CN1676214A - 一种选择加氢、单烯烃异构催化剂、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于选择加氢,单烯烃异构的催化剂,载体为氧化铝,活性组成中含有钯,其特征在于:催化剂比表面积80~120m2/g,比孔容0.4~0.8ml/g;活性成分的重量百分含量为:Pd 0.2~0.3%,助剂X1 1~5%,助剂X2 0~5%,其中X1选自B、P、Si中之一种或多种,X2选自第一主族和第二主族元素之一种或多种。本发明还提供了该催化剂制备方法和应用。该催化剂适用于C4~C5选择加氢、单烯烃异构,尤其适合碳四选择加氢除丁二烯、1-丁烯转化为2-丁烯,催化剂起始温度低,加氢性能好,丁二烯加氢率99%以上,正丁烯异构率最高可达到70%以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于选择加氢,单烯烃异构的催化剂,尤其适合碳四用选择加氢除丁二烯、1-丁烯转化为2-丁烯的催化剂、制备方法及其应用。
背景技术
随着炼油能力的迅速扩大,经烃类蒸汽裂解过程,FCC产生相当数量的副产碳四,丁烯烷基化是炼油厂生产优质汽油的主要工艺。此过程中,由异丁烷和丁烯在硫酸和氢氟酸的作用下生成异构烷烃混合物,它是优质高辛烷值汽油的理想调和组分,饱和蒸汽压适中、无烯烃、无硫、无苯及芳香化合物、清洁。随着人们环保意识的不断提高,迫切要求减少或停止使用汽油添加剂MTBE,对高辛烷值汽油需求增长,烷基化工艺的重要性日益突出,需扩大生产,提高烷基化工艺。来自蒸汽裂解过程、FCC的烷基化原料中一般含有0.2%~2.0%的丁二烯,必须经过选择加氢除掉丁二烯,降低硫酸的消耗量,减少酸溶剂生成,有效地降低烷基化油的干点,减少了因酸腐蚀设备而造成的经济损失,同时将70%左右1-丁烯异构化为2-丁烯,提高烷基化油的辛烷值(2-丁烯烷基化油辛烷值高于1-丁烯2~3个单位)。
在含有异丁烷、正丁烷、反丁烯、正丁烯、异丁烯、顺丁烯、丁二烯的混合原料中,加氢除丁二烯,同时将1-丁烯异构化为2-丁烯,此工艺一般常用贵金属催化剂,如:Pd催化剂,催化剂载体有Al2O3、SiO2等,采用液相固定床加氢反应。目前面临的主要问题是提高催化剂的异构化率,降低丁烯加氢损失,降低聚合反应,提高催化剂稳定性。
由于Pd本身活性极强,而这又是引发不饱和烃齐聚反应的重要原因,因此研究人员针对Pd单金属催化剂的缺点,进行了一系列的改进。美国专利U.S.P 3531545研究中发现,碳四烃加氢存在两个主要问题即:丁烯加氢损失较大,丁二烯聚合反应致使催化剂活性降低。为解决此问题,他们在原料中加入硫化物,钝化催化剂活性,大大降低了催化剂活性,催化剂需在较高温度163~190℃反应,不利于1-丁烯异构化为2-丁烯的热力学平衡。U.S.P3772440,U.S.P4132745又不断改进硫化物钝化催化剂的方法,但仍避免不了降低催化剂要在较高温度下反应,影响异构化性能。U.S.P3485887研究中,提到用含尖晶石铝酸锂20~40%的Al2O3为载体的钯催化剂,但丁二烯加氢率低,丁烯加氢损失大。用添加第二金属助催化组分来改善催化剂活性、选择性和稳定性的研究也越来越多,如JP04108540、US6245220、US6239322、EP564329、CN1084222C、CN1107547C等,但大多助催化组分为Ag、Cu、Pb、Ni、Cr、Zn、Sn。US5489565中采用碱金属氟化物如KF来修饰Al2O3载体制得Pd-Ag双金属催化剂,结果显示催化剂具有良好的稳定性,加氢条件也较为缓和。
发明内容
本发明的目的是开发一种适用于C4~C5选择加氢、单烯烃异构,尤其适合碳四选择加氢除丁二烯、1-丁烯转化为2-丁烯的催化剂、制备方法及其应用,催化剂起始温度低,加氢性能好,丁二烯加氢率大于99%以上,正丁烯异构率最高达到70%以上。
本发明所述催化剂,是以α、δ混合晶型氧化铝作载体,其比表面积80~120m2/g,比孔容0.4~0.8ml/g。活性成分的重量百分含量为:Pd 0.2~0.4%,助剂X1 1~5%,助剂X2 0~5%,最好为1.6~3.4%,其中X1选自B、P、Si中之一种或多种,X2选自第一主族和第二主族元素之一种或多种。
本发明的催化剂并不特别限制催化剂的形状,较好的形状是直径为2~3mm的球状或为φ2×5mm的三叶挤条,这可以通过挤条、滚球得到。
本发明还推荐一种制备该催化剂的方法,催化剂采用浸渍法制备。在载体制备过程中加入助剂,即氢氧化铝粉与助剂X1或和X2混合成型后,烘干、焙烧后再进一步浸渍钯,经焙烧活化后即得催化剂。还可以是氢氧化铝粉与助剂X1混合成型后,烘干、焙烧后再浸渍助剂X2、再经烘干、焙烧后再进一步浸渍钯。
催化剂的载体是由拟薄水铝石结构的氢氧化铝粉制成。原料氢氧化铝粉可以用硝酸法或快脱法制备。催化剂酸性助剂X1选自B、P、Si中之一种或多种,特别是磷,最好是在载体制备过程中加入的,即原料氢氧化铝粉与硅酸、磷酸、硼酸、有机酸,硝酸、水混合成型后,烘干、焙烧,得到比表面积、比孔容适宜的载体。推荐的条件是在120℃烘干,然后350~1200℃焙烧4~6小时,X1加入量的重量百分比为1~5%(以下同)。本发明的催化剂中引入酸性助剂X1,是为了调节了载体酸碱性,提高催化剂异构化性能。
本发明的催化剂中还可引入第一主族元素和第二主族元素如:钾、钠、锂、镁、锶等,做为催化剂助剂X2。催化剂上第一主族元素和第二主族元素组分的上载量较好的是在1.6~3.4%之间。催化剂助剂X2可以是在浸渍钯活性组分之前加入,也可以是在氧化铝成型过程中直接加入。较好的方法是通过将其盐溶液以浸渍方式把第一主族元素X2组分加入到焙烧好的载体上,干燥、焙烧,最好在800~1200℃下焙烧,时间最好为4~6小时,再浸渍钯活性组分,所得催化剂活性高,稳定性好。
催化剂活性组分为钯,其重量含量0.2~0.4%为宜,较好的是通过浸渍方式把钯组分加入到催化剂上。本发明中的催化剂是把已成型、焙烧好的含有X1或和X2的氧化铝载体浸入到钯溶液中浸渍,负载毕除去余液,用蒸馏水洗涤,然后陈化、干燥、焙烧活化。焙烧活化温度最好为400~550℃,时间最好为4~6小时。
本发明催化剂的特点在于催化剂活性高、稳定性高,在长周期运转中,活性基本不变。
本发明还提供一种该催化剂应用方法,即在用于C4烷基化原料预加氢时,较好的加氢条件为:压力1.5~2.5MPa,空速3.5~6.0h-1,氢与丁二烯摩尔比4~10.0∶1,温度50~80℃。
本发明的催化剂起始温度低,有利于1-丁烯异构化为2-丁烯的热力学平衡,催化剂运转1000小时,催化剂活性稳定,丁二烯加氢率大于99%,正丁烯异构率最高可达到70%以上,丁烯加氢损失率小于3%,无聚合物生成,裂化率忽略不记。
在本发明中
具体实施方式
实施例1
用硝酸法或快脱法制备的原料氢氧化铝粉与硝酸、硅溶胶、水混合捏合,挤条成型后,在120℃烘干,然后880℃焙烧5小时,将1kg载体浸入至PdCl2溶液中,煮沸20分钟,除去余液,用蒸馏水洗涤后,陈化、干燥并470℃焙烧,得本发明的含硅2.5%、钯0.32%的催化剂。其物性指标为:
比表面(m2/g) | 孔容积(ml/g) | 侧压强度(N/cm) |
115 | 0.65 | ≮30 |
将该催化剂用于C4烷基化原料预加氢。加氢工艺条件是压力2.0MPa,空速4.0h-1,氢与丁二烯比8∶1(mol),温度70℃。催化剂装填量50ML,等温床。评价结果为:
丁二烯加氢率大于99.8%,正丁烯异构率达到60.6%,丁烯加氢损失率0%。
实施例2
用硝酸法或快脱法制备的原料氢氧化铝粉与硝酸、磷酸、水混合捏合,挤条成型后,在120℃烘干,然后1150℃焙烧5小时,其余制备过程同实施例1,得含P 2.5%、钯0.3%的催化剂。其物性指标为:
比表面(m2/g) | 孔容积(ml/g) | 侧压强度(N/cm) |
92 | 0.56 | ≮30 |
评价工艺同实施例1,评价结果为:
丁二烯加氢率大于99.8%,正丁烯异构率达到69.5%,丁烯加氢损失率0%。
实施例3
用硝酸法或快脱法制备的原料氢氧化铝粉与硝酸、硼酸、水混合捏合,挤条成型后,在120℃烘干,然后1150℃焙烧5小时,其余制备过程同实施例1,得含B 2.5%、钯0.3%的催化剂。其物性指标为:
比表面(m2/g) | 孔容积(ml/g) | 侧压强度(N/cm) |
108 | 0.68 | ≮30 |
评价工艺同实施例1,评价结果为:
丁二烯加氢率大于99.8%,正丁烯异构率达到64.4%,丁烯加氢损失率0.72%。
实施例4
用硝酸法或快脱法制备的原料氢氧化铝粉与硝酸、磷酸、硼酸、水混合捏合,挤条成型后,在120℃烘干,然后1150℃焙烧5小时,其余制备过程同实施例1,得含P 2.5%、B 2.2%、钯0.3%的催化剂。其物性指标为:
比表面(m2/g) | 孔容积(ml/g) | 侧压强度(N/cm) |
102 | 0.68 | ≮30 |
评价工艺同实施例1,评价结果为:
丁二烯加氢率大于99.8%,正丁烯异构率达到71.0%,丁烯加氢损失率0.9%。
实施例5
用硝酸法或快脱法制备的原料氢氧化铝粉与硝酸、磷酸、水混合捏合,挤条成型后,在120℃烘干,然后450℃焙烧5小时,用柠檬酸锶溶液饱和浸渍载体,120℃烘干,然后1150℃焙烧5小时,将1kg载体浸入至PdCl2溶液中,煮沸20分钟,除去余液,用蒸馏水洗涤后,陈化、干燥并470℃焙烧,得含P 2.5%、锶2.0%、钯0.35%的催化剂。其物性指标为:
比表面(m2/g) | 孔容积(ml/g) | 侧压强度(N/cm) |
105 | 0.65 | ≮50 |
评价工艺同实施例1,评价结果为:
丁二烯加氢率大于99.8%,正丁烯异构率达到75.1%,丁烯加氢损失率0%。
实施例6
用硝酸法或快脱法制备的原料氢氧化铝粉与硝酸、磷酸、水混合捏合,挤条成型后,在120℃烘干,然后650℃焙烧5小时,用柠檬酸钾溶液饱和浸渍载体,120℃烘干,然后1100℃焙烧5小时,将1kg载体浸入至PdCl2溶液中,煮沸20分钟,除去余液,用蒸馏水洗涤后,陈化、干燥。480℃焙烧,得含P2.5%、K1.8%、钯0.28%的催化剂。其物性指标为:
比表面(m2/g) | 孔容积(ml/g) | 侧压强度(N/cm) |
101 | 0.65 | ≮30 |
加氢工艺条件是压力1.8MPa,空速6.0h-1,氢与丁二烯比7(mol),温度75℃。催化剂装填量50ML,等温床。评价结果为:
丁二烯加氢率大于99.8%,正丁烯异构率达到76.7%,丁烯加氢损失率0.26%
实施例7
用硝酸法或快脱法制备的原料氢氧化铝粉与硝酸、硼酸、水混合捏合,挤条成型后,在120℃烘干,然后450℃焙烧5小时,用柠檬酸钾、柠檬酸镁溶液饱和浸渍载体,120℃烘干,然后1150℃焙烧5小时,将1kg载体浸入至PdCl2溶液中,煮沸20分钟,除去余液,用蒸馏水洗涤后,陈化、干燥。480℃焙烧,得含B 2.5%、K 1.0%、镁0.7%、钯0.28%的催化剂。其物性指标为:
比表面(m2/g) | 孔容积(ml/g) | 侧压强度(N/cm) |
101 | 0.65 | ≮30 |
加氢工艺条件是压力1.6MPa,空速5.0h-1,氢与丁二烯比5(mol),温度65℃。催化剂装填量50ML,等温床。评价结果为:
丁二烯加氢率大于99.8%,正丁烯异构率达到81.6%,丁烯加氢损失率0%
对比例1
用硝酸法或快脱法制备的原料氢氧化铝粉与硝酸、水混合捏合,挤条成型后,在120℃烘干,然后1150℃焙烧5小时,其余制备过程同实施例1,得含钯0.3%的催化剂。其物性指标为:
比表面(m2/g) | 孔容积(ml/g) | 侧压强度(N/cm) |
105 | 0.55 | ≮40 |
工艺同实施例1。评价结果为:
丁二烯加氢率99.5%,正丁烯异构率50.1%,丁烯加氢损失率2.5%。
对比例2
用硝酸法或快脱法制备的原料氢氧化铝粉与硝酸、水混合捏合,挤条成型后,在120℃烘干,然后450℃焙烧5小时,用柠檬酸钾、柠檬酸镁溶液饱和浸渍载体,120℃烘干,然后1150℃焙烧5小时,将1kg载体浸入至PdCl2溶液中,煮沸20分钟,除去余液,用蒸馏水洗涤后,陈化、干燥。480℃焙烧,得含K 1.0%、镁0.7%、钯0.28%的催化剂。其物性指标为:
比表面(m2/g) | 孔容积(ml/g) | 侧压强度(N/cm) |
106 | 0.62 | ≮230 |
加氢工艺条件是压力1.6MPa,空速5.0h-1,氢与丁二烯比5(mol),温度65℃。催化剂装填量50ML,等温床。评价结果为:
丁二烯加氢率大于99.8%,正丁烯异构率达到56.2%,丁烯加氢损失率1.1%。
Claims (10)
1、一种用于选择加氢,单烯烃异构的催化剂,载体为α、δ混合晶型氧化铝,活性组成中含有钯,其特征在于:
a、催化剂比表面积80~120m2/g,比孔容0.4~0.8ml/g;
b、活性成分的重量百分含量为:Pd 0.2~0.4%,助剂X1 1~5%,助剂X2 0~5%,其中X1选自B、P、Si中之一种或多种,X2选自第一主族和第二主族元素之一种或多种。
2、根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于:助剂X1为P。
3、根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于:助剂X2为钾、钠、锂、镁、锶中的一种或多种,重量百分含量为1.6~3.4%。
4、一种权利要求1所述的催化剂的制备方法,其特征在于:在载体制备过程中加入助剂,即氢氧化铝粉与助剂X1或和X2混合成型后,烘干、焙烧后再进一步浸渍钯,经焙烧活化后即得催化剂。
5、根据权利要求4所述的催化剂的制备方法,其特征在于:氢氧化铝粉与助剂X1混合成型后,烘干、焙烧后再浸渍助剂X2、再经烘干、焙烧后再进一步浸渍钯,经焙烧活化后即得催化剂。
6、根据权利要求4所述的催化剂的制备方法,其特征在于:载体的焙烧温度为在350~1200℃下焙烧。
7、根据权利要求5所述的催化剂的制备方法,其特征在于:含有助剂X1的载体在350~670℃温度下焙烧后加入助剂X2。
8、根据权利要求5所述的催化剂的制备方法,其特征在于:浸渍助剂X2后进行干燥、焙烧,焙烧温度为800~1200℃。
9、根据权利要求4或5所述的催化剂的制备方法,其特征在于:浸渍钯后进行陈化、干燥、焙烧活化,焙烧活化温度为400~550℃。
10、一种权利要求1所述的催化剂的应用方法,其特征在于:用于C4烷基化原料加氢工艺时,加氢条件为:压力1.5~2.5MPa,空速3.5~6.0h-1,氢与丁二烯摩尔比4~10.0∶1,温度50~80℃。
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