CN1147576C - 一种石油蜡加氢精制催化剂及其制备方法 - Google Patents
一种石油蜡加氢精制催化剂及其制备方法Info
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Abstract
本发明公开了一种石油蜡加氢精制催化剂及其制备方法。首先制备出新型γ-Al2O3，金属(如Mo)在该γ-Al2O3表面上的化学分散量要比用普通方法制得的γ-Al2O3上的分散量高出60～120%，而孔直径更大，孔分布更集中。同时制备出高金属浓度、高稳定性的Mo-Ni-P溶液。将γ-Al2O3用该溶液在室温下浸渍，经过滤、烘干和焙烧等步骤，制得MoNiP/Al2O3石油蜡加氢精制催化剂。
Description
本发明涉及一种加氢精制催化剂的制备方法，尤其是一种高活性石油蜡加氢精制催化剂的制备方法。
石油蜡料通常含有少量有害物质如某些对人体有害的芳香族化合物(单环芳烃和多环芳烃如苯并芘等)以及某些有色及不安定组分等。石油蜡加氢精制的主要目的是通过加氢以去除石油蜡料中所含的有色、不安定以及对人体有害的物质。因此需要一种高效的催化剂。要求该催化剂既有很高的加氢饱和性能，又有很高的脱除芳香族有机化合物的能力。
石油蜡加氢精制催化剂主要以VIII族(Ni或Co)和VIB族(Mo或W)金属元素为活性组分，以γ-Al2O3或SiO2-Al2O3为载体。一般认为：石油蜡料分子较大，因此，理想的石油蜡加氢精制催化剂应有很高的加氢精制性能，即活性金属在催化剂表面上有高分散度、大分散量和良好的分散状态。为了有利于反应过程中，反应物和反应产物分子的扩散，要求催化剂有较大的孔径和较集中的孔分布。此外，催化剂(载体)的机械强度应足够高。
美国专利USP 4,186,078通过加入大量硅到载体中(含SiO25～25w％)来制备SiO2-Al2O3载体，以保证载体有较大比表面、较大孔径和较集中的孔分布。为了降低催化剂的酸性，在制备载体的过程中加入0.2～5w％的碱金属。该方法的不足之处是：金属在载体上的分散量不够高，只有12.5～19.1w％(以MoO3计)，因而加氢精制活性不高。中国专利CN 1085594A也采用高含硅的SiO2-Al2O3(含SiO25～10w％)作载体。与美国专利USP 4,186,078不同之处在于：在制备过程中加入H3PO4来降低载体(催化剂)的酸性。该方法具有与美国专利USP 4,186,078同样的缺点。
本发明的目的是制备既具有高金属含量，高金属分散度和良好的金属分散状态，同时还有较大的催化剂孔径的高活性石油蜡加氢精制催化剂。该催化剂同样应具有优良的孔结构以及较高的机械强度。
为了提高催化剂的加氢精制反应活性，要求：(1)、金属在γ-Al2O3表面上有较高分散度和较大分散量，因而要求其化学分散量应更大。而这种化学分散量是由γ-Al2O3载体的表面性质所决定的；(2)、较大催化剂孔径更有利于反应物及产物分子在精制反应过程中的扩散，这不但需要通过控制载体制备过程来解决，而且还需要借助于某些添加剂的作用。
本发明提供了一种石油蜡加氢精制催化剂，它和其它石油馏分加氢处理催化剂有许多共同之处：主要以VIII族和VIB族金属元素为活性组分，以γ-Al2O3或SiO2-Al2O3为载体。其特征在于催化剂中载体γ-Al2O3具有如下性质：
(1)、MoO3在其表面上的化学分散量可达23～30w％，要比采用普通方法制得的γ-Al2O3高出60～120％。(2)、比表面积为280～380m2/g，比采用普通方法制备的γ-Al2O3要高出40％以上；(3)、平均孔直径为9.0～13.0nm；孔容为0.65～0.80ml/g。
上述γ-Al2O3载体的制备要点是：(1)、在制备γ-Al2O3前身物时，引入某些添加剂，以进一步增大γ-Al2O3的孔径；(2)、在焙烧γ-Al2O3前身物时，采用“三段恒温焙烧”程序以控制γ-Al2O3的结构和表面性质，从而改善最终γ-Al2O3产品的物化性质，使其具有较大的金属化学分散量。
本发明γ-Al2O3载体的制备过程是：把一水氧化铝，即α-AlO(OH)(含三水氧化铝＜3w％)和添加剂、胶溶酸一起混合、捏合，成可塑状，在挤条机上挤条成型，干燥。然后按本发明的“三段恒温焙烧”程序制成γ-Al2O3载体。
本发明γ-Al2O3载体的具体制备步骤是：
(1)、称取含一水氧化铝(含三水氧化铝＜2w％)干胶粉100～350g，加入磷酸(85％)2～7ml和适量的硝酸溶液，充分混捏直至成为可塑状；(2)、在挤条机上挤成三叶草或条形；(3)、成型后的湿条在105～130℃下干燥2～4小时；(4)、然后置于高温炉中，以2～5℃/分钟速度升温至150～270℃，并在该温度下恒温焙烧0.5～3.0小时。接着以2～5℃/分钟速度升温至300～495℃，并在该温度下恒温焙烧2.0～5.0小时。最后以2～5℃/分钟速度升温至520～700℃，并在该温度下恒温焙烧1.0～3.0小时。
本发明的加氢处理催化剂具有如下性质：
(1)、金属含量为MoO323～30w％，NiO 4.5～6.0w％，P2.5～4.5w％。
(2)、比表面积为130～180m2/g；孔容为0.27～0.38ml/g；平均孔直径为8.0～13.0nm。
(3)、活性组分Mo-Ni-P在催化剂表面上不但有较大的分散量和较高的分散度，而且有较佳的分散状态，因而加氢精制活性更高。
本发明石油蜡加氢精制催化剂制备要点如下：以γ-Al2O3(或SiO2-Al2O3)为载体；以Mo-Ni-P溶液为浸渍液，采取一步浸渍法制备MoNiP/Al2O3催化剂前体，然后采用“三段恒温焙烧法”制备催化剂，即在浸渍并干燥之后，将催化剂前体分别在160～205℃，282～371℃和388～499℃下进行恒温焙烧，制成石油蜡加氢精制催化剂。
上述焙烧过程中，初始升温速度及每两个恒温焙烧段之间的升温速度为2～5℃/分钟。第一恒温段焙烧时间为0.5～2.0小时，第二恒温段焙烧时间为0.5～2.0小时，第三恒温段为2.0～5.0小时。
上述的Mo-Ni-P溶液，具有以下性质：(1)、每100ml溶液含MoO338.46～55g，NiO8～10g。P/MoO3重量比为0.08～0.18；(2)、如果需要，该溶液可继续加热浓缩至更高的浓度。(3)、该溶液在室温下可保持长期稳定，不产生混浊或沉淀。
该Mo-Ni-P溶液的制备要点是：按溶液浓度要求将所需的磷酸加入水中，制成磷酸水溶液。将上述磷酸水溶液加入到所需量的氧化钼中。将该体系在搅拌下升温加热至微沸，并加热至氧化钼大部分溶解。将体系温度降至60～70℃，加入需要量的碱式碳酸镍。再次升温加热至微沸，并加热至碱式碳酸镍全部溶解。最后缓慢加热蒸发，除去多余的水分使溶液浓缩，制得高浓度、高稳定性的Mo-Ni-P溶液。
本发明制备Mo-Ni-P溶液的步骤如下：
(1)、在搅拌下将磷酸水溶液加入氧化钼中。加热升温至微沸并加热至氧化钼全部或大部分溶解。
(2)、上述溶液降温至60～70℃后，加入碱式碳酸镍。放置15分钟后再升温至微沸并加热至碱式碳酸镍及剩余氧化钼全部溶解。降至室温后过滤以除掉不溶性杂质。
(3)、将上述溶液加热浓缩至所需要的浓度。
本发明的优点是：
(1)、本发明简便易行。通过控制焙烧步骤和焙烧温度来控制载体γ-Al2O3的表面性质和改善活性金属在MoNiP/Al2O3催化剂表面上的分散状态；在载体制备过程中，通过加入添加剂以进一步增大载体(因而也是催化剂)的孔径，从而达到提高MoNiP/Al2O3催化剂的石蜡加氢精制活性。
(2)、本发明所制的γ-Al2O3载体具有较高的金属化学分散量，比用普通方法制得的γ-Al2O3要高出60～120％。
(3)、本发明所制γ-Al2O3载体的平均孔径可以在较大范围内(9.0～13.0nm)变动，因而可以满足制备石油蜡加氢精制催化剂对孔径的要求。
(4)、本发明所制Mo-Ni-P溶液，组成合理，浓度高并且能够长期稳定。因此，活性金属在所制的MoNiP/Al2O3催化剂表面上不但有较高含量，而且有较高的分散度和良好的分散状态，有利于提高该催化剂的加氢精制活性。
(5)、本发明的MoNiP/Al2O3石油蜡加氢精制催化剂，其加氢精制反应活性比用普通方法制得的催化剂要高。
为进一步说明本发明诸要点，列举以下实施例和比较例。
实施例1
(1)、γ-Al2O3载体的制备
秤取一水氧化铝干胶粉(含2w％三水氧化铝)200g，加入3.0mlH3PO4(85％)，5.0g硅溶胶(含SiO2 30w％)，158ml 3％HNO3和适量的H2O。充分混合、捏合成可塑状后挤成三叶草条状(φ＝1.4mm)。空气中干燥过夜后，在于110℃下烘干2小时。
将干燥样品置于高温炉中，以每分钟3℃速度升温至200℃，并在该温度下恒温焙烧1.0小时。接着以每分钟3℃速度升温至468℃并在该温度下恒温焙烧3.0小时，再以每分钟3℃速度升温至600℃并在该温度下恒温焙烧2.0小时。
(2)、Mo-Ni-P溶液的配制
将15ml磷酸(85％)溶于600ml水中。在搅拌下将溶液加入到100g氧化钼中。升温至微沸并加热3小时至氧化钼大部分溶解。降温至60～70℃，在搅拌下缓缓加入碱式碳酸镍60g，再升温至微沸并加热3小时，至沉淀物全部溶解，过滤。将滤液浓缩至260ml。
(3)、MoNiP/Al2O3催化剂制备
称取γ-Al2O3100g，加入150ml按照实施例1(2)制备的Mo-Ni-P溶液。在室温下浸渍4小时后，滤出多余溶液。湿催化剂在空气中干燥过夜后，在120℃下烘干2小时。干燥后的样品以3℃/分钟速度升温至190℃，恒温焙烧1小时。再以3℃/分钟速度升温至368℃，恒温焙烧1小时。最后以3℃/分钟速度升温至490℃，恒温焙烧4小时。
实施例2
(1)、γ-Al2O3载体的制备
秤取一水氧化铝干胶粉(含2w％三水氧化铝)200g，加入4.5ml H3PO4，5.0g硅溶胶(含SiO2 30w％)，158ml 3％HNO3和适量的H2O。充分混合、捏合成可塑状后挤成三叶草条状(φ＝1.4mm)。空气中干燥过夜后，在110℃下烘干2小时。
将干燥样品置于高温炉中，以每分钟3℃速度升温至210℃，并在该温度下恒温焙烧1.0小时。接着以每分钟3℃速度升温至480℃并在该温度下恒温焙烧3.0小时，再以每分钟3℃速度升温至580℃并在该温度下恒温焙烧2.0小时。
(2)、Mo-Ni-P溶液的配制
同实施例1(2)。
(3)、MoNiP/Al2O3催化剂制备
同实施例1(3)。
实施例3
(1)、γ-Al2O3载体的制备
制备同实施例2(1)
(2)、Mo-Ni-P溶液的配制
同实施例1(2)。但滤液最后浓缩为230ml。
(3)、MoNiP/Al2O3催化剂制备
同实施例1(3)。
比较例1
(1)、载体的制备
将含有Al2O3 5g/100ml的AlCl3溶液10L与含有SiO2 5g/100ml的酸化水玻璃0.5L混合，将PH值调至2.8，保持15℃，静置2小时。然后用温度为15℃，浓度为9％的氨水中和上述溶液。控制氨水流量，使反应接触时间为10分钟，总反应时间为90分钟，物料PH为7.8。减压过滤。滤饼用蒸馏水洗涤3次。洗涤温度为25℃，洗涤时间为40分钟。对应于1kg Al2O3干基的湿凝胶量，加入81g 53％的H3PO4溶液和190ml 33％HNO3，室温下搅拌2小时，制成溶胶。将溶胶由滴头滴下，通过油氨柱(室温)。制成的湿球在5％氨水中浸泡3小时。然后将湿球在90℃下烘干3小时，在620℃下焙烧4小时。
(2)、催化剂制备
称取由(1)所制得的γ-Al2O3小球200g，于抽滤瓶中抽气1小时后加入含MoO3 25g/100ml，NiO 6.0g/100ml的钼酸铵和硝酸镍氨水溶液400ml，浸渍1小时后过滤。催化剂前体在120℃下烘干3小时，在530℃下焙烧3小时。
比较例2
步骤与比较例1相同。53％的H3PO4溶液用量改为120g。
以上各例载体及催化剂的物化性质分别列于表1和表2中。各例催化剂活性评价结果如表3所示。评价催化剂活性所用原料为60号蜡料(大庆原油)。反应工艺条件为：LHSV 0.8h-1，反应压力(氢压)6.0MPa，反应温度270℃，氢/蜡比(体)为300∶1。评价催化剂用含二硫化碳2V％的航空煤油馏分在230℃，260℃和300℃下分别硫化8小时。硫化完毕，换进原料蜡，稳定8小时后开始进行试验。
表1各例载体γ-Al2O3的物化性质
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例1 | 比较例2 | |
| 化学组成，w％SiO2PAl2O3 | 1.900.83余量 | 1.901.38余量 | 1.901.38余量 | 7.402.0余量 | 7.382.7余量 |
| 化学分散量，MoO3 w％ | 26.5 | 27.1 | 27.0 | 17.5 | 18.6 |
| 比表面，m2/g总孔容，ml/g机械强度 | 3000.70138 N/cm(φ＝1.2mm条) | 2900.80136N/cm(φ＝1.2mm条) | 2900.78140N/cm(φ＝1.2mm条) | 2420.5892N/粒 | 2480.6091N/粒 |
| 孔分布，v％＜4.0nm4.0～15.0nm＞15.0nm平均孔径，nm | 9.285.35.510.1 | 8.086.06.011.0 | 7.586.06.510.8 | 24.074.02.09.60 | 25.672.02.49.70 |
表2各例催化剂的物化性质比较
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例1 | 比较例2 | |
| 化学组成，w％MoO3NiOPSiO2 | 23.64.62.71.5 | 23.64.63.51.5 | 26.65.03.51.4 | 19.04.61.35.2 | 20.24.61.95.1 |
| 比表面，m2/g总孔容，ml/g机械强度孔分布，v％＜4.0nm4.0～15.0nm＞15.0nm平均孔径，nm | 1550.36180N/cm(φ＝1.2m条)7.886.16.19.29 | 1500.38180N/cm(φ＝1.2mm条)7.674.55.810.1 | 1480.34180N/cm(φ＝1.2mm条)7.385.86.910.0 | 2410.4860N/粒23.872.43.87.97 | 2460.4661N/粒25.771.33.07.48 |
表3各例催化剂的活性评价结果
| 原料蜡 | 精制蜡产品性质 | |||||
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例1 | 比较例2 | ||
| 熔点，℃ | 60.9 | 60.8 | 60.9 | 60.9 | 60.7 | 60.7 |
| 含油量，w％ | 0.23 | 0.23 | 0.23 | 0.23 | 0.24 | 0.25 |
| 颜色，号 | +14 | +30 | +30 | +30 | +30 | +30 |
| 光安定性，号 | 6 | 3 | 2～3 | 2 | 4 | 4 |
| 易碳化物 | 不合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 紫外消光值(简易FDA)280～289nm290～299nm | 0.2900.2190.2900.219 | 0.0200.0100.0200.010 | 0.0160.0080.0360.026 | 0.0110.0030.0220.013 | 0.0590.0320.0590.032 | 0.0570.0300.0570.030 |
由表1可见：与比较例的载体γ-Al2O3相比，本发明的载体γ-Al2O3具有较大的孔径。更重要的是，本发明的载体γ-Al2O3具有大得多的化学分散量，有利于更多的活性组分(Mo、Ni)在其表面上分散。
由表2可见：(1)、与比较例相比，本发明催化剂活性金属(Mo、Ni)的含量较高，有利于提高催化剂的加氢精制活性；(2)、本发明的催化剂同样具有较大的孔径和较集中的孔分布等特点。
由表3可见：(1)、本发明催化剂对石油蜡加氢具有优良效果。与比较例催化剂相比，精制蜡的光安定性至少低(优于)一个号(实施例1)。精制蜡(实施例1、2)在280～289nm及290～299nm处的紫外光吸收值(表征蜡中芳香烃含量的高低)，均比比较例低得多。说明本发明催化剂具有很高的对芳香烃的饱和性能及对石油蜡的精制性能；(2)、在γ-Al2O3制备过程中进一步增加添加剂含量(H3PO4加入量由3.0ml增加到4.5ml)，可使载体(也使催化剂)的孔径更大，因而所制得的催化剂(实施例2)活性更高(比实施例1)；
(3)、进一步提高活性金属含量(实施例3)，催化剂的加氢精制活性进一步提高，光安定性比比较例低(优于)两个号，而紫外光吸收值则更进一步降低。
Claims (5)
1.一种石油蜡加氢精制催化剂，以VIII族和VIB族金属元素中的Ni和Mo为活性组分，以γ-Al2O3为载体，其特征在于催化剂中载体γ-Al2O3具有如下性质：含磷0.5～1.5w％，MoO3在其表面上的化学分散量为23～30w％；所说的载体γ-Al2O3比表面积为280～380m2/g；平均孔直径为9.0～13.0nm；孔容为0.65～0.80ml/g。
2.按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于催化剂具有如下性质：
(1)、金属含量为MoO323～30 w％，NiO4.5～6.0w％，P2.5～4.5w％；
(2)、比表面积为130～180m2/g；孔容为0.27～0.38ml/g；平均孔直径为8.0～13.0nm；
3.一种权利要求1所述催化剂的制备方法，其特征在于以γ-Al2O3为载体、以Mo-Ni-P溶液为浸渍液，采取一步浸渍法制备MoNiP/Al2O3催化剂前体，然后采用“三段恒温焙烧法”制备催化剂，所说的“三段恒温焙烧法”即在浸渍并干燥之后，将催化剂前体分别在160～205℃，282～371℃和388～499℃下进行恒温焙烧；所说的γ-Al2O3载体的制备过程是：把一水氧化铝和添加剂磷酸、胶溶酸一起混合、捏合，成可塑状，在挤条机上挤条成型，干燥，然后按“三段恒温焙烧”程序制成γ-Al2O3载体，其中“三段恒温焙烧”程序为：在高温炉中，以2～5℃/分钟速度升温至150～270℃，并在该温度下恒温焙烧0.5～3.0小时，接着以2～5℃/分钟速度升温至300～495℃，并在该温度下恒温焙烧2.0～5.0小时，最后以2～5℃/分钟速度升温至520～700℃，并在该温度下恒温焙烧1.0～3.0小时；所说的Mo-Ni-P溶液，具有以下性质：每100ml溶液含MoO338.46～55g，NiO8～10g，P/MoO3重量比为0.08～0.18。
4.按照权利要求3所述的催化剂，其特征在于所说的胶溶剂为硝酸。
5.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于所说的“三段恒温焙烧”程序中，第一恒温段焙烧时间为0.5～2.0小时，第二恒温段焙烧时间为0.5～2.0小时，第三恒温段为2.0～5.0小时。
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