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类型化学工程与工艺专业 毕业论文终稿-不同加氢催化剂的应用性能.doc

  • 文档编号:579029
  • 上传时间:2023-02-05
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    1、 中国石油大学(北京)现代远程教育毕 业 设 计(论文)不同加氢催化剂的应用性能姓 名: 学 号: 性 别: 专 业: 化学工程与工艺 年 级: 学习中心: 指导教师: 2022年6月28日中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)不同加氢催化剂的应用性能摘要在冶炼化工行业,加氢技术应用的非常普遍。加氢能力的强弱已经成为衡量企业冶炼水平高低的重要因素。在加氢技术中必然会用到加氢催化剂。加氢催化剂有很多的种类,在产品的生产、原料的净化以及产物的精制等方面发挥着很重要的作用。常用的加氢催化剂有金属催化剂,比如铂、钯、镍载体等催化剂,以及金属氧化物催化剂,比如氧化铜-亚铬酸铜催化剂,还有络合催

    2、化剂等。本文研究不同加氢催化剂的应用性能,首次对加氢催化剂的概念和种类进行简要的介绍,然后重点介绍镍系、铂系、钯系、钌系等加氢催化剂,分析它的性质和应用性能。通过本文的研究,加深对不同加氢催化剂的了解,促进加氢催化剂的发展,进一步扩大加氢催化剂在化工领域中的发展与应用。关键词:加氢催化剂;种类;应用性能iii目 录第一章 绪 论11.1 研究的背景与意义11.2 发展过程1第二章 加氢催化剂概述32.1 加氢催化剂的概念32.2 催化加氢的影响因素32.3 加氢催化剂的种类4第三章 Pt系加氢催化剂的应用性能63.1 Pt黑63.2 负载铂催化剂6第四章 Ni系加氢催化剂的应用性能84.1 骨

    3、架Ni84.2 分解Ni催化剂84.3 其他Ni系催化剂9第五章 Pd系加氢催化剂的应用性能105.1 Pd/C105.2 钯基金属膜催化剂105.3 钯基双金属催化剂115.4 络合钯催化剂115.5 高分子负载钯和高分子络合钯11第六章 Ru系加氢催化剂的应用性能136.1 RuO2催化剂136.2 Ru(OH)4催化剂136.3 负载钌催化剂136.4 氯化钌催化剂13第七章 结 论15参考文献16致 谢17第一章 绪 论1.1 研究的背景与意义改革开放以来,我国的经济发展很快,尤其是化工、医药、燃料等领域在世界上处于很靠前的位置。但是由于生产工艺比较传统,在生产过程中存在资源浪费,效率

    4、低下等问题,而且得到的产品质量一般,还对环境造成了一定的污染。在这样的背景下,加氢催化技术得到了快速的发展。它对目标产物有很好的选择性,而且在反应的过程中比较的温和,发生的副反应比较少,得到的产物质量比较高,回收率也比较高。加氢催化技术不仅提高了产物的产量,而且对环境的影响程度小,符合当前的环保的发展理念。随着加氢催化剂受重视程度越来越高,加氢催化技术也得到了很大的发展,不仅仅是用于石油化工领域以及炼化领域,也逐渐的用于精细化生产领域。进行加氢技术和工艺的开发,在现有加氢工艺装置的基础上基础上进行优化和升级,进一步降低生产过程中的消耗问题,提高生产的效率,优化各个环节。通过对加氢催化剂进行研究

    5、,有很重要的理论意义和现实意义。从理论上来看,通过对加氢催化剂进行研究,能够丰富对加氢催化技术的研究,完善相关的理论知识,进一步促进加氢催化剂的研究;从现实上来看,目前化工生产强调环保和绿色,减少化工生产中的污染问题,加氢催化剂对环境的污染小,而且容易进行控制,反应效果好,有很大的发展潜力1。1.2 发展过程关于催化剂的发展,最早是由瑞士的化学家提出的,他仅仅是提出了“催化作用”,并没有进一步的发展。在1894年,德国科学家 W. Ostwald明确提出了催化剂的概念,并认为催化剂是一种能够改变化学反应速度的物质。在1971年,国际应用化学协会公布“催化作用是一种化学作用,它自己本身在化学反应

    6、的前后不会发生任何的变化,但是能够加快或减慢化学反应的速度,这样的物质就是催化剂”。现在对于催化剂的定义是指:在化学反应中能够改变反应速度,但是物质本身的质量和性质不会发生任何变化的物质叫做催化剂。我国的第一家催化剂工厂是南京化工催化剂厂,主要生产二氧化硫和一氧化碳催化剂,后来开始研究钨钼催化剂以及复合催化剂。随着我国对石油资源的开发,公司开始着力于研究炼油用的催化剂,发明了石油裂化催化剂,提高了石油的裂化速度。在1964年,开始研究硅催化剂和铂催化剂等金属催化剂,70年代开始镍和钴类催化剂得到了广泛的发展,80年代开始研究加氢催化剂,近几十年以来,不断进行发展和优化,取得了很大的成果。17第

    7、二章 加氢催化剂概述2.1 加氢催化剂的概念 加氢裂化催化剂是石油炼制过程中,重油在360-450高温,15-18MPa高压下进行加氢裂化反应,转化成气体、汽油、喷气燃料、柴油等产品的加氢裂化过程使用的催化剂。但加氢裂化过程可以处理含硫等杂质和芳烃含量较高的原料,原料在进裂化反应器前先进加氢精制反应器经严格精致。裂化反应器进料因目的产品不同,可进循环油,或不进循环油。循环油的范围很宽,可以是汽油以下的所有馏分油,也可以是柴油以下的重馏分油。加氢催化剂主要是由活性组分、助剂和载体组成的。主要是用来除去氮、硫、重金属等物质,根据需要,在反应的过程中,有加氢裂化反应,但这个过程中的转化率并不高,一般

    8、在10%左右。加氢催化剂在催化的过程中需要用到加氢和氢解两个方面的功能,对于酸性的要求不是很高。下面分别对三个组成部分进行分析2。2.2 催化加氢的影响因素(1) 活性组分加氢催化剂中的活性组分是加氢活性的主要来源,属于非贵金属的主要有一部分氧化物和硫化物,活性比较好的非贵金属有钨、钼、钴、镍;活性比较好的贵金属有铂、钯等。催化剂的加氢活性与元素的特点有很重要的关系。在进行加氢反应时,反应物必须能够以适当的速度进行,催化剂和吸附分子表面进行反应后再进行脱离,催化剂的吸附能力要比较强,这和电子有一定的关系,反应物表面原子键的强度主要是由电子特性决定的。相关研究表明,增加活性组分的含量,能够有效提

    9、高活性。当活性组分在15%-35%之间时,达到最佳的范围。(2) 助剂为了能够提高加氢催化剂某些方面的性能,在进行制备时,需要添加一些助剂。既有金属类元素也有非金属类元素。助剂根据机理的不同,将其分为结构性助剂和调变性助剂。结构性助剂的作用主要是扩大反应的面积,提高反应的稳定性,保证在反应的过程中不发生烧结现象;调变性助剂的作用主要是对催化剂的表面结构、电子性质等进行改变。助剂本身并没有多少活性,但是和活性组分进行搭配后会发挥出良好的作用,能够有效提高催化剂的活性和选择性3。(3) 载体加氢催化剂的载体主要有两种,分别是:中性载体和酸性载体。中性载体有活性炭、硅藻土以及氧化铝等,酸性载体有分子

    10、筛、硅酸镁等。通常情况下,载体是没有活性的。但它能够提供很大的表面,让活性组分能够均匀的分布再表面上。而且载体能够保证催化剂的稳定性和强度,在化学反应中减少一定的阻力,提高催化剂的稳定性和选择性。(4) 其他性能 除了以上基本的组成外,催化剂的孔径、比表面等也会影响催化剂的活性。在不同的加氢催化要求中,对于孔径大小的要求是不同的,对于重油脱金属反应,就要求孔径要在15-25nm之间,在反应的过程中,不仅要催化剂的活性,还要考虑如何加快扩散的速率,而且在反应的过程中还要求有比较大的比表面,孔径在8-2nm之间比较合适。目前各大石油公司都有自己的加氢催化剂,由于原料不同、用途不同,有很多的品种。2

    11、.3 加氢催化剂的种类 随着各种材料的发展,催化剂的种类越来越多,按照状态来分,主要有固体催化剂和液体催化剂两种。下面主要根据催化剂的组成成分和形态进行介绍。具体见表2-1和表2-2。表2-1 按照组成成分的催化剂分类名称功能实例金属加氢、脱氢、加氢裂解铁、镍、钯、铂、银半导体氧化物和硫化物氧化、脱氢、脱硫氧化镍、氧化锌、氧化亚锰、三氧化二铬绝缘性氧化物脱水氧化铝、二氧化硅、氧化镁酸聚合、异构化、裂化、烷基化磷酸、硫酸、二氧化硅、氧化铝表2-2 按照形态的催化剂分类名称优点缺点金属催化剂节省金属,提高利用率,增强催化剂强度和耐热性能,活性高容易中毒骨架催化剂具有较高的活性和机械强度镍占比40%

    12、-50%金属氧化物催化剂抗毒性好活性比其他金属催化剂低,要求有较高的反应温度和压力金属硫化物催化剂抗毒性能较强活性较低,反应温度较高,一般用于加氢精制金属络合物催化剂活性较高,选择性好,反应条件缓和分离困难,造成贵金属损失第三章 Pt系加氢催化剂的应用性能铂属于应用比较早的加氢催化剂,主要包括:Pt黑、负载铂等。下面进行详细介绍:3.1 Pt黑Pt黑催化剂主要是在碱性溶液中利用甲酸钠等还原剂对氯铂酸进行还原反应得到的。(1) 制取方法在80ml的氯铂酸溶液中加入150ml的甲醛水溶液,在-10的环境下进行冷却,然后进行搅拌后加入420ml的KOH,然后将温度盛上升到56,还原反应结束后,取出沉

    13、淀物进行干燥,得到Pt4。(2) 应用性能Pt黑催化剂具有很好的耐热性和耐硫性,也具有很好的选择性,这种催化剂能够保证反应后的产物不分离,而且寿命比较长,可以用在一些大型的催化装置中。目前,我国用的这类催化剂主要依靠进口,价格非常昂贵。Pt黑催化剂的活性非常高,经过镀膜和膜电极处理后能够获得很好的性能。Pt黑催化剂作为催化剂进行反应时,操作比较简单,在反应时不会出现新的杂质,催化活性比较强,后续处理比较方便。3.2 负载铂催化剂负载铂催化剂也是很常用的催化剂,将氯铂酸在水中融化,然后加入载体进行干燥,进行还原后得到负载铂。(1) 制取方法将40ml的乙醇和1g活性炭倒入氯铂酸溶液中,进行充分搅

    14、拌,在常温下加入5ml的硼氢化钠溶液。一分钟后加入盐酸溶液,反应结束后得到负载铂。(2) 应用性能 负载铂催化剂广泛应用于双键、硝基等的加氢过程中。负载铂的活性非常强,在硝基加氢反应中,主要是以铂碳的形式存在的,它可以用于药物的合成,而且还能克服在反应的过程中发生的中毒和失活问题。负载铂催化剂的选择性非常好,而且反应效率高,但作为贵金属催化剂,价格相对比较高。但由于是分散型的催化剂,贵金属的含量非常低,总体算来价格是合适的,而且负载铂催化剂主要用于高附加值的产品,带来的经济效益很高5。第四章 Ni系加氢催化剂的应用性能Ni系催化剂的应用也非常的广泛,主要包括:骨架Ni,分解Ni和其他Ni系催化

    15、剂。4.1 骨架Ni骨架Ni有很多的孔隙,这样可以有效的增加催化剂的表面积,提高反应的活性。制备方法:将Ni和Mg,Si等在高温下进行熔炼,制成合金,然后进行粉碎,在去掉一定的非活性组分,就会出现很多的空隙,制作成多孔的骨架Ni催化剂。合金的种类影响催化剂的性能。不同的合金在碱性溶液中的溶解速度是不同的,为此要选择合适的合金类型。骨架Ni合金催化剂组成受热力学平衡的限制,因此不能在广泛的组分中选择催化效果最好的合金组分。颗粒大小、低表面能和提高的催化活性受到影响。合金催化剂的相组成受稳态或近稳态的限制,很难选择催化效果最好的合金。合金铸锭、转化、研磨和研磨需要很长时间6。在使用骨架Ni催化剂时,需要注意:骨架Ni的表面积很大,吸附能力很强,在进行催化的过程中,很容易被氧化,因此非常容易燃烧,在使用前要放在乙醇中。或者是进行钝化处理,在骨架Ni的表面形成一层氧化膜,降低催化剂的活性,然后使用的时候在进行还原反应,这样可以更加方便的进行保存。4.2 分解Ni

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