非負載型加氫催化劑合成尾液回用研究

趙 悅，蘇國平，焦章迪，陳世安，賀 新，殷長龍

（1. 中國石油天然氣股份有限公司撫順石化分公司，遼寧 撫順 113000；2. 中國石油大學（華東）重質油國家重點實驗室CNPC催化重點實驗室，山東 青島 266580）

非負載型加氫催化劑合成尾液回用研究

趙 悅1，蘇國平1，焦章迪1，陳世安1，賀 新1，殷長龍2

（1. 中國石油天然氣股份有限公司撫順石化分公司，遼寧 撫順 113000；2. 中國石油大學（華東）重質油國家重點實驗室CNPC催化重點實驗室，山東 青島 266580）

非負載型加氫催化劑金屬氧化物合成過程中會產生大量含金屬Ni、Mo、W的尾液，如直接排放，會對環境造成嚴重污染；將尾液回收再利用合成金屬氧化物在保持較高活性的同時，不僅可以提高原料利用率，又能實現尾液零排放，解決工業生產過程中環境污染問題。

非負載；加氫催化劑；尾液回用

世界原油消費量快速增加，世界各國煉油廠加工含硫原油和高硫原油的比例越來越大，原油密度變大、硫含量增加將是原油質量變化的總趨勢[1]。然而，隨著社會對煉油工業的要求逐漸從生產過程的清潔化延伸到生產環境友好的產品，車用燃料的質量從目前的常規車用燃料向低排放的清潔燃料、超低排放的超清潔燃料方向發展，促使世界各國加快了油品質量升級的步伐。目前，我國已全國實行國Ⅳ汽柴油標準，2017年1月1日起汽柴油均實行國Ⅴ標準。近年來，非負載型催化劑由于具有金屬含量較高，加氫反應活性位的密度也較高的特點漸漸引起人們的關注[2]。非負載型催化劑與傳統負載型催化劑相比，具有很高的加氫脫硫、加氫脫氮和加氫脫芳烴活性[3]，可以在現有加氫裝置上采用常規加氫條件生產國V標準柴油。

非負載型催化劑的制備主要采用水熱合成法進行[3-6]，但是合成過程中會產生大量含氨的金屬Ni、Mo、W的尾液，這些尾液因不符合含金屬廢液排放標準，不能直接排放，嚴重影響該品種催化劑工業生產，因此開展了活性金屬氧化物尾液回用研究具有重要的實用價值。

1 試驗部分

1.1 試劑與儀器

堿式碳酸鎳、七鉬酸銨、偏鎢酸銨，均為工業一級，撫順石化催化劑廠提供；擬薄水鋁石粉，德國Sasol公司產品；蒸餾水，電導率 ＜2.8μs/cm，撫順石化催化劑廠提供。

X射線衍射儀（XRD）,采用荷蘭Panalytical公司X’Pert Pro MPD型X射線衍射儀；日本日立公司S-4800型冷場發射掃描電子顯微鏡（SEM）；美國麥克公司ASAP2405型多功能吸附儀.

1.2 活性NiMoW氧化物制備

活性NiMoW氧化物的合成采用水熱固相反應法。具體步驟為：將按一定摩爾比例的鉬酸銨、堿式碳酸鎳和偏鎢酸銨分別與一定量的蒸餾水或合成尾液攪拌制成水溶液，與反應助劑一起加入到高壓反應釜中，攪拌，加熱到某一恒定溫度反應一定時間，經過濾、水洗得到一種黃綠色結晶粉末，110 ℃烘箱干燥,研磨得到復合氧化物，濾液留存。

1.3 催化劑成型

將制備的金屬固溶體粉末干燥過篩后，加入一定量的粘結劑混捏均勻（按氧化鋁質量分數占催化劑的30%添加），擠條機擠條成型， 120 ℃干燥12 h，300～550 ℃焙燒4 h，篩分，即得非負載型加氫催化劑成品。

1.4 催化劑評價裝置

催化劑活性評價是在100 mL加氫評價裝置上，評價裝置流程示意見圖1。

圖1評價裝置Fig.1 The test apparatus

催化劑裝量100 mL。當溫度升到120 ℃時，恒溫干燥2 h，升到160 ℃時，開始注入含3%(質量分數)CS2的硫化油進行預硫化。在200～400 ℃溫度范圍內預硫化10 h，液時空速為2.0 h-1。然后調整到所需反應條件，切換成劣質催化柴油原料油，反應條件穩定48 h后開始取樣分析。

2 結果與討論

2.1 尾液循環對氧化物物性的影響

按照活性NiMoW氧化物制備方法進行尾液循環合成，第一次以蒸餾水合成的金屬氧化物記為1#（最終的催化劑記為A-1），采用尾液第一次合成的金屬氧化物記為2#（最終的催化劑記為A-2），采用尾液第二次合成的金屬氧化物記為3#（最終的催化劑記為A-3）。

三種不同金屬氧化物的XRD譜圖如圖2所示。隨尾液回用合成次數的增加，金屬氧化物中鉬酸鎳銨結構的特征衍射峰明顯增強，這表明鉬酸鎳銨在逐漸聚集增長，同時出現了一些新峰說明采用尾液合成的金屬氧化物出現了新的結構。通過對合成的活性金屬氧化物進行回收率及低溫氮氣吸脫附分析（見表1）發現，隨著尾液反應次數增加，其比表面積慢慢變小，而平均孔徑慢慢變大，收率逐漸增加。

圖2 不同回用次數合成的Ni-Mo-W活性金屬氧化物的XRD譜圖Fig.2 XRD patterns of Ni-Mo-W active metallic oxide for different recycle times

從圖3、4活性金屬氧化物SEM分析可以看出，第1次合成活性金屬氧化物為松散的不均勻球型物堆積結構，并有少量聚集。

圖3 第1次合成活性金屬氧化物SEM圖Fig.3 SEM images of the active metallic oxide synthesized for the first time

表1不同尾液回用次數制備活性氧化物的收率及物性數據Table 1 Yield and physical properties of the active oxide synthesized for different recycle times

圖4 尾液回用2次活性金屬氧化物SEM圖Fig.4 SEM images of the active metallic oxide synthesized for the second recycle time

尾液回用合成的活性金屬氧化物除了有第1次合成活性金屬氧化物所具有的結構外，還存在大量的直板堆積型結構，這種混合晶型結構可能是由于尾液中某些組分起到了模板作用，使晶粒定向生長而產生，進一步印證了XRD的分析結果。

2.2 NiMoW催化劑的加氫活性評價結果

制備的非負載型催化劑A-1、A-2以及A-3進行柴油加氫評價，評價結果見圖5、6和表2。

表2 不同尾液回用次數制備的催化劑加氫反應性能Table 2The hydrogenation performance of the catalysts prepared for different recycle times

圖5 HDS活性對比Fig.5 Comparison of the activity of HDS

圖6 HDN活性對比Fig.6 Comparison of the activity of HDN

由圖5、圖6可知，三種不同催化劑340 ℃的HDS活性順序為：A-3＞A-2＞A-1，隨著反應溫度提高三種催化劑活性變化不大，說明各催化劑 HDS活性在360 ℃時已接近活性上限；三種不同催化劑的HDN活性均較高，且隨著溫度變化HDN活性變化不大。通過表2可以進一步看出，利用尾液進行再次反應后制備的催化劑的HDS、HDN活性比原來催化劑活性更高。A-3在350 ℃時，能將柴油中的氮含量降至0.9μg·g-1，360 ℃時，能將硫含量降低至18μg·g-1。

3 結 論

（1）采用尾液回用法制備的活性金屬氧化物與第1次合成活性金屬氧化物相比，金屬組成、晶型、晶貌、孔結構等都發生了變化，第1次合成活性金屬氧化物主要是無定型結構，而采用尾液回用法制備的活性金屬氧化物除了具有原無定型結構外還出現了板式堆積結構。

（2）催化劑初活性評價結果表明，隨著尾液回用次數增加，催化劑的HDS及HDN活性有所增加，這可能與其特殊的板式堆積結構有關。

（3）采用尾液回用法制備的活性金屬氧化物不僅可以提高金屬氧化物的收率，同時所制備的催化劑保持了較高活性，又能實現尾液零排放，可以解決工業生產存在的問題。

［1］瞿國華．重質原油加工的熱點與難點[J].石油化工技術與經濟，2013,29(1):1-7．

［2］李賀，殷長龍，趙蕾艷,等．非負載型加氫精制催化劑的研究進展[J].石油化工，2013,42(7):811-817．

［3］趙悅，殷長龍，陳世安,等．柴油超深度加氫脫硫非負載型Ni-Mo-W催化劑的研究[J].石油煉制與化工，2009,40(12):26-29．

［4］劉歡，殷長龍，趙蕾艷,等．水熱法合成Ni-Mo非負載型催化劑及催化加氫性能[J].石油煉制與化工，2013,44(9):19-24．

［5］趙蕾艷，殷長龍，劉歡,等．非負載型催化劑上柴油深度加氫脫硫工藝條件研究[J].石油煉制與化工，2013,44(10):19-24．

［6］孔妍，殷長龍，柳云騏,等．非負載型NiMoW加氫催化劑的制備、表征和性能評價[J].石油學報（石油加工），2012,28(5):730-738．

Study on Recovery of the Waste Liquor From Synthetic Process of Non-Supported Hydrogenation Catalysts

ZHAO Yue1，SHU Guo-ping1，JIAO Zhang-di1，CHEN Shi-an1，HE Xin1，YIN Chang-long2
（1. CNPC Fushun Petrochemical Branch Company，Fushun Liaoning 113000，China；2. State Key Laboratory of Heavy Oil Processing，Key Laboratory of Catalysis，CNPC，China University of Petroleum（Huadong），Shandong Qingdao 266580，China）

Preparing the metallic oxide of non-supported hydrogenation catalysts can produce a large number of waste liquor, which contains Ni, Mo and W, etc. If the waste liquor is drained directly, it will cause serious environmental pollution. Preparing metallic oxide by using recycled waste liquor can maintain the metallic oxide high activity, improve the efficiency of material, realize the zero-emission target of waste liquor, and solve the environmental pollution problems in industrial production.

Non-supported; Hydrogenation catalyst; Waste liquor recovery

TQ 426.95

A

1671-0460（2015）08-1791-03

2015-05-09

趙悅（1968-），女，遼寧撫順人，高級工程師，工程碩士，1990年畢業于天津大學工業催化專業，研究方向：從事加氫催化劑研究工作。E-mail：zhaoyue123@petrochina.com.cn。