负载型加氢催化剂载体对中间馏分油HDS活性的影响

论文摘要

中间馏分油是车用柴油的重要组分。随着原油的劣质化,中间馏分油的性质也逐渐变差。因此低硫、低氮清洁柴油的生产要求对中间馏分油进行精制处理。加氢处理是目前清洁油品生产中的重要工艺,其中高效加氢处理催化剂的制备是加氢处理工艺的关键。本文中对不同来源的中间馏分油性质进行详细分析。针对各中间馏分油的性质特点,进行加氢精制催化剂的设计和制备。对传统催化剂载体的改性方法和新功能型材料,包括TiO2和多种炭材料的载体效应进行了研究,并基于活性组分与载体的相互作用对催化剂性能的影响,对催化剂制备过程进行优化,以提高Mo组分在载体上的分散状态和活性组分的原子利用率。结果表明,与传统催化剂相比,本研究的催化剂具有更高的加氢脱硫活性和选择性。对各类不同原油加工的中间馏分油中的含硫、含氮和芳烃化合物的含量和分布等进行了详细的分析。结果表明受不同来源原油性质和加工工艺的影响,各类中间馏分油各具特点,因此需要对各类中间馏分油加氢精制工艺过程所用的催化剂和工艺进行具有针对性的设计。采用传统加氢精制催化剂,即SiO2-Al2O3（ASA）担载的NiMo催化剂对各类直馏瓦斯油的加氢精制反应活性进行了考察。结果表明,对高硫、高芳烃直馏瓦斯油的深度加氢脱硫,一方面可以调整加氢精制工艺,例如采用多段加氢脱硫以减少H2S对催化剂活性中心的抑制作用,从而提高对惰性含硫化合物（4,6-DMDBT和4,6,X-TMDBT等）的脱硫率;另一方面对催化剂载体的酸性进行调整,也有助于提高催化剂的催化性能。为调整传统催化剂载体的酸性,可调节铝源引入方式和SiO2含量,以制备一系列不同表面和结构性质的氧化铝-氧化硅（ASA）载体。实验表明ASA2载体的微观结构和表面性质最有利于催化剂的活性组分的分散,以其为载体制备的催化剂中表面活性相MoS2晶片的堆积层数较高、大小均一、密度较高。对NiMo/ASAs催化剂的直馏瓦斯油加氢精制反应活性的评价表明与商品NiMo/LX6催化剂相比,NiMo/ASA2具有更高的HDS活性。对Ni（Co）Mo/TiO2新型加氢精制催化剂表面形貌和活性相形态的分析表明,活性组分与TiO2载体较弱的相互作用促进了催化剂表面Mo物种的还原和硫化,MoS2活性相具有独特的排列和堆积方式。在340℃～360℃的HDS反应温度下,与氧化铝改性分子筛（ACZ）担载的Ni（Co）Mo催化剂相比,Ni（Co）Mo/TiO2催化剂不仅对轻循环油具有很高的HDS活性,而且在HDS反应过程中未出现烃类分子的大量热裂解。因而Ni（Co）Mo/TiO2催化剂具有比表面积高、热稳定性好、HDS活性和选择性高的优点。对不同性能的炭材料作为载体对加氢催化剂性能的影响也进行了考察。首先通过对气体碳源、催化剂的选择以及合成条件的控制,合成了管式、小板和鱼骨状等不同形貌的高石墨化度碳纳米纤维（CNF）作为加氢催化剂的载体材料。通过对CNF的预处理和催化剂制备过程的调整提高了NiMo/CNFs催化剂的HDS活性。对直馏瓦斯油的HDS性能评价表明,高比表面积和氧含量的鱼骨状碳纳米纤维载体可提高活性金属的分散度,使之容易被还原和硫化,因而以该种材料为载体的催化剂具有最高的HDS活性。进一步将高比面积的炭黑（AB）作为加氢精制催化剂载体进行研究,以4种不同颗粒大小和氧含量的炭黑为载体制备了NiMo/ABs加氢精制催化剂。采用纳米分散处理提高了活性组分的分散度。以直馏瓦斯油和轻循环油为原料对NiMo/ABs的HDS性能进行了评价。结果表明,与传统NiMo/Al2O3催化剂相比,高比表面积和氧含量的OSAB担载的NiMo催化剂表现出最高的HDS反应活性,并可提高对H2S、芳烃等的抑制能力。本研究还以不同碳源与活化处理条件制备了一系列高比面积、高机械强度的活性炭载体（AC）,以轻循环油为原料,研究了活性金属浸渍顺序和担载量对CoMo/ACs催化剂HDS性能的影响。结果表明在优化条件下制备的CoMo/AC催化剂对高芳烃、高惰性硫化物含量轻循环油的HDS性能优于商品催化剂CoMo/LX6,产品硫含量低于10 ppm,达到了超深度脱硫的目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 论文创新点摘要
• 第1章 前言
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 中间馏分油中硫化物加氢脱硫途径
• 1.3 加氢精制催化剂
• 1.3.1 催化剂的研究动态及新催化剂的开发
• 1.3.2 加氢处理催化剂的活性组分
• 1.3.3 加氢处理催化剂载体
• 1.3.4 载体在加氢处理催化剂中的作用
• 1.3.5 加氢催化剂的制备
• 1.3.6 加氢催化剂活性相结构模型
• 1.4 课题的研究目的和设计
• 第2章 各类中间馏分油的组分分析
• 2.1 引言
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 试验样品的选取
• 2.2.2 仪器及操作条件
• 2.2.3 试验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 三种直馏瓦斯油性质分析
• 2.3.2 全馏程LCO 的性质研究
• 2.3.3 部分馏分段LCO 的性质研究
• 2.4 本章小结
• 第3章 中间馏分油在NiMo/ASA催化剂上加氢精制工艺研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 反应油品的选取
• 3.2.2 催化剂的制备
• 3.2.3 催化剂的性质表征
• 3.2.4 催化剂活性评价
• 3.2.5 油品性质分析
• 3.3 结果和讨论
• 3.3.1 催化剂表征结果
• 3.3.2 催化剂的催化反应性能
• 3.4 本章小结
• 第4章 催化剂载体酸性对中间馏分油加氢精制性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 原料油品的选择
• 4.2.2 ASA 系列载体的制备
• 4.2.3 NiMo/ASAs 催化剂的制备
• 4.2.4 催化剂的性质表征方法
• 4.2.5 催化剂活性评价
• 4.2.6 油品的分析方法
• 4.3 结果和讨论
• 4.3.1 NiMo/ASAs 催化剂的表征结果
• 4.3.2 NiMo/ASAs 催化剂的加氢精制性能
• 4.4 本章小结
• 第5章 活性组分与载体的相互作用对催化剂加氢精制性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 反应油品的选择与性质
• 5.2.2 催化剂的选取
• 5.2.3 催化剂表征方法
• 5.2.4 催化剂活性评价
• 5.2.5 油品分析方法
• 5.3 结果和讨论
• 5.3.1 催化剂的性质表征
• 5.3.2 对LCO340℃-的催化反应性能
• 5.3.3 对全馏分LCO 的催化反应性能评价
• 5.4 本章小结
• 第6章 CNF性质对负载催化剂HDS反应活性的影响
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 碳纳米纤维载体的制备
• 6.2.2 HDS 催化剂的制备
• 6.2.3 载体以及催化剂的表征方法
• 6.2.4 催化剂活性评价
• 6.2.5 油品的选择与分析方法
• 6.3 结果和讨论
• 6.3.1 催化剂表征结果
• 6.3.2 SRGO 加氢脱硫活性研究
• 6.3.4 HSRGO AL 加氢脱硫活性研究
• 6.4 本章小结
• 第7章 NiMoABs 催化剂的制备、表征及加氢精制性能
• 7.1 引言
• 7.2 实验部分
• 7.2.1 碳黑载体的选取
• 7.2.2 催化剂制备与参数的优化
• 7.2.3 载体以及催化剂的表征方法
• 7.2.4 催化剂活性评价装置
• 7.2.5 油品的选择与分析方法
• 7.3 结果和讨论
• 7.3.1 炭黑载体的性质表征
• 7.3.2 催化剂性能评价
• 7.4 本章小结
• 第8章 CoMoACs 催化剂制备参数对LCO的HDS 反应的影响
• 8.1 引言
• 8.2 实验部分
• 8.2.1 活性炭载体的选取
• 8.2.2 CoMo 催化剂制备参数的优化
• 8.2.3 载体以及催化剂的表征方法
• 8.2.4 催化剂活性评价
• 8.2.5 油品的分析方法
• 8.3 结果和讨论
• 8.3.1 催化剂性质分析结果
• 8.3.2 CoMo/BAC 的性能评价结果
• 8.3.3 载体性质对CoMo/ACs 的HDS 性能影响
• 8.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 作者简介