渣油加氢脱金属催化剂的制备

采用PASCA、NH3-TPD、XRD、BET和压汞法等技术,探索载体SiO2-Al2O3在制备过程中孔结构和表面性质的变化,并研究焙烧温度对渣油加氢脱金属催化剂MoNi/SiO2-Al2O3表面上活性金属(Mo、Ni)的分散状态及还原性能的影响.证明在一定条件下,载体的孔结构、表面性质变化与活性金属组分在催化剂表面上的分散状态之间有着相当的一致性,因此,可以采用简单、方便的方法,一步制备出孔结构及表面性能均优良的MoNi/SiO2-Al2O3渣油加氢脱金属催化剂.     

劣质渣油加氢脱金属催化剂RDM-36的开发

根据高金属含量劣质渣油加氢反应的特点,通过开发新型载体材料优化催化剂载体的孔结构、采用新的活性组分负载方法提高催化剂的容金属能力、对催化剂表面性质进行改性提高催化剂反应的稳定性等多方面设计,成功开发了新型脱金属催化剂RDM-36。RDM-36催化剂在劣质渣油加氢处理过程中表现出优良的脱金属及沥青转化性能。寿命试验结果表明,RDM-36催化剂可实现固定床工艺条件下对高金属含量劣质原料的长周期加工运转,提高固定床渣油加氢装置对劣质原料油的适应能力。     

柴油加氢废催化剂再生后梯级应用于渣油加氢脱硫反应的研究

考察了不同再生方法对柴油加氢废催化剂物化性质及其渣油加氢脱硫活性的影响。首先，对柴油加氢废催化剂进行常规再生处理，再生后催化剂孔道得到疏通，聚集态活性金属重新分散，但梯级应用于渣油加氢脱硫反应的活性明显低于标准剂。其次，分别从扩孔和强化活性金属-载体相互作用的角度对催化剂进行改性处理，扩孔后催化剂中聚集态低活性金属被脱除，催化剂孔道结构得到进一步优化，活性金属利用率提高；强化活性金属-载体相互作用后，催化剂的渣油加氢脱硫性能明显提升。最终，耦合以上两种改性方法，得到优化后的再生催化剂，将其梯级应用于渣油加氢脱硫反应的活性接近标准剂水平。     

柠檬酸-水热组合改性对NiW/Al2O3催化剂加氢性能的影响

以氧化铝为载体,Ni、W为活性金属组分,采用等体积浸渍法制备了NiW/Al2O3重油加氢处理催化剂,考察柠檬酸改性和柠檬酸-水热处理组合改性对催化剂加氢性能的影响,采用H2-TPR、XRD、HRTEM、UV-Vis等手段对催化剂理化性质进行了表征。结果表明,柠檬酸与金属组分间的络合作用减弱了活性金属与氧化铝载体之间的强相互作用,提高了WS2活性相的堆垛层数,促进了活性金属的硫化;进一步对改性催化剂进行水热处理可以适当提高WS2活性相的分散度,使催化剂的加氢活性得以提高。采用柠檬酸-水热处理组合改性的催化剂NiWCA-H/Al2O3对委内瑞拉脱沥青油具有良好的加氢脱硫及脱氮活性。     

渣油加氢脱金属催化剂RDM-2的研究

根据渣油中Ni和V化合物的加氢反应机理,对催化剂孔结构和形状等进行设计,并通过新的制备技术研制和开发了RDM-2渣油加氢脱金属催化剂。以伊朗常压渣油和沙中常压渣油为原料在中型固定床反应器上评价了工业试生产的RDM-2催化剂和国外同类参比剂的性能。结果表明,RDM-2催化剂的脱金属活性和脱硫活性明显好于国外参比剂,在达到相同脱金属率和脱硫率的情况下,反应温度低10℃以上。该剂已成功应用于工业渣油加氢装置。     

FZC-24 B型渣油加氢脱金属催化剂的开发

采用由硫酸铝法制得的氧化铝干胶为原料制备出催化剂载体,在该载体上浸渍Mo和Ni活性组分,并经焙烧后制得FZC-24 B型渣油加氢脱金属催化剂.以沙中常压渣油为原料,在200 mL固定床加氢装置上进行了FZC-24 B型催化剂的稳定性考察实验,并与国产同类型参比催化剂G-1进行了性能对比.结果表明,在运转初期,二者均表现出较高的脱金属活性;但当运转时间大于1 000 h后,FZC-24 B型催化剂的活性保持平稳,金属Ni与V的脱除率稳定在60%,而参比剂的活性则下降较快.工业放大制备FZC-24 B型催化剂的物性重复了实验室制备该催化剂的结果.     

仪长渣油加氢处理反应规律的研究Ⅱ.新型催化剂及工艺条件的影响

针对仪长管输原油渣油(简称仪长渣油)的性质特点,开发了新型渣油加氢降残炭催化剂,并考察了加氢工艺条件对仪长渣油加氢处理反应的影响。通过选用镍钼型活性金属体系,改进载体的制备方法、浸渍工艺过程及添加助剂等开发了新型渣油加氢降残炭催化剂,使用该催化剂的级配体系具有更强的加氢饱和活性及杂原子脱除活性。在相同的操作条件下,与现工业装置应用的催化剂级配体系相比,使用新型加氢降残炭催化剂的级配体系可以使仪长渣油的残炭降低率提高3.3百分点、加氢脱氮率提高7.9百分点,有效提升仪长渣油的加氢生成油品质。在渣油加氢常规操作范围内,通过提高反应温度和氢分压、降低体积空速可以提高仪长渣油残炭降低率,促进加氢脱硫、加氢脱氮等反应的进行,有利于加氢生成油品质的提高。     

磷对加氢脱金属催化剂催化性能及结构的影响

以Ni和Mo为活性组分,采用浸渍法制备加氢脱金属(HDM)催化剂。以沙中常压渣油(常渣)为原料对催化剂性能进行评价,并采用红外光谱(IR)、氮气吸附测试仪(BET)、拉曼光谱、透射电镜(TEM)等对催化剂进行表征,研究磷对MoNi/Al_2O_3催化剂反应性能及结构的影响。结果表明:与未添加磷催化剂相比,加入磷后催化剂的孔容由0.68 mL/g降到0.64 mL/g,可几孔径由20 nm降到18 nm,比表面积变化较小;H_2程序升温还原(H_2-TPR)中低温还原峰温变化不明显,含磷催化剂的高温还原峰峰温增加约124℃;随着磷含量增加,催化剂中八面体钼的相对含量增加,催化剂活性相的平均片层数由2.2层增至6.4层,平均长度由6.75 nm增到10.51 nm,脱金属和脱硫活性先提高后降低。     

活性组分非均匀分布的渣油加氢脱金属催化剂的制备及性能考察

制备了高温和低温焙烧载体,并通过调节浸渍液的pH值制备出活性组分分布不同的Ni/Al2O3和Mo/Al2O3催化剂;通过加入竞争吸附剂的方法制备出单组分和双组分均为蛋黄形非均匀分布的催化剂。通过BET,FT-IR,SEM-EDS和UV-DRS对载体和催化剂进行物化性质表征,用实际油品评价渣油加氢脱金属催化剂沉积金属的能力和分布状态。结果表明：活性金属在载体表面的分布状态与载体的表面性质和浸渍液的pH值有关;加入适量的竞争吸附剂磷酸并调节浸渍液的pH值能改变活性金属的分布,可以制备出活性金属蛋黄形分布的MoNi/Al2O3渣油加氢脱金属催化剂,与活性组分均匀分布的催化剂相比,该催化剂具有较好的反应活性,能够改善沉积金属的分布,提高催化剂容纳金属的能力。     

添加剂对渣油加氢脱金属性能的影响

以不同种类和不同含量高芳香性的催化裂化产物重循环油(HCO)和轻循环油(LCO)作为添加剂,考察了其对常压渣油加氢脱金属反应(HDM)性能的影响。结果表明,HCO和LCO添加剂的加入,可改善渣油在反应过程中的扩散性能,促进渣油中沥青质的溶解,从而提高渣油的HDM性能,其对加氢脱镍(HDNi)性能的提高更优于加氢脱钒(HDV)。同时发现,加入高芳香性添加剂后,渣油HDM过程中S、N和CCR的脱除率均有提高,反应产物的相对分子质量分布明显向低相对分子质量方向移动;随着LCO添加剂含量的增加,渣油的HDNi、HDV性能逐步提高,但当LCO质量分数增加到20%后,其提高渣油HDM性能的作用稍有下降。     

两类典型渣油原料加氢过程中脱金属催化剂运转初期失活研究

采用碳硫元素分析(CS)、催化剂氮含量分析(CAT-N)、热重 质谱联用分析(TG-MS)以及低温静态N₂物理吸附等技术手段,分别对在中型固定床渣油加氢实验装置上运转0(硫化后)、162、262、562 h后的卸出加氢脱金属催化剂进行表征,以研究高氮低硫类渣油加氢过程运转初期催化剂失活快的原因。结果表明：在相同催化剂级配体系和相同工艺条件下,与加工高硫低氮类沙特阿拉伯轻质原油的渣油原料(沙轻渣油)的脱金属催化剂相比,加工高氮低硫类仪长管输原油的渣油原料(仪长渣油)的脱金属催化剂上形成了更多的积炭,沉积的硫化物略少,而氮化物较多;加工仪长渣油的脱金属催化剂上形成了更多的高温型积炭,且相比加工沙轻渣油的脱金属催化剂上形成的高温型积炭更难氧化燃烧;积炭对加工仪长渣油的脱金属催化剂的孔结构性质影响更大,比表面积、孔体积均低于加工沙轻渣油的脱金属催化剂,大孔占比更低。     

Hydrotreating of Maya Crude Oil: I. Effect of Support Composition and Its Pore-diameter on Asphaltene Conversion

A systematic study for a concept governing support effect in heavy oil hydrotreating (HDT) catalysts is performed. Different Al₂O₃ and its mixed oxides supports were prepared and CoMo supported catalysts were tested for Maya heavy crude oil hydrotreating. Fresh and spent catalysts are characterized with N₂ adsorption-desorption, element analysis, and scanning electron microscopy-energy dispersion analysis by x-ray (SEM-EDAX), which confirms that coke and metals deposition on the surface of catalyst is most probably near the pore mouth. It is also demonstrated from these results that asphaltene conversion depends on the pore diameter of the catalyst, while other hydrotreating conversions (hydrodesulfurization (HDS), hydrodenitogenation (HDN), and in some extent hydrodemetallization (HDM)) are more likely affected by the nature of active metal distribution. The evaluation of alumina mixed oxide (TiO₂, ZrO₂, B₂O₃, and MgO) supported catalysts indicates that supports with basic nature have better stability than the acid ones.     

利用孔径均一模型催化剂研究渣油加氢脱金属催化剂上金属沉积分布

以沙特减压渣油为原料,利用孔径均一、孔结构规整的加氢脱金属催化剂在400 ℃、10 MPa的高压釜内进行了渣油加氢脱金属实验。利用SEM,EDX,AES-ICP等手段对反应后催化剂和油样进行分析,考察了孔径对催化剂上Ni、V的沉积分布和加氢脱金属性能的影响。结果表明：在孔径大于47 nm的催化剂上,Ni和V均匀沉积,说明在催化剂内部加氢反应速率均匀,渣油分子在颗粒内部扩散不受孔径的影响;在孔径小于17 nm的催化剂上Ni和V呈外高内低的分布,存在表面沉积效应,说明催化剂内部加氢反应速率不均匀,反应物的扩散受到限制,催化剂孔径越小,反应受孔道内扩散限制越强烈;在相同催化剂上,Ni和V的沉积分布也不同,说明含Ni和含V化合物的反应速率与扩散速率的比值不同。     

NiV/Al_2O_3催化剂的渣油加氢活性研究

以孔饱和浸渍法制备不同Ni/(Ni+V)原子比的NiV/Al2O3催化剂,并对催化剂进行拉曼光谱和H2-程序升温还原(H2-TPR)表征。以科威特常压渣油为原料,考察不同Ni/(Ni+V)原子比的NiV/Al2O3催化剂的渣油加氢脱金属和脱硫活性。研究结果表明:Ni可促进V的聚集,减弱V与载体间的相互作用;Ni与V具有协同作用,Ni/(Ni+V)原子比为0.25时,催化剂的渣油加氢脱金属活性明显高于其它Ni/(Ni+V)原子比的催化剂,渣油加氢脱硫活性略高于其它Ni/(Ni+V)原子比的催化剂。     

Hydrotreating of Maya Crude Oil: II. Generalized Relationship between Hydrogenolysis and HDAs

Studies of hydrodeasphaltenization (HDAs) and hydrodemetallization (HDM) of Maya heavy crude oil at temperature of 380°C and pressure of 5.4 MPa have been carried out in a high pressure microreactor. Different pore diameter alumina CoMo-supported catalysts were prepared and their catalytic effect is estimated. The fresh and spent catalysts were characterized by textural properties; and the average pore diameter of a fresh catalyst was found to be proportional to the HDM and HDA conversions. The hydrogen elemental analysis of reactant and products indicated that asphaltene conversion is a combination of cracking and hydrogenation (HYD), since HDM correlated well with HDAs, which is due to the complex nature of both molecules (asphaltene and metals).     

Hydrotreating of Maya Crude Oil: II. Generalized Relationship between Hydrogenolysis and HDAs

Abstract

Studies of hydrodeasphaltenization (HDAs) and hydrodemetallization (HDM) of Maya heavy crude oil at temperature of 380°C and pressure of 5.4 MPa have been carried out in a high pressure microreactor. Different pore diameter alumina CoMo-supported catalysts were prepared and their catalytic effect is estimated. The fresh and spent catalysts were characterized by textural properties; and the average pore diameter of a fresh catalyst was found to be proportional to the HDM and HDA conversions. The hydrogen elemental analysis of reactant and products indicated that asphaltene conversion is a combination of cracking and hydrogenation (HYD), since HDM correlated well with HDAs, which is due to the complex nature of both molecules (asphaltene and metals).     

固定床渣油加氢催化剂表面积炭分析

利用扫描电镜、热重-质谱联用、红外光谱、X射线荧光光谱及碳硫元素分析等手段,对工业运行450天的固定床渣油加氢工业脱金属催化剂RDM-32和脱硫催化剂RMS-30表面积炭进行表征,以研究催化剂积炭的组成及类型。结果表明：两种催化剂积炭量均从催化剂表面向中心不断降低,且脱硫催化剂积炭量下降更快;与脱金属催化剂相比,脱硫催化剂含有较高的积炭和较低的金属沉积,在积炭组成上,脱金属催化剂含有较多的软炭,占总炭的56.68%,脱硫催化剂基本为硬炭,占总炭的97.04%,在结构上,两种催化剂积炭的结构也有较大差别,脱硫催化剂表面积炭芳环缩合度高于脱金属催化剂,因此其积炭更加难以转化。     

An Investigation of the Deactivation Behavior of Industrial Mo/Al2O3 and Ni-Mo/Al2O3 Catalysts in Hydrotreating Kuwait Atmospheric Residue

The catalyst system for fixed-bed residue hydrotreating processes usually consists of different types of catalysts designed to promote hydrodemetallation (HDM), hydrodesulfurization (HDS) and hydrodenitrogenation (HDN) reactions to desired levels. Overall catalyst life is determined by the performance of the individual catalysts in the different reactors. Therefore, information about the activity, stability, selectivity, and deactivation behavior of the individual catalyst is highly desirable to design improved catalysts that can prolong catalyst life, increase stream efficiency, and improve process economics. In the present work, residue hydrotreating experiments were conducted on two types of industrial hydrotreating catalysts, namely Mo/Al₂O₃ and Ni-Mo/Al₂O₃, that have been used as HDM and HDS catalysts, respectively, in an industrial ARDS process. The primary objective of the study was to compare the deactivation behavior of both types of catalyst. The characterization of the used catalysts by elemental analysis, surface area, pore volume, and pore size measurements along with TPO-MS, ¹³C NMR, and electron microprobe analysis showed significant differences in the nature of the coke and metal deposits on the two types of catalysts. The role of initial coking, the relative importance of the coke, and metal depositions on the deactivation of the two types of catalyst are discussed.     

渣油加氢催化剂上金属沉积与分布研究

对运转后S-RHT渣油加氢催化剂进行了剖析。采集了S-RHT反应器不同位置运转后的催化剂样品，利用ICP，SEM等手段对金属沉积及分布进行了剖析。结果发现，渣油中几种主要的重金属，Fe主要沉积在保护剂上，Ni主要沉积在HDM催化剂上，V在HG和HDM催化剂上均有大量沉积；而这些金属在HDS和HDN催化剂上的沉积量较少；催化剂上的金属沉积量随着床层深度增加而减少；HDM催化剂上，重金属Ni和V在单一颗粒上径向分布均匀；而在HDN催化剂上，Ni在径向分布均匀，V则大量存在于外表面。