CN100446856C - 一种石油蜡加氢精制催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种石油蜡加氢精制催化剂及其制备方法，涉及一种加氢精制催化剂及其制备方法，石蜡加氢精制催化剂由载体和负载于载体上的活性组分组成，本催化剂中按重量百分含量表示：载体，活性组分；载体由氧化铝和氟组成；活性组分包括Ni元素，和选自Mo<sub>3</sub>、WO<sub>3</sub>中两种或任意一种的物质，本发明催化剂表面性质和孔道结构趋于合理，较大的孔径有利于脱除劣质蜡料中的胶质沥青质以及金属化合物；载体表面能低，减弱了载体与活性组分的相互作用，有利于提高活性组分的利用率和催化剂的加氢活性，改善金属活性组分的分散状态及相互作用，提高活性组分的利用效率，进一步提高催化剂的活性。

Description

一种石油蜡加氢精制催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种加氢精制催化剂的制备方法，特别是一种石油蜡加氢精制催化剂的制备方法。
背景技术
石油蜡是炼油工业的重要产品，石油蜡主要包括石蜡、凡士林、高熔点石蜡、微晶蜡等，石油蜡用途广泛。现有技术中常用溶剂脱蜡方法制得的石油蜡料，由于溶剂脱蜡得到的石油蜡料中通常含有一些影响颜色和光、热安定性的杂质，目前工业上主要采用加氢精制的方法进行脱除。石油蜡料加氢精制的目的旨在保留石蜡组分，除掉以3，4-苯并芘为代表的稠环芳烃等致癌物质及非烃类的硫、氮和氧杂质。由于石蜡的分子较大，因此要求石油蜡催化剂应具有大的孔容、孔径和比表面积，以利于反应物分子和加氢产物的扩散、提高容杂能力，同时，还要求催化剂应具有尽量少的固体酸且以弱酸性为主，原因是该过程不允许发生裂化反应，否则将会导致蜡料含油量和针入度的增加。
目前，大多数的石油蜡加氢精制催化剂一般采Mo、W、Ni为活性组分，Al2O3或Al2O3-SiO2为载体，还含有如硅、磷、锆、硼、氟、碱金属和碱土金属等助剂。载体的焙烧温度一般低于700℃，平均孔径只有6～10nm左右。近年来，由于重质、劣质原油开采量的增加以及某些炼油厂生产流程的变动等因素，导致石蜡原料日趋劣质化。目前常用的石油蜡加氢催化剂在处理胶质、沥青质含量高的劣质蜡料时，由于内扩散的影响，导致活性表面积不能有效利用，加氢反应不彻底，产品质量差，不能满足更高的产品指标要求；而且催化剂的生产工艺复杂，生产成本高，不能满足生产的需要，亟需进一步改进。
中国专利CN1105053A公开了一种由氧化铝和钨、镍活性组分及氟助剂制成的加氢精制催化剂，该催化剂通过空气和水蒸汽混合气氛高温焙烧得到改性的大孔氧化铝载体，催化剂具有较好的加氢精制性能，但由于该催化剂的孔道结构仍较小，不适于分子量更大的石蜡原料的加氢精制，或者说加氢性能较差。另外，用高温水蒸汽处理载体，在工业生产中操作复杂、能耗较高。
中国专利CN1044816C介绍了一种由氧化镁、氧化镍、氧化钨和氧化铝组成的石油蜡加氢精制催化剂，该催化剂采用在空气气氛下焙烧，再经水蒸汽高温处理得到改性氧化铝载体，然后先浸镁、干燥、焙烧，再浸钨-镍、干燥、焙烧得到催化剂，催化剂用于常规石蜡加氢精制，性能较好，但催化剂生产工序复杂，成本较高，对劣质原料的适应性和抗污染能力还较差。
中国专利CN1393528A公开了一种石蜡加氢精制催化剂及其制备方法和用途。其载体特点是，在氧化铝表面上经化学处理含有二氧化钛，改善了载体的特性；催化剂活性组分采用W-Mo-Ni溶液一次浸渍法，金属组分达到共同竞争吸附，以制得具有较高活性的专用石蜡加氢精制催化剂。其改性助剂为Ti元素，但对原料的适应性和抗污染能力还较差。
中国专利CN1085594A公开了一种蜡料加氢精制催化剂及其制法。该催化剂的制备过程：用氨水中和经低温老化后的硅-铝混合溶胶，过滤、洗涤后，用磷酸和硝酸胶溶，然后通过油氨柱成型，再经干燥和焙烧得P2O5-SiO2-Al2O3载体，然后用含钼和镍的水溶液浸渍，制得催化剂。催化剂制备过程复杂、环境污染重、产品收率低、制备成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术催化剂制备过程复杂、环境污染重、产品收率低、制备成本高，催化剂孔径小，活性表面积不能有效利用，加氢反应不彻底，产品质量差，不能满足更高的产品指标要求，对原料的适应性和抗污染能力差的缺点，提供一种具有制备工艺简单易控、平均孔径大、催化剂活性高、抗污染能力强、适用于处理高杂质含量的劣质石油蜡原料的加氢催化剂。
本发明所述的石蜡加氢精制催化剂，由载体和负载于载体上的活性组分组成，本催化剂中按重量百分含量表示：载体60～80％，活性组分20～40％；载体由氧化铝和氟组成，按载体的重量比计，氧化铝∶氟为90～99∶1～10；活性组分包括Ni元素，和选自Mo3、WO3中两种或任意一种的物质，各组分的重量比为：Mo3∶WO3∶NiO为0～30∶0～40∶1～10。
石蜡加氢精制催化剂，按重量百分含量表示，优选配方为：载体65-75％，活性组分25-35％。
石蜡加氢精制催化剂，按重量百分含量表示，优选配方为：载体70％，活性组分30％。
所述的活性性组份重量比优选为：Mo3∶NiO为20～25∶5～10或WO3∶NiO为25～35∶3～8或Mo3∶WO3∶NiO为10～15∶10～20∶3～8。
所述的活性性组份重量比优选为：Mo3∶NiO为22∶8或WO3∶NiO为30∶5或Mo3∶WO3∶NiO为12∶15∶5。
石蜡加氢精制催化剂的制备方法，步骤如下：
(1)将氧化铝前驱体挤压成型，然后在100～120℃干燥2～14小时、在400～600℃焙烧2～6小时，然后升温到750～1000℃焙烧1～4小时，得到大孔氧化铝载体；
(2)将上述得到的载体，经含氟水溶液浸渍，在100～120℃干燥2～14小时，200～500℃空气下处理2～8小时，得到含氟载体；
(3)将得到的含氟载体，经含有钨-镍或钨-钼-镍或钼镍的活性组份水溶性共浸液浸渍，在100～120℃干燥2～14小时，400～600℃空气下处理2～8小时，得到催化剂。
更进一步地说，石蜡加氢精制催化剂的制备方法，步骤如下：
(1)将氧化铝前驱体按常规方法挤压成型，然后在100～120℃干燥6-10小时、在450-550℃焙烧3-5小时，然后快速升温到800-900℃焙烧2-3小时，得到大孔氧化铝载体。
(2)将上述得到的载体，经含氟水溶液浸渍，在100～120℃干燥6-10小时，200～500℃空气下处理4-6小时，得到含氟载体。
(3)将得到的含氟载体，经含有钨-镍或钨-钼-镍或钼镍的活性组份水溶性共浸液浸渍，在100～120℃干燥6-10小时，450-550℃空气下处理4-6小时，得到催化剂。
所述的氧化铝的前驱体选自无定型氢氧化铝、薄水铝石、拟薄水铝石、三水铝石、湃铝石或诺水铝石。优选用酸法制备的纯度大于65％(重量)的薄水铝石、拟薄水铝石。
所述成型方法，是指在负载型催化剂制备过程中常用的压片、成球或挤条等方法，优选挤条法。将含有氧化铝前驱体、田菁粉、稀硝酸和柠檬酸的物料置于混捏机中进行混捏，将混好的物料放入挤条机的料槽中，通过挤压作用使物料通过孔板就可得到所需形状的催化剂载体条，然后经干燥、焙烧，便可得到改性的催化剂载体。
所述的含氟水溶液，是指含氟无机化合物的水溶液，如氟化铵、氟化氢的水溶液等(其中F含量为10～15g/毫升)；
所述的浸渍所用的钨-镍、钨-钼-镍、钼-镍水溶液，通常是由偏钨酸铵、钨酸铵、乙基偏钨酸、偏钨酸镍和硝酸镍、乙酸镍、碱式碳酸镍以及三氧化钼、七钼酸铵等与水或氨水制成的混合溶液(其中MoO3浓度0～70g/100ml；WO3浓度为0～70g/100ml；NiO浓度为10～40g/100ml；)。
按上述方法制备载体过程，其中常规焙烧温度最好为450～550℃，高温焙烧温度最好为800～950℃。
本发明采用常规温度-高温焙烧(＞750℃)及氟助剂改性处理氢氧化铝载体。高温焙烧不但保证了氢氧化铝的转相完全，同时使其表面性质和孔道结构趋于合理，平均孔径达到12～18nm，较大的孔径有利于脱除劣质蜡料中的胶质沥青质以及金属化合物；由于采用高温焙烧，载体表面只剩下低表面能的弱酸中心，减弱了载体与活性组分的相互作用，有利于提高活性组分的利用率和催化剂的加氢活性。同时采用氟助剂对氧化铝改性处理有利于抑制镍铝尖晶石的生成，改善金属活性组分的分散状态及相互作用，提高活性组分的利用效率，进一步提高催化剂的活性。
具体实施方式
下述实施例有助于进一步理解本发明，而不是限制本发明的内容。
实施例1
(1)载体的制备
称取1000g的拟薄水铝石(北京三聚环保新材料有限公司生产)、30g田菁粉、30g柠檬酸、3～5％的稀硝酸800毫升混合均匀，用挤条机挤压成型，110℃烘干，空气下550℃焙烧处理后，再以100℃/小时快速升温到750℃高温处理4小时，得到大孔氧化铝载体。
(2)催化剂的制备
称取500g的氧化铝载体，用氟化铵水溶液(其中F含量为10～15g/毫升)饱和喷浸30分钟，110℃干燥，然后焙烧，得到含氟氧化铝载体。
将上述含氟氧化铝载体，用一定量偏钨酸铵和硝酸镍的水溶液(其中WO3浓度为70g/100ml；NiO浓度为20g/100ml)饱和喷浸1小时，110℃干燥，然后在450℃下焙烧，得到催化剂。
实施例2
(1)载体的制备
载体的制备步骤与实施例1相同，但高温处理的温度为800℃。
(2)催化剂的制备
称取500g的氧化铝载体，用氟化铵水溶液(其中F含量为10～15g/毫升)饱和喷浸30分钟，110℃干燥，然后焙烧，得到含氟氧化铝载体。
将上述含氟氧化铝载体，用一定量钼酸铵和硝酸镍的水溶液(其中MoO3浓度为50g/100ml；NiO浓度为10g/100ml)饱和喷浸1小时，110℃干燥，然后在450℃下焙烧，得到催化剂。催化剂的制备步骤与实施例1完全相同。
实施例3
(1)载体的制备
载体的制备步骤与实施例1相同，但高温处理的温度为900℃。
(2)催化剂的制备
称取500g的氧化铝载体，用氟化铵水溶液(其中F含量为10～15g/毫升)饱和喷浸30分钟，110℃干燥，然后焙烧，得到含氟氧化铝载体。
将上述含氟氧化铝载体，用一定量偏钨酸铵、三氧化钼和硝酸镍的水溶液(其中WO3浓度为60g/100ml；MoO3浓度为30g/100ml；NiO浓度为10g/100ml)饱和喷浸1小时，110℃干燥，然后在450℃下焙烧，得到催化剂。
比较例1
(1)载体的制备
称取1000g的拟薄水铝石(北京三聚环保新材料有限公司生产)、50g田菁粉、30g柠檬酸、3～5％的稀硝酸800毫升混合均匀，用挤条机挤压成型，110℃烘干，空气下550℃焙烧，得到氧化铝载体。
(2)催化剂的制备步骤与实施例1完全相同。
比较例2
本实施例介绍按CN1044816C制备催化剂的过程。
称取200克氢氧化铝粉与少量成型助剂和去离子水混合均匀，用挤条机挤压成型，110℃烘干，空气下550℃焙烧处理后，再于550℃、水/剂比为2.0(重量)的条件下，水蒸汽处理4小时，得到氧化铝载体。
取5克硝酸镁加水80克溶解，溶解后加入100克氧化铝载体，浸渍后的载体120℃干燥，570℃焙烧4小时，得到含镁载体。将该含镁氧化铝加入到含60克偏钨酸铵和30克硝酸镍的80毫升水溶液中浸4小时后，120℃干燥，450℃下焙烧4小时，得到对比催化剂，其组成(重量％)为，WO3 28.2％，NiO 5.0％，MgO 0.4％，其余为氧化铝。
以上各例所制的的载体的物化性质列于表一，催化剂的物化性质列于表二，催化剂活性评价条件、原料性质及100ml加氢评价结果见表三、表四。
表一的数据表明，比较例1所得的氧化铝载体孔径分布比较弥散，且孔径偏小，虽然有一部分10nm～20nm的大孔，但小于6nm的微孔仍然较多；比较例2的氧化铝载体与比较例1氧化铝载体孔结构类似，说明采用水热处理的方法不能明显提高提高氧化铝载体的大孔分布。实施例的氧化铝载体的孔容几乎没有改变，而孔分布则明显向大孔方面移动，主要分布在6nm～30nm，其中大多集中在8nm～20nm范围内。虽然实施例的氧化铝载体的比表面积明显低于比较例1、2的氧化铝载体，但其大孔所占的有效活性表面积没有降低。这就决定了本发明所述催化剂，由于其大孔较多且集中，更适于重质原料蜡中大分子的加氢反应过程。从表二的数据可以看出采用本发明制得的催化剂比采用比较例1、2载体制成的催化剂，具有更大的孔径，更有利于大分子的胶质沥青质的加氢脱除。
从表三的结果可以看出：在处理常规杂质含量较低的蜡料时，采用本发明所述方法制备的催化剂所得到的精制产品的光安定性略优于比较例。
从表四的结果可以看出：以未经糠醛精制的58号反序蜡为原料，其颜色较深、安定性差、金属含量高，属于典型的劣质蜡料，采用本发明所述方法制备的催化剂所得到的精制产品的颜色和安定性明显优于比较例，说明采用本发明方法制备的催化剂更适于处理高杂质含量的劣质蜡料。
表1各例载体的物化性质
  编号   实施例1   实施例2   实施例3   比较例1   比较例2
  孔容，mL.g<sup>1</sup>   0.63   0.65   0.64   0.65   0.61
  比表面积，m<sup>2</sup>.g<sup>1</sup>   195   183   175   220   248
  平均孔径，nm   14.6   16.4   18.4   9.2   9.9
  孔径分布(nm)，％
  ＜6.06.0～8.08.0～10.010.0～15.015.0～20.020.0～30.0＞30.0   1.34.310.154.423.44.91.6   0.83.310.053.224.45.92.4   0.52.09.152.426.46.92.7   11.629.834.111.612.00.9--   12.621.931.225.74.22.61.8
表2各例催化剂的组成
Figure C20061010364900091
表3各例催化剂的常规蜡料活性评价结果
  项目   原料蜡   实施例1   实施例2   实施例3   比较例1   比较例2
  熔点，℃   60.2   60.3   62.4   60.4   60.3   60.3
  含油量，wt％   0.37   0.35   0.37   0.36   0.38   0.37
  颜色，号   14   30   30   30   30   30
  光安定性，号   6   2   2   2   3   3
  热安定性，号   8   30   30   30   30   30
  Fe，ppm   1   0   0   0   0   0
表4各例催化剂的劣质蜡料活性评价结果
  项目   原料蜡   实施例1   实施例2   实施例3   比较例1   比较例2
  熔点，℃   58.6   58.5   58.7   58.5   58.6   58.6
  含油量，wt％   1.17   1.15   1.17   1.16   1.18   1.18
  颜色，号   ＜-16   30   30   30   25   26
  光安定性，号   ＞9   4   4   4   5   5
  热安定性，号   ＜-16   26   24   25   19   20
  Fe，ppm   4   0   0   0   1   2
注：(1)硫化条件：催化剂首先在290℃氢气气氛下用含有2(体积)％的CS2的大庆加氢裂化煤油进行预硫化20小时，然后进原料。
(2)反应条件：反应温度250℃，压力7.0MPa，空速(体积)1.0h-1，氢油(体积)比300。
实施例4-22
按照实施例1所述的方法制备石蜡加氢精制催化剂，原料同实施例1所用原料一致，但原料的配比有所调整，这样的调整可以通过成分的含量推算出来，制备出的石蜡加氢精制催化剂中各成分含量如下表所示：
Figure C20061010364900111

Claims (2)

1.一种石蜡加氢精制催化剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将氧化铝前驱体挤压成型，然后在100～120℃干燥2～14小时、在400～600℃焙烧2～6小时，然后升温到750～1000℃焙烧1～4小时，得到大孔氧化铝载体；
(2)将上述得到的载体，经含氟水溶液浸渍，在100～120℃干燥2～14小时，200～500℃空气下处理2～8小时，得到含氟载体；
(3)将得到的含氟载体，经含有钨-钼-镍或钼镍的活性组份水溶性共浸液浸渍，在100～120℃干燥2～14小时，400～600℃空气下处理2～8小时，得到催化剂；
所述的氧化铝前驱体选自无定型氢氧化铝、薄水铝石、拟薄水铝石、三水铝石、湃铝石或诺水铝石；
所述催化剂由载体和负载于载体上的活性组分组成，所述催化剂中按重量百分含量表示：载体60～80％，活性组分20～40％；载体由氧化铝和氟组成，按载体的重量比计，氧化铝∶氟为90～99∶1～10；活性组分包括NiO和MoO3或MoO3、WO3和NiO，按活性组分的重量比计，其中MoO3∶NiO为20～25∶5～10，MoO3∶WO3∶NiO为10～15∶10～20∶3～8。
2.根据权利要求1所述石蜡加氢精制催化剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将氧化铝前驱体按常规方法挤压成型，然后在100～120℃干燥6-10小时、在450-550℃焙烧3-5小时，然后快速升温到800-900℃焙烧2-3小时，得到大孔氧化铝载体；
(2)将上述得到的载体，经含氟水溶液浸渍，在100～120℃干燥6-10小时，200～500℃空气下处理4-6小时，得到含氟载体；
(3)将得到的含氟载体，经含有钨-钼-镍或钼镍的活性组份水溶性共浸液浸渍，在100～120℃干燥6-10小时，450-550℃空气下处理4-6小时，得到催化剂。
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