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CN1298615C - 一种烃类制氢催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种烃类制氢催化剂及其制备方法 Download PDF

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CN1298615C CNB2004100602036A CN200410060203A CN1298615C CN 1298615 C CN1298615 C CN 1298615C CN B2004100602036 A CNB2004100602036 A CN B2004100602036A CN 200410060203 A CN200410060203 A CN 200410060203A CN 1298615 C CN1298615 C CN 1298615C
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Abstract

本发明公开了一种烃类制氢催化剂及其制备方法,烃类和水蒸汽在本发明催化剂的作用下,通过能够连续进行反应—再生的流化床反应系统制取氢气。本发明的催化剂由40~95重量%的载体和5~60重量%的金属氧化物组成,其中载体由SiO2、Al2O3和TiO2基质及余量的粘结剂组成,金属氧化物是过渡金属氧化物中的至少一种,催化剂的形状为球形,催化剂颗粒粒径分布为20~200微米。本发明催化剂的制备可采用常压浸渍法或者混浆法。

Description

一种烃类制氢催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于石油化工领域,涉及一种烃类催化制氢的催化剂及其制备方法。
背景技术
目前石化厂所需要的工业氢气,主要采用轻烃水蒸汽转化法制氢技术。姜圣阶等编著的《合成氨工学》(石油化学工业出版社.1978.7),刘镜远主编的《合成气工艺技术与设计手册》(化学工业出版社.2002.1),均介绍了该种制氢技术。轻烃水蒸汽转化法,一般是原料先经过预处理系统,目的是为了脱除原料中的烯烃和原料中的硫杂质,以保护催化剂的活性和长周期运行。预处理后的原料进入轻烃水蒸汽转化反应器进行轻烃水蒸汽转化生成H2、CO、CO2、CH1为主的合成气,轻烃水蒸汽转化反应器主要是有若干个外热式管式固定床反应器组成,该轻烃水蒸汽转化催化剂的活性组分为金属镍,催化剂的载体主要有铝酸钙载体、耐火材料载体(主要是高温煅烧的氧化铝或镁铝尖晶石,其中要求氧化钙和二氧化硅的含量小于0.1%),反应温度为大于850℃。轻烃水蒸汽转化法制氢对原料的要求比较严格,对于气体原料,要求其中烯烃含量小于1%;对于轻油原料,要求其芳烃含量小于13%、环烷烃含量小于36%、硫含量小于100ppm。因此目前的轻烃水蒸汽转化法制氢技术存在原料可选择性差、工艺流程长、过程复杂,生产条件苛刻等问题。
发明内容
本发明在于发明一种催化剂,使烃类和水蒸汽在本发明催化剂的作用下,通过能够连续进行反应一再生的流化床反应系统制取氢气,本发明还提供了该催化剂的制备方法。
本发明的催化剂由40~95重量%的载体和5~60重量%的金属氧化物组成,其中载体是由占载体总重量85~99重量%的SiO2、Al2O3和TiO2基质及余量的粘结剂组成,SiO2占载体总重量32.1~53.8重量%,Al2O3占载体总重量42.9~57.1重量%,TiO2占载体总重量1.9~8.8重量%,其中金属氧化物是过渡金属氧化物中的至少一种,推荐选自镍、钴和铁的氧化物,最好是镍的氧化物;催化剂的形状为球形,催化剂颗粒粒径分布为20~200微米。
所述粘结剂为催化剂领域常用粘结剂,如水玻璃、硅溶胶、铝溶胶或硅铝溶胶,本发明对其选用不加限制。
本发明催化剂的制备可采用常压浸渍法或者混浆法。
所述浸渍法包括如下步骤:
1)制备载体
将占载体总重量85~99重量%的SiO2、Al2O3和TiO2基质和1~15重量%的粘结剂在常温常压条件下加脱离子水制成浓度为25~75重量%的浆料,最好浓度是45~65重量%,采用喷雾干燥制粒的方法制成颗粒粒径分布为20~200微米的微球,然后在800~1300℃条件下进行焙烧1~3小时制成载体。粘结剂可选自水玻璃、硅溶胶、铝溶胶或硅铝溶胶中的一种。
2)制备催化剂
利用过渡金属的盐配制的溶液在20~80℃常压条件下对步骤1)制备的载体进行浸渍,浸渍时间为0.5~4小时,最好是在20~35℃、常压条件下浸渍1~2小时。过渡金属的盐为硝酸盐、盐酸盐、乙酸盐或硫酸盐。载体浸渍处理完成后,在常温、压力500~750毫米汞柱条件下进行过滤,并在100~120℃、常压条件下进行烘干1~4小时。然后在600~850℃、常压条件下焙烧1~3小时,最好为750~830℃、常压条件下焙烧2~2.5小时,即得本发明催化剂。
所述混浆法为:
将占载体总重量85~99重量%的SiO2、Al2O3和TiO2基质和1~15重量%的粘结剂混合均质,然后加入可溶的过渡金属的盐溶液,如过渡金属的硝酸盐、盐酸盐、乙酸盐或硫酸盐,在常温常压条件下制成浆料,采用喷雾干燥制粒的方法制成颗粒粒径分布为20~200微米的微球型,并在600~850℃条件下焙烧0.5~3小时,即得本发明催化剂。
本发明推荐采用浸渍法。
本发明催化剂可用于连续进行反应一再生的流化床反应系统中来制取氢气,反应器可以采用上行或下行的管式活塞流反应器,也可以采用密相床层反应器;再生器是与反应器相匹配的,可使因积炭而失活的催化剂再生恢复活性,恢复了活性的催化剂,循环到反应器与原料接触发生反应。再生器可以是管式再生器,也可以是其它型式的再生器。
本发明的催化剂实现烃类催化转化制氢的具体操作过程如下:经过预热的石油烃原料和水蒸汽在提升管或下行管式反应器内与来自于再生器的温度为660~850℃的催化剂接触,在反应温度为550~780℃、反应压力为1.1~10×105帕、反应时间为0.3~9秒、催化剂与原料油的重量比为13~43∶1、水蒸汽与原料油的重量比为0.3~3.5的条件下进行催化反应。反应产物与积炭的催化剂进行分离,分离后的积炭催化剂经过汽提,进入再生器进行烧焦再生,再生后的催化剂进入反应器进行反应,循环使用。分离后的反应产物经热量回收装置降低温度,然后经产品分离回收系统得到氢气产品。
具体实施方式
下面通过实例对本发明催化剂及其使用效果予以进一步说明。
实施例一
制备催化剂A
1)载体制备
将含42.9%Al2O3(干基,占载体总重量)、53.8%SiO2(干基,占载体总重量)、1.9%TiO2(干基,占载体总重量)的基质和1.4%Na2O的粘结剂(干基,占载体总重量)在常温常压条件下加脱离子水制成浓度为45%(重量)浆料,采用公知的喷雾干燥制粒的方法制成颗粒粒径分布为20~200微米的微球。然后在1100℃条件下进行焙烧2小时制成载体。
2)制备催化剂
称取200克步骤1)制成的载体,在室温和常压条件下,将其浸渍到含0.13%(重量)硝酸亚铁和10%(重量)硝酸镍的300克溶液中,浸渍时间为1.5小时,载体浸渍后,在常温、600毫米汞柱条件下进行过滤,得滤饼150克,在110℃、常压条件下进行烘干2小时。然后在800℃、常压条件下进行焙烧2.5小时处理,即得含0.8重量%氧化铁和6.0重量%氧化镍的(占催化剂总重量)催化剂A。
实施例二
制备催化剂B
1)载体制备
将含50.0%Al2O3(干基,占载体总重量)、43.2%SiO2(干基,占载体总重量)、4.4%TiO2(干基,占载体总重量)的基质和2.4%Na2O的粘结剂(干基,占载体总重量)在常温常压条件下加脱离子水制成浓度为50%(重量)浆料,采用公知的喷雾干燥制粒的方法制成20~200微米的微球。然后在1080℃条件下进行焙烧1.5小时制成载体。
2)制备催化剂
称取100克步骤1)制成的载体,在室温和常压条件下,将其浸渍到含13.74%氯化镍的300克溶液中,浸渍时间为1.0小时,载体浸渍后,在常温、740毫米汞柱条件下进行过滤,得滤饼150克,在115℃、常压条件下进行烘干1.5小时。然后在810℃、常压条件下进行焙烧2.0小时处理,即得含4.0%氧化镍的(占催化剂总重量)催化剂B。
实施例三
制备催化剂C
1)制备载体
将含57.1%Al2O3(干基,占载体总重量)、32.1%SiO2(干基,占载体总重量)、8.8%TiO2(干基,占载体总重量)的基质和2.0%Na2O的粘结剂(干基,占载体总重量)在常温常压条件下加脱离子水制成浓度为44%(重量)浆料,采用公知的喷雾干燥制粒的方法制成20~200微米的微球。然后在1100℃条件下进行焙烧2小时制成载体。
2)制备催化剂
称取100克步骤1)制成的载体,在室温和常压条件下,将其浸渍到含2.22%硝酸钴和12.98%乙酸镍的350克溶液中,浸渍时间为1.0小时,载体浸渍后,在常温、730毫米汞柱条件下进行过滤,得滤饼155克,并在110℃、常压条件下进行烘干2小时。然后在800℃、常压条件下进行焙烧2.5小时处理,即得含0.5%氧化钴和3.0%氧化镍的(占催化剂总重量)催化剂C。
实施例四
制备催化剂D
1)制备载体
将含44.7%Al2O3(干基,占载体总重量)、46.3%SiO2(干基,占载体总重量)、5.6%TiO2(干基,占载体总重量)的基质和3.4%Na2O的粘结剂(干基,占载体总重量)在常温常压条件下加脱离子水制成浓度为54%(重量)浆料,采用公知的喷雾干燥制粒的方法制成颗粒粒径分布为20~200微米的微球。然后在1100℃条件下进行焙烧2小时制成载体。
2)制备催化剂
称取100克步骤1)制成的载体,在室温和常压条件下,将其浸渍到含5.16%硝酸铑和15.78%硝酸钯的300克溶液中,浸渍时间为1.0小时,载体浸渍后,在常温、750毫米汞柱条件下进行过滤,得滤饼155克,并在110℃、常压条件下进行烘干2小时。然后在805℃、常压条件下进行焙烧2.5小时处理,即得含2.3%氧化铑和4.3%氧化钯的(占催化剂总重量)催化剂D。
实施例五
本实施例说明使用本发明的催化剂B,在采用不同原料油时制取氢气的情况。
在反应温度为680℃、剂油比12∶1、水油比2∶1、重时空速10h-1的操作条件下,以中原焦化汽油、中原常压渣油、中原减压渣油为原料在固定流化床反应装置上进行试验,试验结果列于表1,由表1可以看出,不同原料油也都有较高的氢气产率,这说明本发明催化剂有较好的原料油适应性。
实施例六
本实施例说明当使用本发明的催化剂A、B、C时制取氢气的情况。
中原常压渣油为原料,在反应温度为680℃、剂油比12∶1、水油比2∶1、重时空速10h-1的操作条件下,在固定流化床反应装置上进行试验,试验结果列于表2,由表2可以看出,催化剂A、B、C都有较高的氢气产率。这说明本发明催化剂的有效成分有较宽灵活性。
实施例七
本实施例说明使用本发明的同一种催化剂B,当采用不同反应温度时,本发明催化剂制取氢气的情况。
本实施例以常压渣油为原料,在反应温度为630℃、650℃、690℃,剂油比12∶1、水油比2∶1、重时空速10h-1的操作条件下,在固定流化床反应装置上进行试验,试验结果列于表3,由表3可以看出,在不同反应温度下都有较高的氢气产率,这说明本发明催化剂有较大反应温度弹性。
实施例八
本实施例说明使用本发明的同一种催化剂D,当采用不同反应温度时,本发明催化剂制取氢气的情况。
本实施例以常压渣油为原料,在反应温度为620℃、650℃、680℃,剂油比15∶1、水油比2.5∶1、重时空速14h-1的操作条件下,在固定流化床反应装置上进行试验,试验结果列于表4,由表4可以看出,在不同反应温度下都有较高的氢气产率。
            表1不同原料的裂解结果
 原料油   焦化汽油   常压渣油   减压渣油
 裂解产物组成,v%氢气一氧化碳二氧化碳甲烷大于C2组分 69.579.4319.751.030.22 68.578.8719.532.130.90 65.828.1823.221.661.12
        表2常压渣油为原料的裂解结果
 催化剂   A   B   C
 裂解产物组成,v%氢气一氧化碳二氧化碳甲烷大于C2组分 68.578.8719.532.130.90 68.1210.5616.852.432.04 66.059.4722.221.390.87
            表3不同反应温度的裂解结果
 催化剂   B
 反应温度/℃   630   650   690
 裂解产物组成,v%
 氢气一氧化碳二氧化碳甲烷大于C2组分   66.708.2923.540.760.71   68.017.7919.521.003.68   66.447.4223.161.251.73
            表4不同反应温度的裂解结果
 催化剂   D
 反应温度/℃   620   650   680
 裂解产物组成,v%
 氢气一氧化碳二氧化碳甲烷大于C2组分   67.207.2924.110.660.74   68.818.7919.070.982.35   66.737.6422.421.371.84

Claims (4)

1、一种烃类制氢催化剂,其特征在于:由40~95重量%的载体和5~60重量%的金属氧化物组成,其中载体是由占载体总重量85~99重量%的SiO2、Al2O3和TiO2基质及余量的粘结剂组成,SiO2占载体总重量32.1~53.8重量%,Al2O3占载体总重量42.9~57.1重量%,TiO2占载体总重量1.9~8.8重量%,其中金属氧化物是过渡金属氧化物中的至少一种,催化剂的形状为球形,催化剂的颗粒粒径分布为20~200微米。
2、根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于:所述金属氧化物选自镍、钴和铁的氧化物。
3、根据权利要求2所述的催化剂,其特征在于:所述金属氧化物是镍的氧化物。
4、一种如权利要求1所述烃类制氢催化剂的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
1)制备载体
将占载体总重量85~99重量%的SiO2、Al2O3和TiO2基质和1~15重量%的粘结剂在常温常压条件下加脱离子水制成浓度为25~75重量%的浆料,采用喷雾干燥制粒的方法制成颗粒粒径分布为20~200微米的微球,然后在800~1300℃条件下进行焙烧1~3小时制成载体;
2)制备催化剂
利用过渡金属的盐配制的溶液在20~80℃常压条件下对步骤1)制备的载体进行浸渍,浸渍时间为0.5~4小时,载体浸渍处理完成后,在常温、压力500~750毫米汞柱条件下进行过滤,并在100~120℃、常压条件下进行烘干1~4小时,然后在600~850℃、常压条件下焙烧1~3小时,即得催化剂。
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