一种加氢催化剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种加氢催化剂，具体涉及一种加氢催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着世界范围内的原油重质化、劣质化趋势日益加重，重油加氢技术在原油高效利用以及轻质化过程中发挥着越来越重要的作用。氧化铝作为加氢催化剂的主要载体，其具有较大的比表面积、优良的孔道结构、一定的酸强度分布、较高的水热稳定性、热稳定性等特点，在加氢过程中发挥着重要的作用。当前，普通氧化铝酸性较为单一、负载金属时与活性组分间的作用太强，导致深度加氢的目的还不能很好的实现。尤其是在重油加氢的过程中，普通氧化铝的孔径较小，反应过程中大分子受到扩散限制的影响，催化剂会更易失活，活性金属利用程度有待于进一步提高。

2、cn103539173a公开了一种高热稳定有序介孔氧化铝材料的制备方法。此材料可在1000℃高温焙烧1h后孔道有序度保持较好；其以硝酸铝和氯化铝等无机铝源为原料，p123为模板剂，在乙醇和水溶液中加入有机羧酸作为表面保护剂，通过溶剂挥发诱导自组装合成了有序介孔氧化铝材料。此材料的孔径在4.0～10.0nm，比表面积为200～400m2/g，孔体积为0.3～1.0cm3/g。

3、目前，氧化铝的合成方式很多，但如何制备综合性能更优的氧化铝基载体材料，并在上述基础上制备性能优良的加氢催化剂，是当前研究的重要方向。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种加氢催化剂及其制备方法和应用。本发明的加氢催化剂用于渣油加氢脱金属反应中，具有较强的加氢活性，其反应性能大幅提高，能够保证加氢装置的长周期稳定运行。

2、本发明第一方面提供了一种加氢催化剂的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)将介孔氧化铝、活性炭、第一活性金属源和成型助剂混合成型，经干燥，焙烧，得到催化剂中间体；

4、(2)用含第二活性金属的“内水相/油相/外水相”型浸渍液浸渍步骤(1)得到的催化剂中间体，经干燥，焙烧后，得到所述加氢催化剂。

5、进一步地，所述含第二活性金属的“内水相/油相/外水相”型浸渍液包括内水相、包覆内水相的油相以及外水相；其中，所述内水相包括第vib族金属源、助乳化剂、水溶性高聚物、水和任选的助剂源，所述外水相包括第viii族金属源、亲水剂和水；所述油相包括表面活性剂和油。

6、进一步地，表面活性剂与油的质量比为1.0∶0.1～10.0，优选为1.0∶2.0～10.0，进一步优选为1.0∶4.0～10.0，例如为1.0∶4.0、1.0∶4.5、1.0∶5.0、1.0∶5.5、1.0∶6.0、1.0∶6.5、1.0∶7.0、1.0∶7.5、1.0∶8.0、1.0∶8.5、1.0∶9.0、1.0∶9.5、1.0∶10.0等，以及这些数值中的任意两个所构成的范围中的任意值。

7、进一步地，内水相和油相的质量比为0.4～12.0∶1.0，优选为0.5～9.0∶1.0，例如为0.5∶1.0、0.7∶1.0、0.9∶1.0、1.0∶1.0、1.5∶1.0、2.0∶1.0、3.0∶1.0、4.0∶1.0、5.0∶1.0、6.0∶1.0、7.0∶1.0、8.0∶1.0、9.0∶1.0等，以及这些数值中的任意两个所构成的范围中的任意值。

8、进一步地，“内水相/油相”的质量和外水相的质量之比为0.5～10.0∶1.0，优选0.5～8.0∶1.0，例如为0.5∶1.0、0.7∶1.0、0.9∶1.0、1.0∶1.0、1.5∶1.0、2.0∶1.0、3.0∶1.0、4.0∶1.0、5.0∶1.0、6.0∶1.0、7.0∶1.0、8.0∶1.0等，以及这些数值中的任意两个所构成的范围中的任意值。

9、进一步地，所述水溶性高聚物为聚乙烯醇(分子量17～22万)、羧甲基纤维素、明胶、阿拉伯树胶、聚丙烯酸钠(分子量为1万以下)中的一种或几种。

10、进一步地，所述内水相中，水溶性高聚物的质量浓度为4.0％～14.0％。

11、进一步地，所述内水相中，第vib族金属以氧化物计浓度为8～80g/100ml，优选10～60g/100ml；所述外水相中，第viii族金属以氧化物计浓度为2～50g/100ml，优选5～30g/100ml。

12、进一步地，所述第vib族金属为mo和/或w，第viii族金属为ni和/或co。第vib族金属源为四钼酸铵、七钼酸铵、偏钨酸铵、氧化钼中的一种或多种，第viii族金属源为碱式硝酸镍、硝酸钴等中的一种或多种。

13、进一步地，所述内水相中，所述助剂选自磷、硅或硼中的至少一种，优选为磷，磷源为磷酸、磷酸一氢铵、磷酸二氢铵等中的一种或者几种。所述内水相中，助剂以氧化物计浓度为0～12.0g/100ml，优选为0.5～12.0g/100ml。

14、进一步地，所述助乳化剂选自聚乙二醇-8000、聚乙二醇-400、十六醇、十八醇、丙二醇、正丁醇和甘油中的一种或多种。所述内水相中，助乳化剂的质量浓度为0.5％～5.0％。

15、进一步地，所述亲水剂为聚山梨酯、失水山梨醇单月桂酸酯、单硬脂酸铝、丁二酸二辛酯磺酸钠、氯化苯甲烃铵、溴化十六烷三甲胺等中的一种或几种。所述外水相中，亲水剂的质量浓度为5.0％～15.0％。

16、进一步地，所述表面活性剂选自单硬脂酸甘油酯、双硬脂酸甘油酯、月桂酸单甘油酯、聚氧乙烯醚脂肪醇(结构为r-(o-c-c)x-oh，其中r为碳数在12～15的直链烷基，x取值为2～11)等中的一种或者多种。

17、进一步地，所述油选自硅油、植物油中的至少一种，所述硅油选自甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油中的至少一种，所述植物油选自花生油、椰子油、茶籽油中的至少一种。

18、进一步地，步骤(2)中，所述含第二活性金属的“内水相/油相/外水相”型浸渍液的制备方法，包括∶

19、(a)将表面活性剂和油混合，加热，得到油相；

20、(b)将助乳化剂、第vib族金属源、水和任选的助剂源混合，加热，得到澄清溶液；

21、(c)在步骤(b)得到的澄清溶液中加入水溶性高聚物，得到内水相；

22、(d)将步骤(c)的内水相以液滴的形式滴加至步骤(a)得到的油相中，滴加的过程中保持油相为液态，同时进行搅拌剪切均质化，得到“内水相/油相”型乳状液；

23、(e)将第viii族金属源与含有亲水剂的水混合，得到外水相；

24、(f)将步骤(d)得到的“内水相/油相”型乳状液滴加到步骤(e)得到外水相中，得到“内水相/油相/外水相”型浸渍液。

25、进一步地，步骤(a)中，所述表面活性剂选自单硬脂酸甘油酯、双硬脂酸甘油酯、月桂酸单甘油酯、聚氧乙烯醚脂肪醇(结构为r-(o-c-c)x-oh，其中r为碳数在12～15的直链烷基，x取值为2～11)等中的一种或者多种。所述油选自硅油、植物油中的至少一种，所述硅油选自甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油中的至少一种，所述植物油选自花生油、椰子油、茶籽油中的至少一种。

26、进一步地，步骤(a)中，所述加热至温度为45～85℃，以使油相呈现均匀液体的状态。

27、进一步地，步骤(a)中，所述表面活性剂的质量与油的质量比为1.0∶0.1～10.0，优选为1.0∶2.0～10.0。

28、进一步地，步骤(a)中，所述助乳化剂选自聚乙二醇-8000、聚乙二醇-400、十六醇、十八醇、丙二醇、正丁醇、聚乙烯醇和甘油中的一种或多种。

29、进一步地，步骤(a)中，所述助乳化剂的用量占步骤(c)所得内水相质量的0.5％～5.0％。

30、进一步地，步骤(b)中，所述第vib族金属为mo和/或w，所述第vib族金属源可为氧化钼、四钼酸铵、七钼酸铵、偏钨酸铵等中的一种或者几种。所述助剂选自磷、硅或硼中的至少一种，优选为磷，磷源可为磷酸、磷酸一氢铵、磷酸二氢铵等中的一种或者几种。

31、进一步地，步骤(b)中，所述水为蒸馏水或者去离子水，所述水的电导值应小于10.0ms。

32、进一步地，步骤(b)中，所述加热至温度为90～120℃，以使步骤(b)加入的各物质混合均匀，至澄清溶液。

33、进一步地，步骤(c)中，所述内水相中，第vib族金属以氧化物计浓度为8～80g/100ml，优选10～60g/100ml，助剂源以氧化物计浓度为0～12.0g/100ml，优选为0.5～12.0g/100ml。

34、进一步地，步骤(c)中，所述水溶性高聚物为聚乙烯醇(分子量17～22万)、羧甲基纤维素、明胶、阿拉伯树胶、聚丙烯酸钠(分子量为1万以下)中的一种或几种。

35、进一步地，步骤(d)中，所述水溶性高聚物在步骤(d)所得内水相中的质量浓度为4.0％～14.0％。

36、进一步地，步骤(d)中，所述油相保持液态的温度为45～85℃，搅拌速率为400～800r/min。

37、进一步地，步骤(d)中，所述内水相和油相的质量比为0.4～12.0∶1.0，优选0.5～9.0∶1.0。

38、进一步地，步骤(d)中，所述搅拌剪切均质化过程，搅拌速度为10000～18000rpm，剪切均质化时间为3～8min，剪切均质化温度为50～85℃。

39、进一步地，步骤(e)中，所述第viii族金属为ni和/或co。所述第viii族金属源为碱式碳酸镍、硝酸钴等中的一种或多种。

40、进一步地，步骤(e)中，所述亲水剂为聚山梨酯、失水山梨醇单月桂酸酯、单硬脂酸铝、丁二酸二辛酯磺酸钠、氯化苯甲烃铵、溴化十六烷三甲胺等中的一种或几种。

41、进一步地，步骤(e)中，所述水为蒸馏水或者去离子水，所述水的电导值应小于10.0ms。

42、进一步地，步骤(e)中，所述外水相中，亲水剂的质量浓度为5.0％～15.0％。

43、进一步地，步骤(e)中，所述外水相中，第viii族金属以氧化物计浓度为2～50g/100ml，优选5～30g/100ml。

44、进一步地，步骤(e)中，所述“内水相/油相”型乳状液与外水相的质量比为0.5～10.0∶1.0，优选0.5～8.0∶1.0。

45、进一步地，步骤(1)中，所述介孔氧化铝的制备方法，包括：

46、(i)将铝源、酸和醇混合，进行预水解，得到溶液a；

47、(ii)将模板剂和醇混合，得到溶液b；

48、(iii)将溶液a和溶液b混合后进行反应，干燥，焙烧，得到介孔氧化铝。

49、进一步地，步骤(i)中，所述预水解在搅拌条件下进行，搅拌速率没有特别限制。所述预水解的温度为20～60℃，预水解的时间为1～12h。进一步地，所述铝源为硝酸铝、氯化铝、异丙醇铝等铝源中的一种或几种。所述酸为硫酸、硝酸、盐酸等无机酸中的一种或几种。所述醇为乙醇、丙醇、丁醇等低碳有机醇中的一种或几种。

50、进一步地，步骤(i)中，醇/铝摩尔比为10.0～80.0，优选为15.0～55.0。

51、进一步地，步骤(i)中，酸/铝摩尔比为1.0～10.0，优选为1.0～5.0。

52、进一步地，优选地，步骤(i)中，先将铝源、酸和醇混合进行预水解，得到前驱体溶液，然后在前驱体溶液中逐滴加入离子型乳化剂，得到溶液a。其中，所述离子型乳化剂加入量与前驱体溶液的用量关系为5～15g/100ml。

53、进一步地，所述离子型乳化剂为十二烷基硫酸钠、脂肪聚氧乙烯醚硫酸酯盐(化学结构通式为ro(ch2ch2o)n-so3na(n＝1～15，r为c10～c22的脂肪烷基)等阴离子乳化剂中的一种或几种。

54、进一步地，步骤(ii)中，所述模板剂为p123(聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇三嵌段共聚物)、sdbs(十二烷基苯磺酸钠)和aot(二辛基磺基丁二酸)等中的至少一种，优选为p123。步骤(i)中铝源与步骤(ii)中模板剂的摩尔比为30～105，优选为30～60。进一步地，混合后在20～55℃下搅拌1～5h，搅拌速率没有特别限制。步骤(ii)中，所述醇为乙醇、丙醇、丁醇等低碳有机醇中的一种或几种。步骤(ii)中，醇与模板剂的摩尔比为300～1000。

55、进一步地，步骤(iii)中，优选地，将溶液a逐滴加入至溶液b中进行反应。所述反应在搅拌下进行，搅拌速率没有特别限制，反应温度为20～60℃，反应时间为3～8小时。所述干燥温度为120～200℃，所述干燥时间为4～10h。所述焙烧温度为500～650℃，所述焙烧时间为3～8h。

56、进一步地，步骤(1)中，所述活性炭为高温型活性炭，其最低耐热温度不低于700℃，优选为750～900℃。所述活性炭的孔容为1.0～1.8ml/g，孔分布中孔径为50.0～300.0nm的孔容占总孔容的15％～45％。

57、进一步地，步骤(1)中，所述成型助剂为田菁粉、甲基纤维素等中的一种或几种。所述成型方法可以为挤条、压片、滚球成型中的至少一种。成型后的形状可以为三叶草形、四叶草形、蝶形、圆柱形、球形或条形等。

58、进一步地，步骤(1)中，所述成型助剂加入质量为介孔氧化铝和活性炭总质量的1.0％～8.0％。

59、进一步地，步骤(1)中，所述第一活性金属为第vib族金属中的一种或几种，优选为mo和/或w；所述钼源选自七钼酸铵、四钼酸铵、氧化钼等中的至少一种；所述钨源优选为偏钨酸铵。所述第一活性金属的用量(以氧化物计)为介孔氧化铝与活性炭总质量的8％～20％。

60、进一步地，步骤(1)中，所述干燥温度为120～200℃，所述干燥时间为4～10h。所述焙烧温度为500～650℃，所述焙烧时间为3～8h。

61、进一步地，步骤(2)中，所述第二活性金属包括第viii族金属和第vib族金属，其中，第vib族金属为mo和/或w，第viii族金属为ni和/或co。进一步地，所述浸渍优选为饱和浸渍。

62、进一步地，步骤(2)中，所述干燥温度为120～200℃，所述干燥时间为4～10h。所述焙烧温度为500～650℃，所述焙烧时间为3～8h。

63、本发明第二方面提供了一种上述方法制备得到的加氢催化剂。

64、进一步地，所述加氢催化剂包括加氢催化剂中间体和第二活性金属，所述第二活性金属包括第viii族金属和第vib族金属，所述加氢催化剂中间体包括介孔氧化铝、活性炭和第一活性金属，所述第一活性金属选自第vib族金属中的一种或几种。

65、进一步地，所述介孔氧化铝的比表面积为300～550m2/g，优选为325～365m2/g，介孔孔径为10.0～25.0nm，优选为12.0～15.0nm，孔容为1.00～1.50ml/g，优选为1.20～1.45ml/g。

66、进一步地，所述介孔氧化铝，中强酸量占总酸酸量的53％以上，优选为57％～60％。其中，总酸酸量是指弱酸酸量、中强酸酸量和强酸酸量之和。所述介孔氧化铝中，总酸酸量为0.246～0.295mmol/g，优选为0.246～0.268mmol/g。

67、进一步地，所述加氢催化剂中间体中，介孔氧化铝和活性炭的质量比为1.5～9.0，优选为1.5～8.0。

68、进一步地，所述加氢催化剂中，b酸酸量占b酸酸量和l酸酸量之和的15.0％～30.0％，优选为21.0％～30.0％。所述催化剂中，b酸酸量为20～30μmol/g，优选为26～30μmol/g。

69、进一步地，所述加氢催化剂中，孔径为6.0～25.0nm的介孔孔容占总孔容的10.5％～39.5％，优选为20.0％～36.0％，孔径为50.0～300.0nm的大孔孔容占总孔容的35.0％～41.0％，优选为37.2％～40.0％。

70、进一步地，所述加氢催化剂中，以加氢催化剂质量为基准，第vib族金属以氧化物计的含量为5％～20％，优选为8％～18％，第viii族金属以氧化物计的含量为2％～16％。

71、进一步地，所述加氢催化剂中，第一活性金属中第vib族金属以氧化物计的含量与第二活性金属中第vib族金属以氧化物计的含量之比为1.0～3.0。

72、本发明第三方面提供了上述催化剂在渣油加氢脱金属中的应用。

73、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

74、本发明提供了一种加氢催化剂的制备方法，首先，采用自组装法，主要通过控制醇/铝摩尔比、醇/模板剂摩尔比以及模板剂的引入方式，制备比表面积、孔结构和表面酸分布适宜的介孔氧化铝，并进一步将其与大孔的高温型活性炭以及部分主活性金属结合成型；其次，配合“内水相/油相/外水相”型多相浸渍液，各步骤综合协调，所得催化剂用于渣油加氢脱金属反应中，催化剂的脱金属活性大幅提高，能够保证装置的长周期稳定运行。