轻质油品需求增加与环保法规严格下的加氢处理技术及纳米催化剂研发

轻质油品需求增加与环保法规严格下的加氢处理技术及纳米催化剂研发

概括：

随着市场对轻质油品需求的不断增大和环保法规的日益严格，降低燃料中芳烃含量是石油炼制工业亟待解决的问题，而加氢处理技术是解决这一问题的重要工艺。催化剂作为加氢技术的关键，其研究开发早已受到广泛关注，目前用于芳烃加氢的催化剂多以Ni（Co）、Mo（W）为主要组分。近年来，随着纳米材料科学的飞速发展，在纳米尺度上调控催化剂颗粒的形貌已成为可能。纳米粒子具有多表面活性中心、高表面能，作为催化剂使用时可以显著提高反应速率，从而提高相应工艺的效率。因此，在催化剂制备科学中，纳米催化剂制备已成为近年来该领域的一个重要发展方向。本文... . 展开随着市场对轻质油品需求的不断增大和环保法规的日趋严格，降低燃料中芳烃含量是石油炼制工业亟待解决的问题，而加氢处理技术是解决这一问题的重要工艺。催化剂作为加氢技术的关键，其研发早已受到广泛关注，目前用于芳烃加氢的催化剂多以Ni(Co)和Mo(W)为主要组分。近年来，随着纳米材料科学的快速发展，在纳米尺度上控制催化剂颗粒的形貌已成为可能。纳米颗粒具有多表面活性中心，表面能高，用作催化剂时可以显著提高反应速率，提高相应工艺的效率。因此，在催化剂制备科学中，纳米催化剂的制备已成为近年来该领域的一个重要发展方向。

本文采用水热/溶剂热合成法制备了不同形貌的纳米结构镍基催化剂，并研究了它们的物理化学性质及其对催化性能的影响。本研究取得的主要结果如下：1.制备了微纳米级片状、球状、棒状、花状和颗粒状的非负载型镍催化剂，并以乙苯为反应原料，考察了形貌对催化剂加氢性能的影响。结果表明：片状和球状Ni催化剂的加氢活性较高，棒状、花状和颗粒Ni催化剂的加氢活性较低；催化剂经氢气还原加氢后，片状和球状催化剂的织构特征受影响最小，棒状次之，花状和颗粒催化剂受影响最大。 2. 在以上研究的基础上，为提高催化剂的加氢活性和抗硫性能，通过添加钨元素制备了一系列不同形貌的非负载型镍钨催化剂，并评价了上述催化剂在含硫环境中的乙苯加氢活性。结果表明，当乙苯原料中不含噻吩时，与单组分镍催化剂相比，所有Ni-W催化剂均具有较高的加氢活性；当反应原料中含有噻吩时，花状Ni-W催化剂的加氢活性最高，片状、球状、棒状和颗粒状催化剂均有不同程度的下降。总体来看，花状Ni-W催化剂表现出较好的加氢活性和较好的抗硫性能。 利用SEM、XRD、BET、TG、H2-TPR、H2-TPD、XPS等光谱法对催化剂性能进行了表征，发现造成这一结果的原因是多方面的。

Ni-W催化剂均同时具有NiO和NiWO4相，当加氢反应物料中含有硫时，只有两相含量比例合适时，花形催化剂才具有最高的加氢活性和抗硫性，因此花形催化剂具有较高的抗硫性。除颗粒催化剂外，其余形貌的催化剂活性位点数量非常接近，说明花形催化剂的活性位点质量明显优于其他催化剂。对催化剂进行氢脱附能力测试发现，吸附峰总面积的大小顺序基本与催化剂的活性相对应。3、制备了一系列微纳米级花形非负载型Ni-xW催化剂，其中添加的W/Ni原子比x在0.01-0.4之间。在含硫的环境中评价了上述催化剂的乙苯加氢活性。 结果表明：当乙苯原料中不含噻吩时，添加W的催化剂均表现出优异的加氢活性，且W添加量的变化对催化剂的加氢活性影响不明显；当反应原料中含有100 ppm噻吩时，催化剂的加氢活性均有不同程度的下降，且随着W/Ni原子比的增加呈现先升高后降低的趋势，当W/Ni原子比为0.1时催化剂的加氢活性最高。适量的W添加可有效提高催化剂的加氢活性和抗硫性能。对上述Ni-xW系列催化剂进行表征表明，当W/Ni原子比在0.05～0.2之间时，较易还原的NiO与与W组分相互作用的NiO比例适中，具有合适的氢还原能力，且还原后对氢的有效吸附能力强。

4.在制备具有纳米结构材料的NiO材料过程中，通过改变镍盐种类、溶剂、沉淀剂、沉淀剂加入量、晶化温度和晶化时间等因素，初步探究了这些因素对不同形貌氧化镍形成的影响。研究结果表明，通过改变镍盐种类、溶剂、沉淀剂及其加入量，可以得到棒状、片状、球状等不同形貌的氧化镍。其中，沉淀剂NaOH加入量越多，得到的一维纳米结构的长度越短，过量的NaOH限制了纳米棒的一维生长；加入足够的NaOH，则得到纳米片状。当晶化温度为120℃时，得到的纳米棒的直径相对最大。随着晶化时间的增加，得到的NiO纳米棒逐渐变长。

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