活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭載體對原油鎳鉬催化劑的影響

　　原油中含有大量極差質量的重化合物。因為對于優質低硫的理想燃料油和原料的需求，流化催化裂化和加氫裂化的需求正不斷增加，而可用的重質原油變多了。因此，將重質原油轉化為高價值產品的精煉工藝對精煉廠至關重要。但是，最重的餾分稱為真空殘留物，其中包含大量雜質，例如金屬，氮，硫和聚芳族化合物。在一般工業中使用氧化鋁為載體的鎳鉬催化劑來處理，但是載體的性質會影響加氫處理反應。所以這次我們測試了活性炭載體和二氧化硅載體的鎳鉬催化劑來對比這幾種載體的對催化劑的影響。

　　活性炭和其他載體的材料分析

　　進行了鎳鉬硫化催化劑的TEM分析，以收集有關硫化鉬在載體上的分散性的信息。TEM圖像如圖1所示。對于氧化鋁和活性炭催化劑，在二氧化硅催化劑中未觀察到MoS 2條紋。氧化鋁催化劑中會明顯出現兩到三層MoS 2堆疊，可能是II型活性位。然而，這種類型的活性位點對于活性炭負載的催化劑是不可見的。氧化鋁催化劑的計算平均平板長度為3.19nm。較大的平均平板長度可能與氧化鋁催化劑中較弱的金屬-載體相互作用有關。

　　圖1：制備的鎳鉬催化劑(1)活性炭，(2)氧化鋁和(3)二氧化硅的透射電子顯微鏡。

　　活性炭催化劑活性研究

　　使用原油中的真空殘留物作為原料，在間歇反應器中評估了加氫處理活性。因為所有反應都是在幾乎相同的條件下進行的，所以轉化率的差異主要歸因于所用催化劑的性質。原料的性質包含高瀝青質(22%)，硫(5.45%)和其它金屬含量。在圖2中，已經提出了不同催化劑的加氫處理活性，使用活性炭，二氧化硅和氧化鋁為載體的催化劑獲得的加氫脫硫轉化率分別為70%，58%和61%。負載在氧化鋁上的催化劑具有高的加氫脫硫轉化率。

　　圖2：催化劑的加氫處理轉化率。

　　二氧化硅，活性炭和氧化鋁催化劑的金屬去除效率或加氫脫金屬分別為77%，97%和91%。與加氫脫硫相比，加氫脫金屬活動更高。其原因是，加氫脫金屬反應機制取決于為硫化氫分壓。在加氫處理反應期間，硫化氫生成并累積在間歇式反應器內部。隨著反應時間的增加，硫化氫的濃度以活性氫為代價而增加。硫化氫的增加濃度對加氫脫金屬有積極影響，但對加氫脫硫有不利影響。

　　加氫裂化活動

　　使用活性炭和其它兩種催化劑研究了殘留物轉化率和產物分布方面的加氫裂化活性。結果示于圖3。在真空殘留物的>550℃餾分經改質是一種熱驅動的過程。在本研究中，發現催化劑之間的巨大差異表明該過程是催化控制的。就殘余物轉化而言，催化性能為：二氧化硅<氧化鋁<活性炭。

　　圖3：催化劑的殘留轉化。

　　氫處理過的產品也分為四個餾出物：石腦油(<150°C)，中間餾出物(150-350°C)，減壓瓦斯油(350-550°C)和殘余物(>550°C)。發現與活性炭負載的鎳鉬催化劑相比，在二氧化硅和氧化鋁負載的催化劑中石腦油產率比較低。中間餾分和真空粗柴油的餾分產率與氧化鋁催化劑非常相似。相反，活性炭催化劑顯示出較低沸點物質，即31%的石腦油和54%的中間餾分的產率更高。

　　用活性炭，二氧化硅和中孔氧化鋁載體制備加氫處理催化劑，并在410°C的溫度和10MPa的壓力下進行真空殘留物加氫處理反應的測試。對比性能顯示，盡管二氧化硅負載的催化劑具有非常高的表面積，但由于其較低的孔徑，它在殘渣提質過程中極易形成焦炭。反過來，這導致轉化率低和液體產品收率低。與二氧化硅負載的催化劑相比，活性炭負載的催化劑表現出更高的轉化率。原因之一是活性炭的孔徑分布比二氧化硅高。活性炭催化劑的有效性可歸因于其較大的孔徑，較高的孔體積以及活性金屬的較好分散性。這些對于殘余物加氫處理催化劑是有利的性質。

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