤条成型，干燥焙烧得到原子分散Mo改性的催化剂载体，然后配制出可溶性硫代钼酸盐或硫代钨酸盐与第Ⅷ族金属Co或Ni的可溶性盐的共浸渍溶液，再浸渍到上述催化剂载体的空隙中，从而一步浸渍即得到负载型的硫化态加氢催化剂。
2.根据权利要求1所述的原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂的制备方法，其特征在于，所述载体通过包括以下步骤的方法制备：
将活性炭分散于具有强氧化性的酸性溶液中，加热搅拌处理6～24小时，离心洗涤至中性，在60～120℃下干燥30～240分钟，得到酸处理的碳材料；
将可溶性有机钼源溶于溶剂中，加入可溶性硫氮化合物与溶剂中的金属形成簇合物，制成金属浸渍液；
将所述金属浸渍液滴加到所述酸处理的碳材料上，在80～160℃下干燥30～360分钟；
在氮气气氛中对干燥后的碳材料进行热处理，处理温度为200～700℃，处理时间为1～6小时，得到硫氮掺杂的碳载原子分散Mo催化材料；
将所述硫氮掺杂的碳载原子分散Mo催化材料制成均匀的分散液，取浓硝酸加入其中，搅拌均匀后加入到氢氧化铝干胶和田菁粉的混合粉料中，混捏挤条成型；
将所述混捏挤条成型产物干燥后，在氮气氛围中加热处理，处理温度200～1000℃，处理时间1～6小时，得到所述硫氮元素掺杂的碳载原子分散Mo物种改性的催化剂载体。
3.根据权利要求2所述的原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂的制备方法，其特征在于：
所述具有强氧化性的酸溶液为浓硫酸、浓硝酸中的一种或几种；
所述可溶性硫氮化合物为三聚硫氰酸、硫脲、巯基吡啶中的一种或几种；
所述可溶性有机钼源为六羰基钼、乙酰丙酮钼、钼胺络合物、环烷酸钼中的一种或几种；
所述溶剂为水、乙醇、甲醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种；
所述可溶性硫氮化合物配制成的分散液中硫氮化合物的质量分数为30～80wt％；
所述金属浸渍液中硫氮化合物与有机钼源的摩尔比为0.5～10；
所述浓硝酸的加入量为氢氧化铝干胶重量的2～5％；
所述硫氮掺杂的碳载原子分散Mo催化材料与氢氧化铝干胶的质量比为1:1～1:20，且其制成的分散液体积与氢氧化铝干胶质量的比值为0.8:1～2:1。
4.根据权利要求1所述的原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂的制备方法，其特征在于，所述共浸渍溶液通过包括以下步骤的方法配制：
将可溶性硫代钼酸盐或硫代钨酸盐溶液溶于络合剂中，得到含有Mo或W含硫盐的第一溶液；
将助剂金属Co或Ni的可溶性盐溶液中加入络合剂，得到含有Co或Ni盐的第二溶液；
将所述第一溶液和第二溶液在常温下混合均匀，得到所述共浸渍溶液。
5.根据权利要求4所述的原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂的制备方法，其特征在于：
所述第一溶液和第二溶液中的络合剂分别为乙二胺和乙二胺四乙酸；
所述Co或Ni的可溶性盐为硝酸盐、碳酸盐、碱式碳酸盐中的一种或几种；
所述可溶性硫代钼酸盐或硫代钨酸盐与络合剂的摩尔比及Co或Ni的可溶性盐与络合剂的摩尔比均为1:1～1：8。
6.根据权利要求1所述的原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂的制备方法，其特征在于，所述共浸渍步骤的共浸渍时间为30～240分钟。
7.根据权利要求1所述的原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂的制备方法，其特征在于，所述后处理步骤包括：
在40～200℃下干燥30～240分钟；以及在氮气氛围中进行加热处理，处理温度为200～700℃，处理时间为1～6小时。
8.根据权利要求2或7所述的原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂的制备方法，其特征在于，所述加热处理的升温速率为1～6℃/min。
9.一种原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂的制备方法制备而成。
10.一种权利要求9所述的原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂作为石油馏分的加氢处理催化剂的应用。
CN202211696948.6A 2022-12-28 2022-12-28 一种原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂及其制备方法与应用 Active CN115869985B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211696948.6A CN115869985B (zh) 2022-12-28 2022-12-28 一种原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211696948.6A CN115869985B (zh) 2022-12-28 2022-12-28 一种原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115869985A CN115869985A (zh) 2023-03-31
CN115869985B true CN115869985B (zh) 2024-04-26

Family

ID=85754914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211696948.6A Active CN115869985B (zh) 2022-12-28 2022-12-28 一种原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115869985B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101722055A (zh) * 2008-10-28 2010-06-09 中国石油化工股份有限公司 硫化型催化剂的制备方法
CN104841458A (zh) * 2015-05-05 2015-08-19 中国石油大学(华东) 一种负载型硫化态加氢催化剂及其制备方法
CN105289732A (zh) * 2015-10-22 2016-02-03 大连理工大学 Mof固载金属过氧化物催化剂
CN113117688A (zh) * 2021-04-22 2021-07-16 福州大学 一种mof前驱体钼镍催化剂、其制备方法以及其在木质素降解中的应用
CN114181398A (zh) * 2020-09-15 2022-03-15 中国石油化工股份有限公司 一种多级孔金属有机骨架材料及其制备方法和应用
CN115400763A (zh) * 2022-09-02 2022-11-29 上海盛剑环境系统科技股份有限公司 用于co2加氢制备高级醇的催化剂及其催化剂的制备方法和应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101722055A (zh) * 2008-10-28 2010-06-09 中国石油化工股份有限公司 硫化型催化剂的制备方法
CN104841458A (zh) * 2015-05-05 2015-08-19 中国石油大学(华东) 一种负载型硫化态加氢催化剂及其制备方法
CN105289732A (zh) * 2015-10-22 2016-02-03 大连理工大学 Mof固载金属过氧化物催化剂
CN114181398A (zh) * 2020-09-15 2022-03-15 中国石油化工股份有限公司 一种多级孔金属有机骨架材料及其制备方法和应用
CN113117688A (zh) * 2021-04-22 2021-07-16 福州大学 一种mof前驱体钼镍催化剂、其制备方法以及其在木质素降解中的应用
CN115400763A (zh) * 2022-09-02 2022-11-29 上海盛剑环境系统科技股份有限公司 用于co2加氢制备高级醇的催化剂及其催化剂的制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN115869985A (zh) 2023-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20010014690A (ko) 카보닐 및 질소를 갖는 유기 화합물로 이루어진수소화처리 촉매의 황화방법
CN109289876B (zh) 一种深度脱硫催化剂及其制备方法和应用
JPWO2004054712A1 (ja) 軽油の水素化処理触媒及びその製造方法並びに軽油の水素化処理方法
WO2011103699A1 (zh) 一种加氢精制催化剂制备方法
CN104841458A (zh) 一种负载型硫化态加氢催化剂及其制备方法
JPH08259960A (ja) 亜鉛により活性化された炭素担持金属硫化物触媒を使用する炭化水素油の水素化脱芳香族法
CN102994142B (zh) 一种裂解汽油加氢精制的方法
CN105126815A (zh) 一种劣质重油悬浮床加氢催化剂及其制备和使用方法
CN112705210A (zh) 一种加氢精制催化剂及其制备方法
CN109647442A (zh) 完全硫化型加氢精制催化剂及其制备方法、馏分油加氢精制方法
CN101590437B (zh) 加氢催化剂的器外预硫化方法
JP4482653B2 (ja) 接触分解ガソリンの水素化処理触媒
CN1237150C (zh) 一种硫化型加氢催化剂及其制备方法
CN115869985B (zh) 一种原子分散Mo改性的负载型硫化态加氢催化剂及其制备方法与应用
CN112705246A (zh) 一种脱硫脱芳烃催化剂及其制备方法
CN115999585B (zh) 一种原子分散Mo为助剂的负载型硫化态加氢催化剂及其制备方法与应用
CN116060082B (zh) 一种多环芳烃加氢催化剂及其制备方法
CN109794265A (zh) 硫化型加氢精制催化剂及其制备方法、馏分油加氢精制方法
CN112691681B (zh) 富芳轻质馏分油选择性加氢催化剂及其制备方法和应用
CN115845866A (zh) 一种加氢精制催化剂制备方法
CN115337939B (zh) 硫化态芳烃饱和催化剂及其制备方法、馏分油加氢精制方法
JP2010214297A (ja) 重質原油と残油の脱メタル用カーボン担体触媒
CN111715232B (zh) 一种负载型加氢催化剂及其制备方法与应用
CN111378489B (zh) 一种加氢装置的开工方法
CN111298811A (zh) 绿色环保型预硫化重整预加氢催化剂及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant