CN100469442C - 以氧化硅-氧化铝为载体的含氟加氢催化剂及其制备 - Google Patents

Abstract

以氧化硅-氧化铝为载体的含氟加氢催化剂及其制备，该催化剂焙烧后的组成为：氧化镍1-10重量%，氧化钼和氧化钨之和大于10至50重量%，氟1-10重量%，余量为载体。该催化剂的制备方法包括向氧化硅-氧化铝载体引入氟、钼、镍和钨，其中，各组分的用量使催化剂焙烧后的组成为：氧化镍1-10重量%，氧化钼和氧化钨之和大于10至50重量%，氟1-10重量%，余量为载体。本发明提供的催化剂活性高，具有更好的加氢精制性能。

Description

以氧化硅-氧化铝为载体的含氟加氢催化剂及其制备

技术领域

本发明涉及一种加氢催化剂及其制备，更具体地说涉及一种以氧化硅-氧化铝为载体的含氟加氢催化剂及其制备。

背景技术

在加氢反应条件下，烃原料与催化剂接触可能发生包括：加氢、加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱金属、加氢脱芳烃、加氢异构化、加氢脱蜡、加氢裂化和缓和加氢裂化等反应。其中的催化剂通常由载体负载VIB族和第VIII族金属组分而成。加氢活性金属组分常选自Co或Ni-Mo或Co或Ni-W，载体常选自氧化铝、氧化硅-氧化铝及它们的改性物。这些催化剂可由含所述金属化合物的水溶液浸渍载体，然后通过干燥、焙烧等步骤制成；也可将载体、第VIII族金属组分和第VIB族金属组分采用共沉淀的方法制备。一般而言，对于以脱硫反应为主的反应过程，催化剂的加氢活性金属组分优选Co(Ni)-Mo组合，对于芳烃饱和等加氢为主的反应过程，优选Ni-W组合。

在一定条件下，Mo改性NiW/Al₂O₃“Mo改性NiW/Al₂O₃催化剂的噻吩加氢脱硫性能，第十届全国催化学术会议论文集，2000，491”或W改性NiMo/Al₂O₃(Modificationof the alumina-supported Mo-based hydrodesulfurizationcatalysts by tungsten，Catalysis Letters 53(1998)，193-198)均对提高以氧化铝载体负载催化剂的活性有利。

专利CN1019502B公开了一种含B助剂的W-Mo-Ni三组分催化剂，载体是氧化硅-氧化铝(氧化硅5-10重量％)，组成为WO₃ 10-25重量％，MoO₃ 6-14重量％，NiO 2-9重量％，B₂O₃2-7重量％。该催化剂采用先浸W-Ni溶液，后浸Mo-B溶液的方法制备，每次浸渍均进行干燥和焙烧。

与传统的双金属组分的加氢催化剂相比，由现有技术提供的含三金属组分的加氢催化剂活性有所提高，但提高程度有限，其活性仍较低。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上，提供一种新的含有三种加氢活性金属组分的高活性加氢催化剂及其制备方法。

本发明提供催化剂含有氧化硅-氧化铝载体、氟、镍、钼和钨，其焙烧后的组成为：氧化镍1-10重量％，氧化钼和氧化钨之和大于10至50重量％，氟1-10重量％，余量为载体。

本发明提供的方法包括向氧化硅-氧化铝载体引入氟、钼、镍和钨，其中，各组分的用量使催化剂焙烧后的组成为：氧化镍1-10重量％，氧化钼和氧化钨之和大于10至50重量％，氟1-10重量％，余量为载体。

本发明提供的催化剂活性高，例如，采用本发明提供催化剂对一种催化裂化原料油进行加氢预处理，生成油中的氮含量可降至24ppm；而在相同反应条件下，采用牌号为RN-2的工业催化剂的生成油中的氮含量仅降至55ppm。

具体实施方式

按照本发明提供的催化剂，以氧化物计并以催化剂为基准，优选焙烧后的组成为：氧化镍1-7重量％，氧化钼和氧化钨之和大于15至45重量％，氟1-7重量％，余量为载体；进一步优选其中的氧化钨和氧化钼的摩尔比大于2.6至30，更为优选氧化钨和氧化钼的摩尔比大于3.1至25。所述焙烧后的组成，是指在大气气氛下催化剂于550℃焙烧4小时后的样品组成。

以所述载体为基准，优选的氧化硅-氧化铝中的氧化硅的含量为2-45重量％，氧化铝的含量为55-98重量％；进一步优选氧化硅的含量为5-40重量％，氧化铝的含量为60-95重量％。

所述氧化硅-氧化铝具有常规氧化硅-氧化铝载体的比表面和孔体积，优先氧化硅-氧化铝的比表面为150-350米²/克，进一步优选为180-300米²/克，优选氧化硅-氧化铝的孔容为0.4-1毫升/克，进一步优选为0.5-0.8毫升/克。

所述的氧化硅-氧化铝载体可以是市售的商品或采用任意一种现有技术制备。优选通过将氧化铝和/或氧化铝的前身物与氧化硅和/或氧化硅的前身物混合并焙烧的方法制备。其中，以载体为基准，各组分的用量最终优选使所述载体含有2-45重量％的氧化硅，55-98重量％的氧化铝；进一步优选使氧化硅的含量为5-40重量％，氧化铝的含量为60-95重量％。所述焙烧温度优选为450-650℃、焙烧时间为1-10小时，进一步优选焙烧温度为550-620℃、焙烧时间为2-8小时。

所述载体视不同要求可制成各种易于操作的成型物，例如微球、球形、片剂或条形等。成型可按常规方法进行，例如，可以是将氧化铝和/或其前身物与氧化硅和/或氧化硅的前身物混合、挤条成型并焙烧的方法制备。其中，所述氧化铝的前身物可以选自各种水合氧化铝、铝溶胶中的一种或几种。所述氧化硅的前身物，可以是任何一种水溶性含硅化合物和在水介质中可以水解形成硅凝胶、溶胶的含硅化合物，如水玻璃、水溶胶和硅酸酯等化合物中的一种或几种。在挤出成型时可以加入适量助挤剂和/或胶粘剂，然后挤出成型。所述助挤剂、胶溶剂的种类及用量为本领域技术人员所公知，在此不赘述。

本发明提供的催化剂中还可以含有一种或几种选自含氧或含氮的有机物，优选的含氧有机化合物选自有机醇、有机酸中的一种或几种；优选的含氮有机化合物选自有机胺、有机铵盐中的一种或几种。例如，含氧化合物可以是乙二醇、丙三醇、聚乙二醇(分子量为200—1500)、二乙二醇、丁二醇、乙酸、马来酸、草酸、氨基三乙酸、1，2—环己烷二胺四乙酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸中的一种或几种，含氮有机化合物可以是乙二胺、EDTA及其铵盐。所述有机物与以氧化物计的镍、钼和钨之和的摩尔比为0.03-2，优选为0.08-1.5。

按照本发明提供的方法，对所述氟、钼、镍和钨的引入方法没有限制，优选的方法可以是通过将氧化铝和/或氧化铝的前身物、氧化硅和/或氧化硅的前身物与一种含氟化合物混合并焙烧的方法直接引入氟，之后以浸渍的方法引入其他组分；也可以是通过单独或同时用含氟、钼、镍和钨化合物的溶液浸渍氧化硅-氧化铝载体的方法引入。其中，各组分的用量优选使催化剂焙烧后的组成为：氧化镍为1-7重量％，氧化钼和氧化钨之和大于15至45重量％，氟1-7重量％，余量为载体。所述的浸渍方法为常规方法，通过对含氟、镍、钼、钨化合物中一种或几种的溶液的浓度、用量或氧化铝载体用量的调节和控制，制备指定氟、钼、镍和钨金属含量催化剂的方法为本领域技术人员所公知。

按照本发明提供的方法，当所述的浸渍完成后还包括干燥、焙烧或不焙烧的步骤，所述干燥和焙烧的条件均是常规的，例如，干燥温度为100-300℃，优为100-280℃，干燥时间为1-12小时，优选为2-8小时；焙烧温度为350-550℃，优选为400-500℃，焙烧时间为1-8小时，优选为2-6小时。

所述含氟化合物选自含氟的可溶性化合物，如氢氟酸、氢氟酸盐、氟硅酸、氟硅酸盐、氟化铵中的一种或几种。优选氟化铵和/或氟硅酸铵。

所述含钼的化合物选自含钼的可溶性化合物，如钼酸铵、仲钼酸铵和磷钼酸铵中的一种或几种。

所述含镍的化合物选自含镍的可溶性化合物，如硝酸镍、碱式碳酸镍、氯化镍、硫酸镍中的一种或几种。

所述含钨的化合物选自含钨的可溶性化合物，如偏钨酸铵、乙基偏钨酸铵中的一种或几种。

当所述催化剂含有机物时，所述有机物的引入方法，可以是将所述有机物与含其它组分的化合物，如含氟、钼、镍、钨金属化合物中的一种或几种配制成混合溶液后浸渍所述的载体并干燥；还可以是将有机物单独配制溶液后浸渍所述载体并干燥。当单独引入有机物时，优选首先引入其他组分，如首先引入氟、钼、镍和钨金属组分，之后再引入有机物。所述有机物的引入量使催化剂中有机物与以氧化物计的镍、钼和钨之和的摩尔比为0.03-2.0，优选为0.08-1.5。所述干燥采用惯用方法进行，其中的干燥温度优选为100-300℃，干燥时间优选为1-12小时，进一步优选的干燥温度为100-280℃，干燥时间为2-8小时。

按照本领域中的常规方法，本发明提供的催化剂在使用之前，通常可在氢气存在下，于140-370℃的温度下用硫、硫化氢或含硫原料进行预硫化，这种预硫化可在器外进行也可在器内原位硫化，将其转化为硫化物型。

与现有方法提供的催化剂相比，本发明提供的加氢精制催化剂活性高，可用于石油馏分的加氢精制，特别适用于重质馏分油的加氢处理过程。

下面的实施例将对本发明作进一步说明，但并不因此而限制本发明。

实例1

称取2000克氢氧化铝粉(长岭炼化公司催化剂厂生产的干胶粉，干基70重量％)和631克含二氧化硅25％的硅溶胶(青岛海洋化工厂产品)，混合后用挤条机挤成外接圆直径为1.3毫米的蝶形条，湿条于120℃干燥4小时，600℃条件下焙烧3小时，制得载体S1，S1载体中氧化硅含量为10.1重量％。

称取载体S1 200克，将该载体用含氟化铵(分析纯，北京化工厂产品)16.9克的水溶液176毫升浸渍2小时，120℃干燥3小时，480℃焙烧3小时，制得含氟氧化硅-氧化铝载体。用含仲钼酸铵(化学纯，北京化工厂产品)11.9克的水溶液170毫升浸渍上述载体3小时，120℃干燥8小时，400℃焙烧3小时，之后用含硝酸镍(分析纯，北京化工厂产品)27.2克、偏钨酸铵(工业级，四川自贡硬质合金厂产品)57.3克的水溶液162毫升浸渍3小时，湿条于120℃干燥4小时、450℃焙烧4小时，得到催化剂C1。催化剂C1焙烧后的组成列于表1

实例2

称取载体S1 200克，将该载体用含氟化铵19.1克的水溶液176毫升浸渍2小时，120℃干燥3小时，420℃焙烧3小时，制得含氟氧化硅-氧化铝载体。用含仲钼酸铵24.7克的水溶液170毫升浸渍上述载体3小时，280℃干燥8小时，之后用含硝酸镍24.6克、偏钨酸铵66.7克的水溶液160毫升浸渍3小时，湿条于120℃干燥4小时、500℃焙烧4小时，得到催化剂C2。催化剂C2焙烧后的组成列于表1中。

实例3

称取载体S1 200克，将该载体用含氟化铵8.9克的水溶液176毫升浸渍2小时，120℃干燥3小时，420℃焙烧3小时，制得含氟氧化硅-氧化铝载体。用含仲钼酸铵17.5克的水溶液170毫升浸渍上述载体3小时，280℃干燥8小时，之后用含硝酸镍44.3克、偏钨酸铵74.4克的水溶液162毫升浸渍3小时，湿条于120℃干燥4小时、500℃焙烧4小时，得到催化剂C3。催化剂C3焙烧后的组成列于表1中。

实例4

将800克氢氧化铝粉(同实例1)、779克含二氧化硅30重量％的硅溶胶(同实例1)和130克氟化铵混合，用挤条机挤成尺寸为1.3mm的圆柱形条，120℃干燥4小时，580℃焙烧3小时，制得含氟的氧化硅-氧化铝载体S2，最终载体中氧化硅含量为27.0重量％。

取S2载体200g，用含仲钼酸铵7.5克的水溶液172毫升浸渍该载体3小时，120℃干燥4小时，再200℃干燥4小时，得到含钼载体。接着用含硝酸镍40.9克、偏钨酸铵100.3克的水溶液166毫升浸渍该载体3小时，120℃干燥4小时，然后于250℃干燥4小时，得到催化剂C4。催化剂C4焙烧后的组成列于表1中。

实例5

取S2载体200g，用含仲钼酸铵7.5克的水溶液172毫升浸渍该载体3小时，120℃干燥4小时，再200℃干燥4小时，得到含钼载体。接着用含硝酸镍40.9克、偏钨酸铵100.3克、柠檬酸12.2克的水溶液170毫升浸渍该载体3小时，230℃干燥4小时，得到催化剂C5。计算柠檬酸与以氧化物计的镍、钼和钨的摩尔比为0.1。催化剂C5焙烧后的组成列于表1中。

实例6

取S1载体200g，用含氟化铵49.4克的水溶液176毫升浸渍2小时，120℃干燥3小时，400℃焙烧3小时，制得含氟氧化硅-氧化铝载体。用含仲钼酸铵6.2克、硝酸镍85.5克、偏钨酸铵190.2克的水溶液165毫升浸渍该载体3小时，120℃干燥4小时，然后于450℃焙烧4小时。以含乙二醇95.6克的水溶液122毫升浸渍上述含金属载体，120℃干燥6小时后得到催化剂C4。计算乙二醇与以氧化物计的镍、钼和钨的摩尔比为1.5。催化剂C4焙烧后的组成列于表1中。

表1

实例7-11

本实例说明本发明提供催化剂的性能。

在连续流动微反色谱装置上评价催化剂C1～C5的吡啶加氢反应性能，原料油为含吡啶10重量％的正己烷，催化剂装量为150毫克。

在正式进料前，先用含5重量％二硫化碳和环己烷的混合溶液为硫化油对催化剂进行预硫化，硫化条件为：压力4.1兆帕，温度360℃，时间4小时，硫化油进料速率0.4毫升/分钟，H₂流速400毫升/分钟；之后切入原料油进行反应，反应条件为：压力4.1兆帕，原料油进量0.2毫升/分钟，体积氢油比为2000，温度为360℃，反应3小时后取样在线气相色谱分析。吡啶加氢反应活性按下式计算：

$A=\ln \frac{100}{100-x}$

式中x为吡啶脱氮率，取催化剂C2的吡啶加氢反应速率为100，则其他催化剂的相对吡啶加氢脱氮活性可用下式表示：相对活性＝A_Cn/A_C2×100％。式中A_Cn为本发明催化剂C1、C3、C4、C5的活性，A_C2为催化剂C2的活性。结果见表2。

表2

 

实例	催化剂	相对加氢脱氮活性，％
			7	C1	116
8	C2	100
			9	C3	111
10	C4	140
			11	C5	182
12	C6	189

表2的结果可以说明，本发明提供催化剂的吡啶加氢脱氮活性随氧化钨和氧化钼的摩尔比值的提高，活性增加。此外，在催化剂中引入有机物可进一步改善催化剂的吡啶加氢脱氮活性。

实例13-14

本实施例说明本发明催化剂在加氢裂化原料油预处理过程中的使用性能。

在250毫升加氢装置上评价催化剂C5、牌号为RN-2(工业催化剂，长岭分公司催化剂厂的产品)。所用原料油性质见表3，反应条件为：氢分压15.0MPa，空速1.0h^-1，氢油比800：1，反应温度为380℃。反应48小时后取样，结果见表4。氮的测定方法为SH/T 0657-1998，硫的测定方法为SH/T0253-92。

表3

 

密度(20℃)，g/ml	0.9171
		S，        ppm	7200
N，        ppm	1800
		凝点，       ℃	40
馏程D1160，℃
		初馏点	265
50％点	460
		95％点	526

表4

 

实例	催化剂	加氢处理油氮含量，ppm
			13	RN-2	55
14	C5	24

表5中的结果表明，相对于工业催化剂，本发明提供的催化剂具有更高的加氢脱氮活性。

Claims (15)

1、以氧化硅-氧化铝为载体的含氟加氢催化剂，其焙烧后的组成为：氧化镍1-10重量％，氧化钼和氧化钨之和大于10至小于等于50重量％，氟1-10重量％，余量为载体，其中所述氧化钨和氧化钼的摩尔比大于2.6至小于等于30，所述焙烧后的组成，是指在大气气氛下催化剂于550℃焙烧4小时后的样品组成。

2、根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述焙烧后的组成为：氧化镍1-7重量％，氧化钼和氧化钨之和大于15至小于等于45重量％，氟1-7重量％，余量为载体。

3、根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述氧化钨和氧化钼的摩尔比大于3.1至小于等于24。

4、根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，以所述载体为基准，所述氧化硅-氧化铝中的氧化硅含量为2-45重量％，氧化铝的含量为55-98重量％。

5、根据权利要求4所述的催化剂，其特征在于，以所述氧化硅-氧化铝为基准，所述氧化硅-氧化铝中的氧化硅的含量为5-40重量％，氧化铝的含量为60-95重量％。

6、根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂含有选自含氧或含氮的有机物中的一种或几种，含氧的有机物选自有机醇、有机酸中的一种或几种；含氮的有机物选自有机胺、有机铵盐中的一种或几种，所述有机物与以氧化物计的镍、钼和钨之和的摩尔比为0.03-2。

7、根据权利要求6所述的催化剂，其特征在于，含氧的有机物选自乙二醇、丙三醇、分子量为200—1500的聚乙二醇、二乙二醇、丁二醇、乙酸、马来酸、草酸、氨基三乙酸、1，2—环己烷二胺四乙酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸中的一种或几种，含氮的有机物选自乙二胺、EDTA及其铵盐中的一种或几种，所述有机物与以氧化物计的镍、钼和钨之和的摩尔比为0.08-1.5。

8、以氧化硅-氧化铝为载体的含氟加氢催化剂的制备方法，该方法包括向氧化硅-氧化铝载体引入氟、钼、镍和钨，其中，各组分的用量使催化剂焙烧后的组成为：氧化镍1-10重量％，氧化钼和氧化钨之和大于10至小于等于50重量％，氟1-10重量％，余量为载体，其中所述氧化钨和氧化钼的摩尔比大于2.6至小于等于30，所述焙烧后的组成，是指在大气气氛下催化剂于550℃焙烧4小时后的样品组成。

9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述组分的用量使催化剂焙烧后的组成为：所述氧化镍1-7重量％，氧化钼和氧化钨之和大于15至小于等于45重量％，氟1-7重量％，余量为载体。

10、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述氧化硅-氧化铝载体的制备方法包括将氧化铝和/或选自水合氧化铝、铝溶胶中的一种和几种氧化铝的前身物与氧化硅和/或选自水玻璃、硅溶胶和硅酸酯中的一种或几种氧化硅的前身物混合并焙烧，以载体为基准，各组分的用量最终使所述载体含有2-45重量％的氧化硅，55-98重量％的氧化铝。

11、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述氧化硅-氧化铝载体的制备方法包括将氧化铝和/或选自水合氧化铝、铝溶胶中的一种和几种氧化铝的前身物与氧化硅和/或选自水玻璃、硅溶胶和硅酸酯中的一种或几种氧化硅的前身物与一种含氟化合物混合并焙烧，以载体为基准，各组分的用量最终使所述载体含有2-45重量％的氧化硅，55-98重量％的氧化铝。

12、根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述氧化硅-氧化铝载体制备中的焙烧温度为450-650℃，焙烧时间为1-10小时。

13、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述各组分的用量使催化剂中的氧化钨和氧化钼的摩尔比大于3.1至小于等于24。

14、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括引入有机物的步骤，所述有机物选自含氧和含氮的有机物中的一种或几种，含氧的有机物选自有机醇、有机酸中的一种或几种；含氮的有机物选自有机胺、有机铵盐中的一种或几种，有机物的引入量使最终催化剂中的有机物与以氧化物计的镍、钼和钨之和的摩尔比为0.03-2。

15、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述含氧的有机物选自乙二醇、丙三醇、分子量为200—1500的聚乙二醇、二乙二醇、丁二醇、乙酸、马来酸、草酸、氨基三乙酸、1，2—环己烷二胺四乙酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸中的一种或几种，含氮的有机物选自乙二胺、EDTA及其铵盐中的一种或几种，所述有机物的引入量使最终催化剂中的有机物与以氧化物计的镍、钼和钨之和的摩尔比为0.08-1.5。