废FCC催化剂螯合改性负载Ni催化C9石油树脂加氢性能

2017-02-08 01:31丁永辉陈小鹏王琳琳韦小杰薛静静
石油学报(石油加工) 2017年1期
关键词:石油树脂柠檬酸表面积

丁永辉, 陈小鹏,2, 王琳琳,2, 韦小杰,2, 薛静静

(1.广西大学 化学化工学院, 广西 南宁 530004; 2.广西石油化工资源加工及过程强化技术重点实验室, 广西 南宁 530004)



废FCC催化剂螯合改性负载Ni催化C9石油树脂加氢性能

丁永辉1, 陈小鹏1,2, 王琳琳1,2, 韦小杰1,2, 薛静静1

(1.广西大学 化学化工学院, 广西 南宁 530004; 2.广西石油化工资源加工及过程强化技术重点实验室, 广西 南宁 530004)

以流态化催化裂化废催化剂(SFCC)为载体、Ni为活性组分、柠檬酸(CA)为螯合剂,采用改进的溶液真空浸渍还原法制备了C9石油树脂加氢催化剂Ni/CA-SFCC,采用低温物理吸附、FT-IR、XRD、SEM-EDS、ICP-AES、XPS、H2-TPR等技术表征催化剂结构形貌等,并评价了其催化C9石油树脂加氢活性。结果表明,SFCC载体的比表面积为75.42 m2/g, Ni/CA-SFCC的比表面积为83.92 m2/g;Ni/CA-SFCC中的Ni以较小的晶粒高度分散于载体表面;制备过程中,柠檬酸分解的炭优先填充SFCC载体的沟壑,使催化剂表面变得平整;Ni/CA-SFCC 和未经柠檬酸改性的Ni/SFCC中的Ni质量分数分别为13.38%和10.96%,其还原温度分别为466℃和400℃。Ni/CA-SFCC催化C9石油树脂的氢化度为91.2%,而Ni/SFCC催化所得的氢化度仅为55.0%。C9石油树脂加氢改性产品的加纳(Gardner)色号从原料的11号降低到4号,硫质量分数从原料的0.016%降低到0.00024%。

C9石油树脂; 流态化催化裂化废催化剂; 柠檬酸; 真空浸渍; Ni基催化剂

C9石油树脂是以乙烯生产的副产物C9馏分为原料,经聚合而得的一种玻璃态热塑性树脂。由于C9石油树脂含有不饱和的双键和苯环,极易发生氧化[1]和取代反应,使其色泽加深和光热稳定性变差;而且C9石油树脂中残留有硫、卤类化合物,更限制了其应用范围,不能与其他相同类型的浅色树脂在质量上形成竞争[2]。从20世纪70年代开始,国外进行了石油树脂加氢脱硫改性研究,目前已经实现工业化生产,但国内仅有一家企业具有氢化C9石油树脂的生产能力,其他仍处于实验室研究阶段[3-5]。国内对氢化C9石油树脂的需求主要依赖进口,进口量基本维持在1.9万吨左右[6]。由于C9石油树脂分子催化加氢部位的空间位阻大,从而导致加氢反应条件苛刻[7],采用的催化剂主要为贵金属Pd、Pt和少量非贵金属Ni等,加氢反应压力为10.0~35.0 MPa,反应温度为270~325℃,反应时间为8 h[8-9]。Satterfield等[10]用非反应条件证明,当反应物分子直径与催化剂孔径比为0.2时,反应只能在催化剂外表面上进行。C9石油树脂分子直径与催化剂的孔径之比远大于0.2[11],因此,为了提高催化加氢反应速率,可以采用增加活性组分在催化剂外表面上的分散度的方法。废FCC催化剂(SFCC)是FCC催化剂由于结焦、积炭和重金属离子中毒失活后的废弃物,主要成分为Al2O3和少量的Y型及ZSM-5分子筛[12],具有多孔结构和丰富的比表面积。2015年,我国FCC催化剂的使用量达到1.8×105吨,占全世界总销量的20%[13]。SFCC传统的处理方法是在土壤中掩埋,但SFCC含有的重金属Ni、Fe、V[14]对土壤和水资源造成严重污染,同时也造成资源的浪费[15]。目前,对SFCC回收利用的研究较多[16-18],但是作为加氢催化剂载体,尤其是作为大分子加氢催化剂载体的研究较少。柠檬酸具有很强的螯合能力,能够与Ni离子形成螯合物,阻止在焙烧和还原过程中Ni离子的团聚和烧结,广泛应用于加氢催化剂的制备[19-21]。笔者以活化的SFCC为载体,采用柠檬酸作为螯合剂以及溶液浸渍还原法制备Ni基催化剂,并将其用于C9石油树脂加氢反应,考察了柠檬酸对载体性质、负载Ni活性组分的存在形式的影响。

1 实验部分

1.1 原料和试剂

废FCC催化剂(SFCC),由广西田东炼油厂提供;C9石油树脂,购自中国石油天然气股份有限公司兰州石油化工分公司;氢气(纯度99.999%),购自广西南宁蓝天医用气体有限责任公司;六水合硝酸Ni(Ni(NO3)2·6H2O)、柠檬酸(CA),均为分析纯,成都市科龙化工试剂厂产品;活性白土,化学纯,天津市光复精细化工研究所产品。

1.2 催化剂的制备

1.2.1 载体预处理

将一定量焙烧活化过的SFCC载体置于真空浸渍装置中,在温度40℃、搅拌转速20 r/min和真空度0.04 MPa的条件下,以一定速度滴加柠檬酸水溶液,并在常温常压下浸渍4 h,于110℃下干燥至恒重,经研磨过60目筛,得到预处理的CA-SFCC载体。

1.2.2 催化剂制备

在温度40℃下滴加硝酸Ni水溶液(nCA/nNi=1/1)至预处理过的CA-SFCC载体中,浸渍6 h,于110℃下干燥8 h,研磨过60目筛;在450℃下焙烧3 h后用氢气还原活化2 h,然后在N2气氛中降至25℃,即得到柠檬酸螯合改性的负载型Ni基催化剂(Ni/CA-SFCC),贮存在200#油中备用。将未经柠檬酸改性的SFCC催化剂按同样步骤制备得到负载型Ni基催化剂(Ni/SFCC)。催化剂中Ni负载量均为15%(质量分数)。

1.3 催化剂的表征

采用美国Micromeritics公司Gemini VII2390型比表面积和孔径分析仪,通过BET方程和BJH模型分别计算催化剂的比表面积和孔体积及孔径。将催化剂用浓盐酸-浓硝酸混合液(体积比为3)溶解后,采用美国Thermo Fisher公司IRIS Intrepid Ⅱ XSP型电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定Ni的负载量(ICP-AES)。样品与KBr混合压片,采用日本SHIMADZU公司Affinity-1s型傅里叶变换红外光谱仪,在扫描20次、分辨率4.0 cm-1、扫描范围400~4000 cm-1的条件下测定样品的FT-IR谱。采用日本Rigaku公司Smartlab型X射线衍射仪,在Cu靶、Kα辐射源、管电压40 kV、管电流200 mA、2θ扫描范围10°~80°、扫描速率10°/min、2θ扫描步长0.02°的条件下测定样品的XRD谱;采用日本日立公司SU8020型场发射扫描电子显微镜/能谱仪(SEM-EDS),在20.0 kV、0°倾斜角度条件下进行催化剂形貌表征及元素分析。采用日本Ulvac-Phi公司PHI QuanteraⅡ型X射线光电子能谱仪,在Al、Kα(1486.7 eV)为X射线源(功率为25 W,电压为15 kV)、真空度为1.0×10-7Pa的条件下对样品进行XPS分析。采用天津市先权工贸发展有限公司TP-5076TPD/TPR动态吸附仪进行催化剂程序升温还原实验(TPR)。称取100 mg催化剂样品放入石英反应器中,在高纯N2气氛下于400℃预处理30 min,降至25℃后将气体切换为10%H2-N2混合气进行还原,流量30 mL/min。待

基线稳定后,以10 ℃/min的速率升温至900℃,并在此温度下保持5 min,记录TPR曲线。还原结束后,待催化剂在还原气氛中降至25℃。

1.4 催化剂加氢活性评价

采用大连第四仪表厂FYX-2型2 L高压反应釜进行C9石油树脂加氢反应评价催化剂加氢催化活性,实验装置如图1所示。将400 g C9石油树脂完全溶于400 g 200#油中,加入20 g活性白土,搅拌30 min,静置。将上层清液投入高压反应釜中,加入20 g还原活化后的催化剂,上盖密闭,抽真空10 min 后用H2置换3次,开启加热和搅拌装置。反应分为两段,第一段反应压力为4.0 MPa,反应温度为230℃,反应时间为2 h;第二段升压至8.0 MPa,反应温度为270℃,反应时间为4 h。在反应的过程中间歇不断地进行充放气,在气体放空口连接一个冷凝管回收溶剂油,用柱塞泵将冷凝下来的溶剂油送回反应釜中。

图1 C9石油树脂加氢反应装置示意图Fig.1 The set up of hydrogenation of C9 petroleum resin 1—Computer; 2—N2; 3—H2; 4—Pressure transmitter; 5—Temperature transmitter; 6—Metering kettle; 7—Autoclave; 8—Sampling valve; 9—Controller; 10—Metering pump; 11—Condensing tube; 12—Vacuum pump; 13—Buffer bottle; 14—Pressure gauge

反应产物经真空蒸馏分离后即得到C9石油树脂加氢改性产品。采用英国Tintometer公司Lovibond Comparator3000 AF228加德纳比色仪,根据国家标准GB/T22295-2008测定产品的加纳(Gardner)色号,石油树脂/甲苯质量比为1/1;采用江苏姜堰市国瑞分析仪器厂BR-1型溴价/溴指数测定仪,根据企业标准SH/T0630-1996测定产品的溴值;采用上海昌吉仪器分析有限公司SYD-2806F型全自动沥青软化点测定仪,根据国家标准GB/T4507-1999测定产品的软化点;采用美国Thermo Fisher公司IRIS Intrepid Ⅱ XSP型电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)测定产品中硫含量;由式(1)计算C9石油树脂的氢化度(HD)。

HD=(B0-B1)/B0×100%

(1)

式(1)中,B0、B1分别为C9石油树脂和氢化C9石油树脂的溴价。

C9石油树脂的加氢改性反应[22]如图2所示。

图2 C9石油树脂加氢改性反应示意图Fig.2 Schematic of C9 petroleum resin hydrogenation modification(1) C9 petroleum resin; (2) Partial hydrogenation C9 petroleum resin;(3) Complete hydrogenation C9 petroleum resin

2 结果与讨论

2.1 柠檬酸改性对SFCC载体和Ni催化剂物化性质的影响

2.1.1 对织构性质的影响

SFCC载体、Ni/SFCC和Ni/CA-SFCC催化剂的比表面积、孔容、孔径测定结果列于表1。

由表1可见,与载体SFCC相比,Ni/SFCC催化剂的比表面积、孔容和孔径有一定程度的下降,这是由于催化剂的制备过程中,负载组分堵塞了载体的部分孔道所造成。柠檬酸改性后的Ni/CA-SFCC的比表面积反而增加,这是由于SFCC在干燥和焙烧过程中,柠檬酸会分解释放出气体,使得催化剂原先被堵塞的微孔重新打开,从而使催化剂体相中形成了更多的微孔,增大了催化剂的BET比表面积,降低了催化剂的平均孔径,表明柠檬酸的改性可以丰富催化剂的孔道[23]。在柠檬酸和硝酸镍的水溶液中,活性组分被柠檬酸中稳定的分子间氢键包裹起来,从而导致这些活性组分相互独立,在干燥和焙烧的过程中,能够阻止活性组分团聚和烧结,有助于提高活性组分的分散度[24]。均匀分散的活性组分的堆积和一部分柠檬酸转化的炭之间的隔离是介孔产生的主要原因[25]。Ni/CA-SFCC孔径降低幅度明显大于Ni/SFCC,这是因为在焙烧的过程中,柠檬酸转化的炭填充于载体表面的沟壑,并且有一部分Ni负载在载体表面的结果。

表1 SFCC、Ni/SFCC和Ni/CA-SFCC的比表面积(SBET)、孔容(V)、孔径(D)及Ni负载量(w(Ni))Table 1 SBET, V, D and w(Ni) of SFCC, Ni/SFCC and Ni/CA-SFCC

1) Determined by ICP-AES

Ni/SFCC和Ni/CA-SFCC催化剂的FT-IR谱如图3所示。由图3可见,柠檬酸改性对催化剂的红外吸收峰数量没有影响。1630 cm-1(HOH的弯曲振动)左右处归属于毛细孔水和表面吸附水的吸收峰[26],而3450 cm-1左右属于分子筛内部的硅羟基的吸收峰,其能通过氢键键合水分子,通常利用该峰的强弱来表征分子筛的吸水能力[27]。水量的多少与催化剂的比表面积有关。Ni/CA-SFCC催化剂在1630和3450 cm-1处的吸收峰的宽度和强度都明显大于Ni/SFCC的,因此,Ni/CA-SFCC的比表面积大于Ni/SFCC,与表1结果相一致。

图3 Ni/SFCC和Ni/CA-SFCC催化剂的FT-IR谱Fig.3 FT-IR spectra of Ni/SFCC and Ni/CA-SFCC catalysts(1) Ni-SFCC; (2) Ni/CA-SFCC

2.1.2 对物相结构和Ni分散度的影响

SFCC、Ni/SFCC和Ni/CA-SFCC催化剂前驱体及还原活化后的XRD谱如图4所示。由图4可见,还原后的Ni/SFCC除了表现出载体SFCC的特征衍射峰外,还分别在2θ为44.5°、51.8°、76.5°处出现了属于Ni(111)、Ni(200)、Ni(220)晶面的特征衍射峰[28],表明Ni结晶比较完整,具有较大的晶粒尺寸,形成的Ni具有典型的面心立方晶体结构;除了Ni和载体本身的特征衍射峰外,没有其他物相的衍射峰,表明Ni和载体之间的相互作用比较弱,Ni主要以“游离态”的微晶形式存在于载体表面[29]。而Ni/CA-SFCC在Ni(111)晶面的特征峰变弱,宽化严重,几乎观察不到Ni(200)和Ni(220) 晶面的特征峰,表明Ni以较小的晶粒高度分散于载体表面[30]。由此可见,Ni和载体之间具有一定的相互作用,但是并没有出现极难被还原的NiAl2O4的特征衍射峰,可能是由于NiAl2O4的含量很低,不在XRD的检测限范围内。由此可见,螯合剂柠檬酸显著提高了活性组分Ni分散度,同时保持了适宜于Ni与载体之间相互作用的关系。由图4还可以看出,Ni/CA-SFCC催化剂前驱体和还原活化后均保持了高的Ni分散度,表明柠檬酸改性后,焙烧和还原过程对活性组分分散度的影响均较小。

图4 SFCC和Ni/SFCC、Ni/CA-SFCC催化剂前驱体及还原活化后的XRD谱Fig.4 XRD patterns of SFCC and the precursors and reduced catalysts of Ni/SFCC, Ni/CA-SFCC(1) SFCC; (2) Ni/CA-SFCC; (3) Ni/SFCC; (4) NiO/CA-SFCC; (5) NiO/SFCC Y zeolite; ZSM-5; γ-Al2O3

2.1.3 对形貌及元素组成的影响

SFCC、Ni/SFCC和Ni/CA-SFCC催化剂的SEM照片示于图5,采用ICP-AES方法测得的Ni含量列于表1,EDS元素分析结果列于表2。由图5可见,SFCC载体外观为球形,表面较为粗糙,呈现沟壑状,具有多空结构,表明其有较大的比表面积,因此利用其作为催化剂载体是切实可行的。Ni/SFCC催化剂表面较为粗糙,Ni晶粒呈片状,大小参差不齐,分散不均匀,且团聚现象较为严重;Ni/CA-SFCC催化剂表面变得较为平整。由于柠檬酸在焙烧的过程中会有一部分转化为炭,因此在载体上出现多层叠合的薄片状炭物种,同时炭优先填充SFCC载体的沟壑,使其表面变得平整[31]。由于形成的炭为无定型[32],所以在XRD谱中没有出现炭物种的特征衍射峰。Ni以较小的晶粒分散于载体表面[33],从SEM照片观察不到金属Ni的存在,这与XRD表征结果相一致。

由表1、2可知,制备的Ni/SFCC和Ni/CA-SFCC催化剂中Ni负载量的质量分数均为15%,但ICP-AES方法测得的Ni含量均低于15%,表明在催化剂的制备过程中活性组分Ni都有一定程度的损失,相比于Ni/SFCC,Ni/CA-SFCC的活性组分损失较少。

图5 SFCC、Ni/SFCC和Ni/CA-SFCC催化剂的SEM照片Fig.5 SEM images of SFCC, Ni/SFCC and Ni/CA-SFCC catalysts(a),(b) SFCC; (c) Ni/SFCC; (d) Ni/CA-SFCC

表2 SEM-EDS 测得的Ni/SFCC和Ni/CA-SFCC的元素组成Table 2 Element composition of Ni/SFCC and Ni/CA-SFCC determined by SEM-EDS

2.2 柠檬酸改性对Ni催化剂表面Ni物种的影响

还原活化后的Ni/SFCC和Ni/CA-SFCC催化剂的XPS谱示于图6,其分析结果列于表3。由图6可见,Ni/SFCC和Ni/CA-SFCC的Ni2p3/2特征峰所对应的电子结合能基本一致。对Ni/SFCC的Ni2p3/2的特征峰进行分峰处理后发现该特征峰分裂为2个主峰及其伴峰,说明在Ni/SFCC中Ni元素以2种形态存在。这4个峰所对应的电子结合能分别与自由的NiO(854.8 eV)及其伴峰(860.3 eV)以及与载体之间有紧密相互作用的NiO(856.3 eV)及其伴峰(862.7 eV)[34]相对应,并没有出现金属Ni的特征峰,因为XPS的分析深度在1~5 nm的表面层体系,这与表1中Ni/SFCC的比表面积测定结果吻合。但Ni/CA-SFCC除了分裂为上述的2个峰及其对应的伴峰外,还在电子结合能为852.7 eV处出现了金属Ni的特征峰及其伴峰(860.3 eV)[35]。

图6 Ni/SFCC和Ni/CA-SFCC的Ni2p3/2 XPS谱图Fig.6 XPS patterns of Ni2p3/2 region of Ni/SFCC and Ni/CA-SFCC catalysts(a) Ni/SFCC; (b) Ni/CA-SFCC表3 Ni/SFCC和Ni/CA-SFCC的XPS分析结果Table 3 Surface element analysis of Ni/SFCC and Ni/CA-SFCC catalysts

CatalystSubstancePeakBindingenergy/eVPeakareaPeakarearatio/%Ni/SFCCNiO1)NiO2)Main854.85457Shake-up861.111730Main856.34085Shake-up862.7436437.8162.19Ni/CA-SFCCNiNiO1)NiO2)Main852.71282Shake-up860.32314Main854.29184Shake-up861.21027Main856.01027Shake-up862.5168014.020.265.8

1) Bulk NiO; 2) NiO which intimately interacting with the support

2.3 柠檬酸改性对Ni催化剂还原性能的影响

NiO/SFCC和NiO/CA-SFCC的H2-TPR曲线如图7 所示。由图7可见,NiO/SFCC和NiO/CA-SFCC均有2个耗氢还原峰,低温还原峰峰顶温度分别为400℃和466℃,高温还原峰峰顶温度为833℃。纯NiO的还原峰温度在385℃左右[36],NiO/SFCC的低温峰对应于与纯NiO性质相似的NiO晶粒的还原,NiO/CA-SFCC的低温峰对应于高分散Ni物相的还原,2种催化剂的高温峰均对应于1种稀释的NiAl2O4相的还原[37]。NiO/CA-SFCC的低温还原峰明显向高温区移动,表明活性组分和载体之间的相互作用有了一定程度的增强,这与XRD谱中Ni的特征衍射峰宽化严重、部分晶面甚至观察不到Ni的特征衍射峰的现象吻合,并且由XRD分析结果可知,高温峰对应的稀释的NiAl2O4相含量很低,不在XRD的检测限范围内。因此,柠檬酸改性有效调节了Ni与载体之间的相互作用,并且NiO/CA-SFCC的低温峰面积大于NiO/SFCC,表明高分散Ni物种较多,因而表现出较高的催化活性。

图7 Ni/SFCC和Ni/CA-SFCC前驱体的H2-TPR曲线Fig.7 H2-TPR profiles of Ni/SFCC and Ni/CA-SFCC precursors(1) NiO/SFCC; (2) NiO/CA-SFCC

2.4 Ni/SFCC和Ni/CA-SFCC对C9石油树脂加氢的催化性能

Ni/SFCC和Ni/CA-SFCC催化C9石油树脂加氢性能的测定结果列于表4。由表4可见,在低压阶段反应温度230℃、压力4.0 MPa、反应时间2 h,高压阶段反应温度270℃、压力8.0 MPa、反应时间4 h的条件下,Ni/SFCC催化C9石油树脂加氢所得氢化C9石油树脂的溴值、加纳(Gardner)色号、软化点、硫质量分数的降低幅度均明显小于Ni/CA-SFCC催化所得,表明Ni/CA-SFCC对C9石油树脂有更高的饱和与脱硫脱色性能。这是因为Ni/CA-SFCC比Ni/SFCC具有更高的Ni分散度和更小的Ni晶粒,所以具有更高的加氢活性。

表4 Ni/SFCC和Ni/CA-SFCC催化C9石油树脂加氢的催化性能Table 4 Catalytic performance of Ni/SFCC and Ni/CA-SFCC catalysts for hydrogenation of C9 petroleum resin

B—Bromine number; HD—Hydrogenation degree

3 结 论

(1)SFCC载体的比表面积为75.42 m2/g,而Ni/CA-SFCC的比表面积为83.92 m2/g,比表面积反而增加。在干燥和焙烧的过程中,柠檬酸会分解释放出气体,柠檬酸占据的微孔形成介孔孔道,表明柠檬酸螯合改性可以丰富催化剂的孔道,有助于提高活性组分的分散度。

(2)Ni/SFCC的XRD谱出现了Ni(111)、Ni(200)、Ni(220)晶面的特征衍射峰,Ni结晶比较完整,具有较大的晶粒尺寸;Ni/CA-SFCC的XRD谱在Ni(111)晶面的特征峰变弱,在Ni(200)和Ni(220) 晶面的特征峰几乎观察不到,Ni以较小的晶粒高度分散于载体表面。柠檬酸螯合改性降低了活性组分团聚和烧结的程度。

(3)Ni/SFCC和Ni/CA-SFCC的还原温度分别为400℃和466℃,NiO/CA-SFCC的低温还原峰明显向高温区移动,表明活性组分和载体之间的相互作用有了一定程度的增强。

(4)Ni/CA-SFCC和Ni/SFCC中Ni负载量的质量分数分别为13.38%和10.96%,均小于理论负载量的15%;在催化剂的制备过程中,Ni均有一定损失,但Ni/CA-SFCC的Ni损失较少。

(5)柠檬酸螯合改性的Ni/CA-SFCC既解决了大孔径催化剂机械强度弱的问题,又回收利用了废FCC催化剂,在催化C9石油树脂加氢中,具有活性高、易分离以及资源节约和环境友好的特点,具有广阔的工业应用前景。

[1] WADSWORTH F T, KENTON J R. Process for the hydrogenation of hydrocarbon resins with metallic nickel: US, 3040009[P].1962-06-19.

[2] BAILEY S A.Hydrogenated petroleum resins: US, 2911395[P].1959-11-03.

[3] 刘永善, 张志伟, 刘兴辉, 等. Ni催化剂对加氢石油树脂性质的影响[J].石油化工高等学校学报, 2012, 25(4): 18-20. (LIU Yongshan, ZHANG Zhiwei, LIU Xinghui, et al. Effect of Ni catalyst on the properties of hydrogenated petroleum resin[J].Journal of Petrochemical Universities, 2012, 25(4): 18-20.)

[4] 俞陆军, 江大好, 徐娇, 等. C9石油树脂显色原因及其加氢改性的研究[J].石油化工, 2012, 41(10): 1181-1185. (YU Lujun, JIANG Dahao, XU Jiao, et al. Color cause and hydrogenation modification of C9petroleum resin[J].Petrochemical Technology, 2012, 41(10): 1181-1185.)

[5] 任正操, 雷险峰, 徐凡. 助剂对Ni/Al2O3催化剂在石油树脂加氢过程中抗硫性能的影响[J].当代化工, 2010, 39(6): 620-622. (REN Zhengcao, LEI Xianfeng, XU Fan. Effect of promoter on sulfur resistance of Ni/Al2O3catalyst during hydrogenation process of petroleum resin[J].Contemporary Chemical Industry, 2010, 39(6): 620-622.)

[6] 徐德仁, 欧兆爽. 加氢石油树脂市场分析[J].化学工业, 2014, 32(12): 26-29. (XU Deren, OU Zhaoshuang. Hydrogenated petroleum resin market analysis[J].Chemical Industry, 2014, 32(12): 26-29.)

[7] OKAZAKI T, NAGAHARAE, KESHI H. Process for producing hydrogenated C9petroleum resin and hydrogenated C9petroleum resin obtained by the process: US, 6458902B1[P].2002-10-01.

[8] 段大勇, 吴俊华, 张立群, 等. 一种C9加氢石油树脂的制备方法: 中国, 102924659A[P].2013-02-13.

[9] 冈崎巧, 永原荣治, 芥子裕一. 制备氢化的C9石油树脂的方法和由该方法获得的氢化的C9石油树脂: 中国, 1277620A[P]. 2000-12-20.

[10] SATTERFIELD C N, CHENG C S. Liquid counter diffusion of selected aromatic and naphthenic hydrocarbons in type Y zeolites[J].American Institute of Chemical Engineers Journal, 1972, 18(18): 724-728.

[11] 朱明慧, 李军, 从丽茹. 石油树脂加氢工艺的研究Ⅰ芳烃石油树脂加氢[J].石油化工, 1993, 22(1): 46-50. (ZHU Minghui, LI Jun, CONG Lirong. Studies on hydrogenation of petroleum resins Ⅰ Hydrogenation of aromatic resins[J].Petrochemical Technology, 1993, 22(1): 46-50.)

[12] 刘欣梅, 梁海宁, 李亮, 等. 以催化裂化废催化剂粉合成超细Y型分子筛[J].催化学报, 2010, 31(7): 833-838. (LIU Xinmei, LIANG Haining, LI Liang, et al. Preparation of ultrafine Y zeolite from spent fluid catalytic cracking catalyst powders[J].Chinese Journal of Catalysis, 2010, 31(7): 833-838.)

[13] 张广林, 孙殿成. 炼油催化剂[M].第2版. 北京: 中国石化出版社, 2012: 3-13.

[14] SANTOS L T D, SANTOS F M, SILVA R S, et al. Mechanistic insights of CO2-coke reaction during the regeneration step of the fluid cracking catalyst[J].Applied Catalysis A: General, 2008, 336(1-2): 40-47.

[16] 刘欣梅, 李亮, 杨婷婷, 等. FCC废催化剂细粉合成超细Y型分子筛[J].石油学报(石油加工), 2012, 28(4): 555-560. (LIU Xinmei, LI Liang, YANG Tingting, et al. Synthesis of super-fine Y zeolite with FCC spent catalyst fines[J]. Acta Petrolei Sinica (Petroleum Processing Section), 2012, 28(4): 555-560.)

[17] BASALDELLA E I, PALADINO J C, SOLARI M, et al. Exhausted fluid catalytic cracking catalysts as raw materials for zeolite synthesis[J].Applied Catalysis B: Environmental, 2006, 66(3-4): 186-191.

[18] 李豫晨, 陆善祥. FCC催化剂失活与再生[J].工业催化, 2006, 14(11): 26-30. (LI Yuchen, LU Shanxiang. Deactivation and regeneration of FCC catalysts[J].Industrial Catalysis, 2006, 14(11): 26-30.)

[19] 林凌, 伊晓东, 邱波, 等. 免预硫化的加氢脱硫MoNiP/Al2O3催化剂的制备和表征[J].催化学报, 2007, 28(12): 1096-1100. (LIN Ling, YI Xiaodong, QIU Bo, et al. Preparation and characterization of presulfidation free MoNiP/Al2O3catalyst for thiophene hydrodesulfurization[J].Chinese Journal of Catalysis, 2007, 28(12): 1096-1100.)

[20] 陈俊任, 周亚松. 柠檬酸对Ni-W焦化蜡油加氢处理催化剂性能的影响[J].化工学报, 2007, 58(9): 2244-2248. (CHEN Junren, ZHOU Yasong. Effect of citric acid on Ni-W catalysts for hydrotreatment of coking gas oil[J].Journal of Chemical Industry Engineering (China), 2007, 58(9): 2244-2248.)

[21] 宋华, 张永江, 宋华林, 等. 柠檬酸对Ni2P/TiO2-Al2O3催化剂加氢脱硫性能的影响[J].物理化学学报, 2012, 28(3): 661-666. (SONG Hua, ZHANG Yongjiang, SONG Hualin, et al. Effect of citric acid on the hydrodesulfurization performance of Ni2P/TiO2-Al2O3catalyst[J].Acta Physico-Chimica Sinica, 2012, 28(3): 661-666.)

[22] NIKOM S M, PIYASAN P, JOONGJAI P. Color improvement of C9hydrocarbon resin by hydrogenation over 2% Pd/γ-alumina catalyst: Effect of degree of aromatic rings hydrogenation[J].Journal of Applied Polymer Science, 2010, 117(5): 2862-2869.

[23] 李振彪. Ni/SBA-15和Ni/Al-SBA-15催化顺酐加氢性能研究[D].山西: 山西大学, 2015.

[24] 吕伟超, 周亚松, 李瑞峰, 等. 柠檬酸与磷的改性对Ni-Mo/A12O3焦化蜡油加氢脱氮性能的影响[J].石油学报(石油加工), 2014, 30(2): 218-223. (LÜ Weichao, ZHOU Yasong, LI Ruifeng, et al. Effect of the modification by citric acid cooperating with phosphorus on the hydrodenitrogenation performance of Ni-Mo/A12O3for coking gas oil[J].Acta Petrolei Sinica (Petroleum Processing Section), 2014, 30(2): 218-223.)

[25] CHENG Ruihua, SHU Yuying, LI Lin, et al. Synthesis and characterization of high surface area molybdenum phosphide[J].Applied Catalysis A: General, 2007, 316(2): 160-168.

[26] 赵磊. 催化加氢合成间-苯二胺Ni基催化剂及工艺条件研究[D].天津: 天津大学, 2005.

[27] HUYBRECHTS D R C, BUSKENS P L, JACOBS P A. Physicochemical and catalytic properties of titanium silicalites[J].Journal of Molecular Catalysis, 1992, 71(1): 129-147.

[28] MIHET M, LAZAR M D. Effect of Pd and Rh promotion on Ni/Al2O3for NO reduction by hydrogen for stationary applications[J].Chemical Engineering Journal, 2014, 251(1): 310-318.

[29] XU Zheng, LI Yumin, ZHANG Jiyan, et al. Bound-state Ni species-a superior form in Ni-based catalyst for CH4/CO2reforming[J].Applied Catalysis A: General, 2001, 210(1-2): 45-50.

[30] MANOLI J M, COSTA P D, BRUN M, et al. Hydrodesulfurization of 4,6-dimethyldibenzothiophene over promoted (Ni,P) alumina-supported molybdenum carbide catalysts:Activity and characterization of active sites[J].Journal of Catalysis, 2004, 221(2): 365-377.

[31] 李海涛, 陈昊然, 张因, 等. 炭包覆氧化铝负载Ni催化剂的制备和表征及其催化加氢性能[J].催化学报, 2011, 32(1): 111-117. (LI Haitao, CHEN Haoran, ZAHNG Yin, et al. Preparation and characterization of carbon-covered alumina supported Ni catalyst and its catalytic performance for hydrogenation[J].Chinese Journal of Catalysis, 2011, 32(1): 111-117.)

[32] TAKAHASHI R, SATO S, SODESAWA T, et al. Ni/SiO2prepared by sol-gel process using citric acid[J].Microporous and Mesoporous Materials, 2003, 66(2-3): 197-208.

[33] 慕新元, 胡斌, 朴东鹤, 等. 低含量高活性负载Ni催化剂的制备及其加氢反应研究[J].分子催化, 2009, 23(6): 493-498. (MU Xinyuan, HU Bin, PIAO Donghe, et al. Preparation and study of low-concentration supported Ni catalysts of high activity[J].Journal of Molecular Catalysis(China), 2009, 23(6): 493-498.)

[34] MOLINA R, PONCELET G.α-Alumina-supported nickel catalysts prepared with nickel acetylacetonate 2 A study of the thermolysis of the metal precursor[J].The Journal of Physical Chemistry B, 1999, 103(51): 11290-11296.

[35] NESBITT H W, LEGRAND D, BANCROFT G M. Interpretation of Ni2pXPS spectra of Ni conductor and Ni insulators[J].Physics &Chemistry Minerals, 2000, 27(5): 357-366.

[36] SHAN Wenjuan, LUO Mengfei, YING Pinliang, et al. Reduction property and catalytic activity of Ce1-XNiXO2mixed oxide catalysts for CH4oxidation[J].Applied Catalysis A: General, 2003, 246(1): 1-9.

[37] SCHEFFER B, MOLHOEK P, MOULIJN J A. Temperature-programmed reduction of NiOWO3/Al2O3hydrodesulphurization catalysts[J].Applied Catalysis, 1989, 46(1): 11-30.

Catalytic Activity of the Spent FCC Catalyst Modified by Chelation andSupported by Ni in Hydrogenation C9Petroleum Resin

DING Yonghui1, CHEN Xiaopeng1,2, WANG Linlin1,2, WEI Xiaojie1,2, XUE Jinging1

(1.SchoolofChemistryandChemicalEngineering,GuangxiUniversity,Nanning530004,China;2.KeyLaboratoryofPetrochemicalResourcesProcessingandProcessIntensificationTechnologyofGuangxi,Nanning530004,China)

Spent fluid catalytic cracking(SFCC) supported Ni catalyst Ni/CA-SFCC for C9petroleum resin hydrogenation was prepared by improved solution vacuum-impregnation reduction method with citric acid as chelating agent. The structure, morphology and catalytic activity of Ni/CA-SFCC were characterized by low temperature physical adsorption, FT-IR, XRD, SEM-EDS, ICP-AES, XPS, H2-TPR. The results indicated that the surface area of the support SFCC was 75.42 m2/g, while that of Ni/CA-SFCC was 83.92 m2/g. The active component of Ni was highly dispersed in the support surface with smaller grain. During the preparation the carbon from citric acid decomposition was preferentially filled on SFCC, which made the surface of Ni/CA-SFCC being smooth. The Ni loadings of Ni/CA-SFCC and unmodified Ni/SFCC were 13.38% and 10.96% (mass fraction) with the reduction peak temperatures of 466℃ and 400℃, respectively. The hydrogenation degree of C9petroleum resin catalyzed by Ni/CA-SFCC was 91.2%, while that by Ni/SFCC was only 55.0%. The Gardner color of the hydrogenated C9petroleum resin catalyzed by Ni/CA-SFCC was reduced to 4 from 11 and the sulfur mass fraction was reduced to 0.00024% from 0.016%, respectively.

C9petroleum resin; spent fluid catalytic cracking catalyst; citric acid; vacuum impregnation; nickel-based catalyst

2016-04-14

国家自然科学基金项目(51563001,31560241)及广西石油化工资源加工及过程强化技术重点实验室主任课题基金项目(20152011)资助第一作者: 丁永辉,男,硕士研究生,从事绿色催化剂方面的研究

陈小鹏,男,教授,博士,从事石油化工资源加工及其过程强化技术的研究;Tel:0771-3272702;E-mail:lilm@gxu.edu.cn

1001-8719(2017)01-0091-09

TQ426

A

10.3969/j.issn.1001-8719.2017.01.013

猜你喜欢
石油树脂柠檬酸表面积
商用车C5石油树脂/CIIR复合材料减震支座阻尼机理的分子动力学模拟研究
巧求表面积
柠檬酸中红外光谱研究
石油树脂加氢前后处理工艺分析
表面积是多少
表面积是多少
石油树脂应用与改性研究分析
表面积是多少
柠檬酸氢钙水合物的制备与表征
我国填补了C9氢化石油树脂产业的空白