Beta-FDU-12复合介微孔分子筛的合成及其DBT催化加氢性能研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:coldblast
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随着燃油法规的日渐严格,清洁油品的生产已经成为了一种不可逆转的趋势。就目前我国油品加工工业的现状来看,FCC柴油在今后相当长一段时间内是我国车用燃油的主要来源。为满足越发严格的燃油标准,FCC柴油的加氢脱硫技术成为生产清洁油品的关键。在现行加氢工艺中,通过提高反应温度、减小空速、提高H2压力等方式可以提高脱硫效率,但会造成能耗的增加,缩短设备使用寿命。因而,研发具有高脱硫活性的催化剂对加氢脱硫工艺具有重大的意义。本论文采用Beta纳米晶原位组装法成功合成了Beta-FDU-12介微孔复合材料,采用等体积浸渍法及水热沉淀法负载活性金属钼和镍。同时,针对Beta-FDU-12(BF)介微孔复合材料特有的梯级孔道性质,在合成过程中通过使用不同的扩孔剂(环己烷、对二甲苯、1,3,5-三甲基苯和三异丙基苯),无机盐(KCl、Fe Cl3、Mg Cl2、Mn Cl2和Cu Cl2),并对比浸渍法和水热沉淀法,优化水热沉淀法在具有梯级孔道材料中的应用,从材料的孔道性质、表面性质及活性金属分散性质三个方面系统地考察了不同因素在催化剂合成中的作用,优化合成出了具有较高加氢脱硫活性的负载型Ni Mo/Beta-FDU-12介微孔复合催化剂。通过多种表征方法,如XRD、BET、H2-TPR、Py-IR、XPS和HRTEM等,对Beta-FDU-12介微孔复合材料及其催化剂的性质进行系统的测试。以模型化合物DBT为原料,考察了Ni Mo/Beta-FDU-12介微孔复合催化剂的加氢脱硫性能。本论文考察了扩孔剂对载体的孔道性质的影响,主要体现在对孔径、孔容及比表面积的影响,进而间接影响的了催化剂上金属的分散度和硫化度。XRD和BET结果显示,随着扩孔剂分子尺寸的逐渐增加,BF介微孔复合材料的孔径、孔容和比表面积增大,材料结晶度提高。但扩孔剂过大的分子尺寸则会破坏BF介微孔复合材料的骨架结构,使其孔道性质变差,其中使用TMB作为扩孔剂合成的BF介微孔复合材料具有最好的介孔孔道性质、最大的比表面积(861 m2·g-1)、最大的孔容(0.68 cm3·g-1)和较大的最可几孔径(11.38 nm)。Ni Mo/BF-TMB催化剂由于其良好的孔道性质,获得了较好的活性金属分散性,催化剂中体相难还原Mo O3含量最少,活性金属的硫化程度较高。结合Ni Mo/BF-TMB催化剂较适宜的酸性和较强的B酸。在DBT的加氢脱硫活性评价中,Ni Mo/BF-TMB表现出最好的加氢脱硫活性,当重时空速为10 h-1时,脱硫率最高可达80.0%。本论文中无机盐主要影响了催化剂的酸性、活性金属的分散度及硫化度。XRD和BET的结果表明,不同无机盐的使用对BF介微孔复合材料的孔道性质并没有产生明显影响,所有材料均保持了BF介微孔复合材料较大的比表面积(850-950m2·g-1)、孔容(0.69-0.78 cm3·g-1)和较大的最可几孔径(10.96-12.22 nm);Raman和XPS结果显示,在不同无机盐系列中,Ni Mo/BF-Mg Cl2催化剂表现出最好的活性金属硫化度(SMo为61.3%)。Py-IR结果显示,Ni Mo/BF-Mg Cl2催化剂具有最多的总酸量以及中强酸量,以及最多的弱B酸和中强B酸量。HRTEM结果显示,Ni Mo/BF-Mg Cl2催化剂表现出最短的Mo S2活性相平均长度(Lav值为3.75)和最好的活性相的分散度(f Mo值为0.28)。因此,在DBT的加氢脱硫活性评价中,Ni Mo/BF-Mg Cl2催化剂表现出最好的加氢脱硫性能,当重时空速为10 h-1时,脱硫率最高可达98.6%,且HYD和DDS路径比最高(0.29)。采用水热沉淀法负载活性金属主要影响了活性金属在载体中的分散度、载体金属间的相互作用力、“Ni-Mo-S”活性相堆垛层数以及活性金属硫化度。多种表征结果表明,与传统浸渍法负载活性金属相比,水热沉淀法负载活性金属具有相对较弱的载体金属间的相互作用力(H2-TPR)、更高的分散度(XRD、HRTEM)、更适宜的“Ni-Mo-S”活性相堆垛层数(HRTEM)和更高的的活性金属硫化度(XPS)。对比不同碳链长度季铵盐(十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵及十六烷基三甲基溴化铵)催化剂的BET结果,随着季铵盐碳链长度的增加,催化剂的比表面积损失逐渐减小;其中,Ni Mo/BF-CTAB催化剂具有最好的介孔孔道性质,比表面积、孔容和孔径分别为295.68 m2·g-1、0.54 cm3·g-1和17.63 nm。同时,HRTEM结果显示,使用十六烷基三甲基溴化铵水热沉淀合成的Ni Mo/BF-CTAB催化剂具有最好的Mo S2活性相堆垛层数(最大层数为6层),最好的活性相分散度(f Mo值为0.32)和最好的活性金属Mo硫化度(SMo为60.19%)。因此,在DBT的加氢脱硫活性评价中,Ni Mo/BF-CTAB催化剂表现出最好的加氢脱硫性能,当重时空速为10 h-1时,脱硫率最高可达96.9%,且HYD和DDS路径比最高(0.44)。
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