二苯并噻吩类硫化物在非负载型NiMoW催化剂上加氢脱硫反应机理
Ni-Mo2N催化剂的苯噻吩加氢性能及其机理研究开题报告

Ni-Mo2N催化剂的苯噻吩加氢性能及其机理研究开题报告一、选题背景与意义苯噻吩是一种重要的含硫五元杂环化合物,具有广泛的应用领域,如有机光电器件、光谱探针、有机半导体材料等。
其中,苯噻吩的氢化物可用作高品质的光电转换材料、有机场效应晶体管等。
因此,苯噻吩的加氢反应研究受到广泛关注。
Ni-Mo2N是一类高效的加氢催化剂,已被用于苯噻吩等有机化合物的加氢反应中。
然而,其催化机理仍然不清楚,需要进一步的研究。
因此,对于Ni-Mo2N催化剂的苯噻吩加氢性能及其机理进行研究,具有重要的科学意义和应用价值。
二、研究内容和方法本研究将通过文献综述和实验研究的方式,探究Ni-Mo2N催化剂的苯噻吩加氢性能及其机理。
具体内容如下:1. 对Ni-Mo2N催化剂的制备方法、物理化学性质和表征技术进行综述,探究其物化性质与催化性能的关系。
2. 采用不同的实验方法,如批式反应、稳态和瞬态反应动力学研究、表面吸附和逆转析等,系统地研究Ni-Mo2N催化剂的苯噻吩加氢反应性能及其机理。
3. 通过催化剂的表面分析技术,如XPS、TEM、HREM、EDS等手段,探究Ni-Mo2N催化剂的表面结构、催化活性位、反应中间体的产生和消失等反应机理。
三、预期结果通过本研究,预期可以得出一些结论:1. Ni-Mo2N催化剂的制备方法和表征技术对其催化性能有明显的影响。
2. Ni-Mo2N催化剂对苯噻吩加氢反应具有较高的催化活性和选择性。
3. 深入探究Ni-Mo2N催化剂的催化机制,揭示其催化反应的中间体形成、转化等过程,为其应用提供理论基础和改进方向。
四、研究意义本研究对于加深人们对于Ni-Mo2N催化剂的认识,揭示其催化反应机制,具有重要的科学意义和应用价值。
同时,该研究还能够为推动新型催化剂的研究和发展提供一定的参考和借鉴作用。
二苯并噻吩直接加氢脱硫过程的理论研究

量都 有严 格 的法规 限制 E2。根据 燃料 中含 硫 化合 13 - 物加 氢脱 硫 反 应 活 性 的 不 同 , 以将 含 硫 化 合 物 可
分 为 两 大 类 _ : 类 是 硫 醇 化 合 物 、 化 物 以 及 噻 3 一 ] 硫
( 山东 大学 理论 化 学 研 究 所 ,济 南 2 0 0 ) 5 1 0
摘
要 : 量 子 化 学 中 的 密 度 泛 函 理 论 , B L / — 1 水 平 上 , 二 苯 并 噻 吩 ( T) 直 接 加 氢 脱 硫 用 在 3 YP 63 G 对 DB 的
( D ) 程进 行 理 论 研 究 。通 过 对 DB 分 子 在 反 应 过 程 中 的 中 间体 以及 过 渡 态 进 行 量 子 化 学 计 算 , 到 各 中 D S过 T 得
DBT 进 行 研 究 。
D T 的 加 氢 脱 硫 主 要 分 为 直 接 脱 硫 路 径 B ( DS 和 加 氢 路 径 ( D) 条 途 径 _ , 这 两 种 D ) HY 两 8 在 ] 途 径 中 , 泼 氢 均 起 到 很 重 要 的 作 用 , 经 历 氢 的 活 都 解 离 和 活 化 以及 硫 的 脱 除 过 程 。其 中 催 化 剂 与 活
石, 沸石 催 化 剂 中有 较 多 的微 孔 结 构 , 使 D T 可 B 在 其 中充分 反应 。用量 子 化 学 的 方 法研 究 可 以准 确计 算 出整个 反应 过 程 中分 子 在 沸石 结 构 中 的结
构 变 化 。DBT 在 沸 石 模 型 上 的 直 接 加 氢 脱 硫 过 程
及 , 反 应 中 起 关 键 作 用 。研 究 表 明 , 载 于 酸 性 在 负
化学论文:二苯并噻吩活性催化剂活性相制备方法

化学论文:硫化型NiMo柴油加氢催化剂及制备工艺研究【中文摘要】加氢脱硫工艺是生产超低硫柴油的关键技术,高性能的加氢脱硫催化剂是其核心之一。
论文以γ-氧化铝为载体,采用等体积分步浸渍制备了一系列NiMoS/γ-Al_2O_3催化剂,并对催化剂的物化性质进行表征,同时对催化剂的选择性加氢脱硫性能进行了评价。
主要研究了加氢脱硫催化剂的表面性质和制备方法对催化剂活性及选择性的影响,并对催化反应的工艺条件进行了优化。
研究结果表明,组分Ni的引入提高了催化剂活性组分在载体表面的分散程度,且Ni含量会影响催化剂活性相的结构。
随着Ni含量的增大,MoS_2片层长度减小,活性相的分散度提高,从而催化剂的加氢脱硫的活性和选择性提高。
考察了催化剂的制备方法对其催化性能的影响。
研究表明,催化剂的活性与其浸渍顺序有关,先浸渍钼酸铵溶液比先浸渍硝酸镍水溶液制备的催化剂活性高。
用钼酸铵的配体溶液代替钼酸铵的水溶液,并在管式炉中焙烧制备的催化剂,其活性有明显提高。
在压力2MPa,温度300°C,空速10h-1和氢油体积比为300:1的反应条件下,当金属负载量为26wt%(以NiO+MoO_3计),Ni/(Ni+Mo)原子比为0.3时,催化剂NiMoS/γ-Al_2O_3的脱硫率...【英文摘要】Depth hydrogenation was the feasible way to reduce sulfur in diesel. In this paper, NiMoS/γ-Al_2O_3 catalysts were prepared by pore volume impregnation methods step by step. The catalysts were characterized by differentanalysis methods, and the activity were measured in a high pressure flow micro-reactor. It was investigated that the preparation methods and surface properties of the HDS catalysts could influence the active phase and activity of NiMoS/γ-Al_2O_3 catalysts.The results showed that Ni could...【关键词】二苯并噻吩活性催化剂活性相制备方法【英文关键词】DBT Activity Catalysts Activity phase Preparation methods【说明】本站仅为中国学术文献总库合作代理。
磷化物催化剂体系下二苯并噻吩加氢反应网络研究

磷化物催化剂体系下二苯并噻吩加氢反应网络研究黄澎【摘要】为考察二苯并噻吩在磷化物体系下催化加氢的反应网络,以分子筛SBA-15为空白载体,利用等体积浸渍制取了一系列磷化物催化剂,Ni/P摩尔比为1.25,对不同Ni金属担载量的磷化物催化剂的性质进行了分析.采用含有1%二苯并噻吩的模型化合物为原料进行加氢脱硫试验,利用20 mL连续固定床加氢精制装置对制备的磷化物催化剂进行了活性评价.结果表明,相对于商业催化剂,低温和磷化物催化剂体系下二苯并噻吩具有更高的转化率,280℃转化率可达80%以上;碱性氮化物喹啉的存在抑制了二苯并噻吩加氢反应,转化率在320℃时由接近100%降至70%左右,此条件下,产物中联苯以及环己烷基苯的选择性随温度变化不大,二苯并噻吩大部分通过直接脱硫路径进行转化.评价结果显示,磷化物催化剂具有更高的氢解活性和更好的直接加氢脱硫效果.%In order to research the network of dibenzothiophene hydrogenation using phosphide catalyst,molecular sieve SBA-15 was used as the supporter to prepare the nickel phosphide catalyst by incipient impregnation method.The Ni/P mole ratio was 1.25,and catalysts with different loading of nickel phosphide were characterized.Model compound dibenzothiophene with 1% concentration was used to conduct the hydrogenation experiment,the phosphide catalyst was evaluated on a 20 mL fixed bed hydrogenation equipment.The results show that compared with the ordinary commercial catalyst,phosphide catalysts have a higher conversion rate on diben zothiophene at low temperature,which could reach more than 80%at 280 ℃.The existence of quinoline presents a strong inhibitory effect on the hydrogenation ofdibenzothiophene,and thus the conversion rate is reduced from 100% to 70%at 320 ℃.The selectivity of biphenyl and cyclohexylbenzene are very small,and the transformation of dibenzothiophene is almost entirely via the direct desulfurization pathway.The phosphide catalyst has higher hydrogenolysis capacity and better direct desulfurization selectivity.【期刊名称】《洁净煤技术》【年(卷),期】2017(023)003【总页数】5页(P66-70)【关键词】液化油;磷化物催化剂;二苯并噻吩;加氢脱硫;产物分布【作者】黄澎【作者单位】煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院,北京100013;煤炭资源开采与洁净利用国家重点实验室,北京100013【正文语种】中文【中图分类】TQ529我国环境保护问题日益严峻,为适应越来越高的环保要求,对于燃料中硫含量的控制日趋严格[1]。
《焦炉煤气噻吩加氢脱硫NiMo-Al2O3催化剂性能优化研究》

《焦炉煤气噻吩加氢脱硫NiMo-Al2O3催化剂性能优化研究》焦炉煤气噻吩加氢脱硫NiMo-Al2O3催化剂性能优化研究一、引言焦炉煤气是炼焦工业产生的气态副产品,含有大量硫化物、噻吩等杂质。
这些杂质的存在不仅影响了气体的纯度和品质,还会对下游设备产生严重的腐蚀。
为了改善这一情况,对噻吩的加氢脱硫处理成为必要的预处理过程。
本篇论文旨在探讨优化NiMo/Al2O3催化剂在焦炉煤气噻吩加氢脱硫反应中的性能。
二、NiMo/Al2O3催化剂性能研究现状当前,NiMo/Al2O3催化剂广泛应用于噻吩加氢脱硫反应中,其性能受到制备方法、活性组分含量、催化剂的孔结构等因素的影响。
然而,在焦炉煤气中,由于气体成分复杂,催化剂的活性、选择性和稳定性常常受到挑战。
因此,对其性能进行优化成为当前研究的关键。
三、NiMo/Al2O3催化剂的优化措施针对三、NiMo/Al2O3催化剂的优化措施针对焦炉煤气中噻吩加氢脱硫反应,对NiMo/Al2O3催化剂进行优化,主要包括以下几个方面:1. 制备方法的改进目前已知,催化剂的制备方法对其性能具有重要影响。
传统的浸渍法、共沉淀法等制备方法在催化剂的分散性、比表面积和孔结构等方面存在不足。
因此,研究新的制备方法,如溶胶-凝胶法、微乳液法等,以提高催化剂的活性组分分散度和比表面积,从而增强其催化性能。
2. 活性组分含量的优化活性组分的含量直接影响催化剂的加氢脱硫活性。
过少或过多的活性组分都会对催化剂的性能产生负面影响。
因此,需要通过实验研究确定最佳的活性组分含量,以在保证催化活性的同时,减少催化剂的用量,降低成本。
3. 催化剂的孔结构调控催化剂的孔结构对其催化性能具有重要影响。
通过调整制备过程中的条件,如沉淀剂的种类、浓度、沉淀温度等,可以调控催化剂的孔结构,包括孔径大小、孔容和孔分布等。
这些因素都会影响催化剂对噻吩的吸附和扩散性能,从而影响其催化性能。
4. 助剂的使用添加助剂可以进一步提高催化剂的活性和稳定性。
CeO2改性的Ni2P催化剂加氢脱硫反应性能

CeO2改性的Ni2P催化剂加氢脱硫反应性能杨秀娜;李翔;王瑶;王安杰【期刊名称】《化学反应工程与工艺》【年(卷),期】2008(24)4【摘要】以二苯并噻吩(DBT)的十氢萘溶液(DBT质量分数为0.8%)为模型化合物,考察了CeO2改性的Ni2P催化剂加氢脱硫(HDS)反应性能,并用X射线衍射(XRD)和程序升温还原(TPR)对催化剂进行了表征.XRD结果表明,CeO2的引人抑制了NisP4杂晶的生成,Ni=P催化剂的晶粒尺寸随CeO2含量的增加丽降低.TPR结果显示,在CeO2与Ni2P催化剂前驱体之间存在较强的相互作用,虽然抑制了NiO的还原,但促进了Ni2P物种的生成.从DBT的HDS反应结果可以看出,CeO2对于Ni2P加氢脱硫催化剂是一种有效的助剂,它的引入同时促进了Ni2P催化剂直接脱硫(DDS)和加氢(HYD)路径反应活性,从而提高了催化剂HDS活性.其中,催化剂的HYD反应活性随CeO2含量的变化规律与催化剂晶粒尺寸变化规律相似,说明Ni2P催化剂HYD反应活性对催化剂结构变化较为敏感.【总页数】5页(P332-336)【作者】杨秀娜;李翔;王瑶;王安杰【作者单位】大连理工大学,精细化工国家重点实验室,辽宁,大连,116012;大连理工大学,精细化工国家重点实验室,辽宁,大连,116012;辽宁省高校石油化工技术与装备重点实验室,辽宁,大连,116012;大连理工大学,精细化工国家重点实验室,辽宁,大连,116012;大连理工大学,精细化工国家重点实验室,辽宁,大连,116012;辽宁省高校石油化工技术与装备重点实验室,辽宁,大连,116012【正文语种】中文【中图分类】TQ426.6【相关文献】1.Ni2P加氢脱硫催化剂制备方法及改性研究进展 [J], 宋华;王健;李锋;柳艳修;张娇静;宋华林2.TiO2改性的Ni2P催化剂对选择加氢脱除芳烃中烯烃反应的催化性能 [J], 张艳玲;李翔;王安杰;王瑶3.Ni2P/SiO2-Al2O3催化剂的制备、表征及其对4,6-二甲基二苯并噻吩加氢脱硫反应的催化性能 [J], 宋立民;李伟;张明慧;陶克毅4.Ni2P和MoS2催化剂在二苯并噻吩加氢脱硫反应中的氢溢流效应 [J], 刘理华;刘书群;尹海亮;柳云骐;刘晨光5.CeO2改性的Pd/Al2O3催化剂在加氢脱硫反应中的抗硫性能 [J], 鲁勋;罗来涛;程新孙因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
焙烧温度对非负载二硫化钼催化剂加氢脱硫性能的影响
焙烧温度对非负载二硫化钼催化剂加氢脱硫性能的影响丁泽强;张伟;赵亮富【摘要】考察了焙烧温度对以四硫代钼酸铵为前躯体制备二硫化钼催化剂加氢脱硫活性的影响.采用BET,XRD,SEM,HRTEM,XPS等手段对催化剂进行表征,并以二苯并噻吩为原料,在高压釜反应器中评价催化剂活性.结果表明:随着焙烧温度的升高,MoS2的比表面积、结晶度逐渐升高,惰性气氛中焙烧时,主要通过改变催化剂中S元素的含量和价态来影响催化剂的物化性质;焙烧温度为400℃时,所得催化剂的活性最高.【期刊名称】《石油炼制与化工》【年(卷),期】2015(046)008【总页数】5页(P44-48)【关键词】四硫代钼酸铵;二硫化钼;二苯并噻吩;加氢脱硫;焙烧温度【作者】丁泽强;张伟;赵亮富【作者单位】中国科学院山西煤炭化学研究所,太原030001;中国科学院大学;中国科学院山西煤炭化学研究所,太原030001;中国科学院山西煤炭化学研究所,太原030001【正文语种】中文随着世界原油资源的日益匮乏,原油劣质、重质化趋势进一步加剧以及国内外环保要求越来越严格,如何获得清洁油品,尤其是低硫、超低硫柴油,日益受到人们的重视。
目前,较为可行的途径是对柴油进行深度加氢,有效脱除柴油中较难脱除的二苯并噻吩(DBT)及其芳环烷基取代物[1],以满足环保法规的要求。
因此,开发高性能柴油深度加氢脱硫催化剂具有重要意义。
加氢脱硫催化剂的活性组分一般是过渡金属元素硫化物。
其中,MoS2由于具有优异的加氢脱硫活性,被广泛应用于油品深度脱硫过程。
按照有无载体,MoS2催化剂分为负载型和非负载型。
催化加氢脱硫技术一般采用负载型催化剂,已有研究表明[2],不同的载体、助剂和制备方法对MoS2催化剂的加氢脱硫效果有一定影响。
但是,随着NEBULA系列催化剂的工业化[3],其柴油加氢脱硫活性是传统催化剂的3倍,更有益于深度脱硫制备高品质柴油。
非负载型MoS2催化剂的制备方法包括热分解法、氧化物硫化、水热合成和气相沉积法等。
Ni2P催化剂的制备及加氢脱硫性能研究
Ni2P催化剂的制备及加氢脱硫性能研究王伟;吴永;李平;王超;赵艳敏【摘要】通过共沉淀并用原位程序升温还原的方法制备了体相Ni2P催化剂,用二苯并噻吩(DBT)作为模型化合物进行加氢脱硫(HDS)活性评价,结果显示Ni2P具有比较低的加氢活性和相对高的脱硫活性,且有很高的稳定性.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2013(041)017【总页数】3页(P53-55)【关键词】加氢脱硫;二苯并噻吩(DBT);Ni2P;体相【作者】王伟;吴永;李平;王超;赵艳敏【作者单位】银川能源学院石油化工系,宁夏银川750105;银川能源学院石油化工系,宁夏银川750105;银川能源学院石油化工系,宁夏银川750105;银川能源学院石油化工系,宁夏银川750105;银川能源学院石油化工系,宁夏银川750105【正文语种】中文【中图分类】O643.362013年1月,我国从东北、华北到中部乃至黄淮、江南地区,都出现了大范围重度和严重空气污染的雾霾天气,持续时间较长,空气污染给人们生活和出行带来了严重影响。
而造成此种天气的罪魁祸首是汽车的尾气排放。
美国的EPA要求从2011年起市售的燃油硫含量要低于10 ppm。
我国也于“十二五”起对机动车执行“国Ⅳ”排放标准 (要求比“国Ⅱ”标准尾气污染物排放限值降低60%)。
这意味着燃油脱硫技术已逐步转向深度以及超深度脱硫领域。
而目前的商用过渡金属硫化物加氢脱硫 (HDS)催化剂已难以满足这一要求。
因此,改进原有的硫化物催化剂以及寻找新的高效替代物已成为科研工作者研究的焦点。
Ni2P是近年来发现的一种具有高加氢脱硫活性的材料[1],非常有可能成为继金属硫化物之后的新一代加氢精制催化剂。
Ni2P属于富金属磷化物,晶体内部存在大量的Ni-Ni金属键,故具有比富磷磷化物更好的导电性及稳定性、硬度、熔点高、耐腐蚀等优点[2-5]。
Ni2P催化剂是磷原子进入由金属 Ni原子形成的最小晶格(三角棱柱)中的一类间充化合物,具有特殊的物理化学性质[6]。
柴油超深度加氢脱硫非负载型Ni-Mo-W催化剂的研究
柴油超深度加氢脱硫非负载型Ni-Mo-W催化剂的研究赵悦;殷长龙;陈世安;崔德强【期刊名称】《石油炼制与化工》【年(卷),期】2009(040)012【摘要】采用化学合成法制备了多孔金属固溶体,以此固溶体为前驱体制备了非负载型Ni-Mo-W加氢催化剂,采用XRD、TEM方法对硫化态非负载型催化剂进行表征,并以大庆低硫FCC柴油、中东高硫柴油为原料对非负载型催化剂进行深度加氢脱硫性能试验.结果表明,非负载型硫化态Ni-Mo-W催化剂中活性相形态主要为Ni_3S_2和MoS_2/WS_2,其中MoS_2/WS_2堆叠层数为3~8,远高于普通负载型催化剂.该非负载型Ni-Mo-W催化剂对国内外低硫和高硫柴油加氢脱硫反应均表现出较高的活性和稳定性.【总页数】4页(P26-29)【作者】赵悦;殷长龙;陈世安;崔德强【作者单位】中国石油抚顺石化公司催化剂厂,抚顺,113001;辽宁石油化工大学;中国石油大学(华东)重质油国家重点实验室;中国石油抚顺石化公司催化剂厂,抚顺,113001;辽宁石油化工大学;中国石油抚顺石化公司催化剂厂,抚顺,113001【正文语种】中文【相关文献】1.Ni-Mo-W非负载型催化剂加氢脱硫性能的改进 [J], 武瑞明;张少华;王晓蔷;么志伟;施岩;陈洁静2.助剂对Ni-Mo-W非负载型催化剂微观结构及其加氢脱硫性能的影响 [J], 许佳翠;赵悦;贺新;施岩;杨爽;郎暑秋3.Ni-Mo-W非负载型催化剂加氢脱硫性能的改进及结构探究 [J], 赵婉竹;王晨;施岩;孙娜;王海彦;赵玉柱4.制备方法对非负载型Ni-Mo-W催化剂结构和加氢脱硫性能影响的研究 [J], 曾鹤;李鹤鸣5.PEG对Ni-Mo-W非负载型催化剂加氢脱硫性能的改进研究 [J], 王晨;王海彦;施岩;贾未鸣;曾鹤因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
NiMo/TiO2-Al2O3催化二苯并噻吩加氢脱硫反应
采 用等 体 积 浸 渍 法 制 备 负 载 型 催 化 剂 。将
M 与 P摩 尔 比 为 1 1的 ( H )M T 2・H O和 o : N 46 oO44 2 ( H )H O 溶于 1 L 离 子 水 中 配 成 浸 渍 液 , N 42 P 4 3m 去
( 宁 石油 化 工 大 学 石 化学 院 , 辽 抚顺 13 0 ) 10 1
摘 要
采 用 改 进 的 溶 胶 一 胶 法 制备 了To 一A ] 合 载 体 , 究 了该 复 合 载 体 负 载 NM 凝 i2 1 复 o 研 io
制 成 的 NM / i l 化剂 的加 氢 脱 硫 反 应 。考 察 了温度 、 力 、 积 空 速 和 氢 油 体 积 比对 二 i oTO 一A2 催 0 压 体 苯 并 噻 吩 ( B ) 化 率 的影 响 。 结 果 表 明 , 反 应 温 度 的 升 高 , B D T转 随 D T的 转 化 率 大 大 提 高 , 度 在 温
1 实 验 部 分
成 N ( %) o 1 %)TO 一A2 3 i 2 M ( 8 / i2 1 催化 剂。 0 13 复合 载体及 催化 剂的 物化表征 . 13 1 孔容及 比表 面的测 定 .. 采 用 美 国 Mi o e tsIs u etCroao c m ri nt m n o r i r ic r p tn
盐 , 用 N ( O )・t 0 渍 , 处 理 方 法 同 上 , 再 iN 326i 浸 2 热 制
TO 一A2 3 i2 1 催化 剂 的加氢 脱硫 反应 , 察 了工艺 0 考
条件 ( 温度 、 力 、 积空速 和氢油 体积 比) 压 体 对二苯
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文章编号:0253⁃2409(2013)08⁃0991⁃07 收稿日期:2013⁃03⁃19;修回日期:2013⁃05⁃20㊂ 基金项目:国家重点基础研究发展规划(973计划,2010CB 226905)㊂ 联系作者:殷长龙(1973⁃),男,山东临沭人,博士,从事催化生产清洁油品的研究㊂E⁃mail :catgroup @ ㊂ 本文的英文电子版由Elsevier 出版社在ScienceDirect 上出版(http :// /science /journal /18725813)㊂二苯并噻吩类硫化物在非负载型NiMoW 催化剂上加氢脱硫反应机理殷长龙,翟西平,赵蕾艳,刘晨光(中国石油大学(华东)重质油国家重点实验室CNPC 催化重点实验室,山东青岛 266580)摘 要:研究了二苯并噻吩(DBT )㊁4⁃甲基二苯并噻吩(4⁃MDBT )和4,6⁃二甲基二苯并噻吩(4,6⁃DMDBT )在非负载型NiMoW 催化剂上的加氢脱硫反应产物分布及反应机理,给出了它们在非负载型催化剂上加氢脱硫反应网络㊂研究发现,由于甲基的空间位阻效应,二苯并噻吩类化合物加氢脱硫转化率顺序为4,6⁃DMDBT ≈4⁃MDBT <DBT ,而非负载型NiMoW 催化剂具有很高的芳环加氢活性,有利于烷基取代的芳环加氢,减弱空间位阻效应,使烷基取代的二苯并噻吩类化合物得到有效脱除㊂DBT 的脱硫产物会被进一步加氢,其产物分布与联苯加氢产物相似㊂4⁃MDBT 有两种预加氢脱硫反应路径,甲基取代的苯环由于甲基的供电子效应会被优先加氢㊂非负载型催化剂存在的L 酸中心会使部分4⁃MDBT 和4,6⁃DMDBT 通过脱甲基反应生成DBT 再进行脱硫反应㊂关键词:二苯并噻吩;4⁃甲基二苯并噻吩;4,6⁃二甲基二苯并噻吩;加氢脱硫;反应网络;非负载型NiMoW 催化剂中图分类号:O 643/TQ 53 文献标识码:AMechanism of hydrodesulfurization ofdibenzothiophenes on unsupported NiMoW catalystYIN Chang⁃long ,ZHAI Xi⁃ping ,ZHAO Lei⁃yan ,LIU Chen⁃guang(State Key Laboratory of Heavy Oil Processing ,Key Laboratory of Catalysis ,CNPC ,China University of Petroleum (East China ),Qingdao 266580,China )Abstract :Hydrodesulfurization (HDS )of dibenzothiophene (DBT ),4⁃methyldibenzothiophene (4⁃MDBT )and 4,6⁃dimethyldibenzothiophene (4,6⁃DMDBT )on unsupported NiMoW catalyst was studied.Moreover ,mechanisms and reaction networks were revealed on the basis of GC and GC⁃MS analyses of the reaction products.The result shows that ,the HDS rate of dibenzothiophenes is in the order of 4,6⁃DMDBT ≈4⁃MDBT <DBT for the spatial restraining effect of the methyl group.Unsupported NiMoW catalyst has high hydrogenation activity in aromatics saturation ,it favours the hydrogenation of alkyl⁃substituted aromatic ring ,weakens the spatial restraining effect ,leads to the effectively removing of alkyl⁃substituted dibenzothiophenes.The hydrodesulfurization products of DBT could be hydrogenated further and its distribution is similar to the hydrogenation products of biphenyl (BP ).The hydrogenation route of the hydrodesulfurization of 4⁃MDBT have two reaction pathways ,the electron donor induction of the methyl group could promote the hydrogenation of the adjacent phenyl.On the lewis acid sites of catalyst ,part of 4⁃MDBT and 4,6⁃DMDBT transformed into DBT through the demethylation reaction in their hydrodesulfurization process.Key words :dibenzothiophene ;4⁃methyldibenzothiophene ;4,6⁃dimethyldibenzothiophene ;hydrodesulfurization ;reaction networks ;unsupported NiMoW catalyst 随着环保要求越来越严格,清洁油品尤其是低硫㊁超低硫柴油的生产日益受到人们的重视,柴油中较难脱除的是二苯并噻吩㊁烷基苯并噻吩和烷基二苯并噻吩等噻吩类化合物[1],它们的脱除是生产超低硫柴油的关键,人们对柴油中含硫化合物的脱除机理进行了很多研究㊂DBT 在Mo /Al 2O 3上的加氢脱硫反应(HDS )主要通过氢解路径(DDS )和预加氢路径(HYD )进行,在CoMo /Al 2O 3催化剂上主要通过氢解路径进行[2,3]㊂在W /Al 2O 3催化剂上氢解脱硫的活性很低,加入一定量的Ni 后,氢解脱硫活性提高近3倍[4]㊂活性助金属Co ㊁Ni 的供电子作用为二苯并噻吩类硫化物中C⁃S 的断裂提供活性中心,从而提高了氢解路径的活性[5,6]㊂4⁃MDBT 在NiW /Al 2O 3㊁CoMo /Al 2O 3催化剂上脱硫路径中预加氢路径的作用大于氢解路径[2,4]㊂4,6⁃DMDBT 上甲基的空间位阻抑制氢解脱硫,加氢脱硫反应以预加氢路径为主[4,7,8]㊂采用带有酸性位的催化剂如分子第41卷第8期2013年8月燃 料 化 学 学 报Journal of Fuel Chemistry and Technology Vol.41No.8Aug.2013筛[9~11]或TiO2[12]担载的硫化物催化剂通过脱甲基㊁异构化减弱空间位阻的影响,可以提高含硫化合物的反应活性㊂与传统催化剂相比,以NEBULA为代表的非负载型催化剂具有很高的加氢脱硫㊁加氢脱氮和加氢脱芳烃活性,几乎能够完全转化空间位阻较大的烷基二苯并噻吩类化合物,它的柴油脱硫效率是常规技术的3倍[13~15]㊂作者研究了二苯并噻吩类化合物在非负载型NiMoW催化剂上的深度加氢脱硫反应产物分布,给出了它们在非负载型催化剂上深度加氢脱硫反应网络㊂1 实验部分1.1 催化剂的制备非负载型NiMoW催化剂前躯体采用水热合成法制备㊂将Ni㊁Mo㊁W物质的量比为2∶1∶1的碱式碳酸镍㊁七钼酸铵和偏钨酸铵用适量水溶解混合,同反应助剂一起加入到1L高压釜中,在搅拌状态下100℃反应10h㊂反应产物抽滤,滤饼在120℃烘箱中干燥12h,即得催化剂前躯体㊂将前躯体与适量黏结剂铝溶胶以4∶1(质量比)混合,加入助剂混捏,在F⁃26(III)双螺杆挤条机上挤条成型(外径1.6mm)㊂成型后的催化剂在120℃烘箱干燥12h,马弗炉中400℃焙烧4h,即得非负载型NiMoW催化剂㊂1.2 实验方法催化剂的加氢脱硫活性实验在MRCS8006B型高压加氢微反装置上进行,催化剂粒径为20~ 40目,填装量10mL㊂采用含3%CS2的环己烷溶液作为预硫化油㊂氢压3.0MPa㊁200~400℃预硫化10h,液时空速2.0h-1㊂然后调整到所需反应条件,切换成反应原料(模型化合物:2%DBT十氢萘溶液,1%4⁃MDBT十氢萘溶液,1%4,6⁃DMDBT十氢萘溶液),温度260~300℃反应,稳定8h后,取样进行气相色谱分析㊂1.3 产物分析产物定量分析采用Varian CP⁃3800型毛细管气相色谱仪(配有脉冲火焰光检测器,HP⁃5HS型石英毛细管柱,30m×0.320mm×0.25μm)进行㊂产物鉴定采用色⁃质联机(GC⁃MS)(Varian3400型毛细管气相色谱仪和Finnigan SSQ710型四极杆质谱仪)进行㊂2 结果与讨论2.1 DBT在非负载型催化剂上的加氢脱硫反应一般认为,DBT的HDS反应按照两种反应途径进行:路径I是直接脱除DBT分子中的硫原子生成联苯(BP)称为氢解脱硫(DDS);路径II是先对DBT的苯环加氢生成六氢二苯并噻吩(6H⁃DBT),再脱除6H⁃DBT分子中的硫原子生成CHB,称为预加氢脱硫(HYD)㊂通常认为BP很难被加氢,但在本实验的体系中发现,BP还能进一步加氢,生成CHB,而CHB还能进一步加氢生成二联环己烷,或发生异构化生成苄基环戊烷等产物㊂DBT在反应温度280℃㊁压力2MPa㊁液时空速2.0h-1㊁非负载型NiMoW催化剂上加氢脱硫反应产物的气相色谱图见图1,经GC⁃MS分析,各组分的结构和组成见表1㊂图1 DBT在非负载型NiMoW催化剂上加氢脱硫反应产物的GC谱图Figure1 Gas⁃chromatogram of hydrodesulfurizationproducts of dibenzothiophene(DBT)on unsupported NiMoW catalyst1~17:referring Table1for product peaks1~17 由图1和表1可知,DBT的加氢脱硫产物比较复杂,为了进一步考察DBT在非负载型NiMoW催化剂上的加氢反应网络,作者使用2%联苯的十氢萘溶液进行了加氢反应,在反应温度280℃㊁压力2.0MPa㊁液时空速2.0h-1条件下其反应产物GC谱图见图2㊂由图2可知,联苯的加氢产物与DBT的加氢产物分布几乎相同㊂分析后发现有75%(物质的量分数)以上的联苯进一步加氢生成环己基苯和二联环己烷等,而负载型NiMo/Al2O3催化剂的实验结果表明,在同样条件下,仅有13%(物质的量分数)的联苯发生了加氢反应,而且其产物几乎都是环己基苯,深度加氢产物很少㊂这说明非负载型催化剂有较高的芳环加氢活性,其DBT的加氢脱硫产物会进一步被加氢生成二联环己烷和环戊甲基环己烷,在280℃时,这两个产物之和占到总产物的299 燃 料 化 学 学 报第41卷50%(物质的量分数)以上,其他产物主要是由这两个物质的异构㊁开环和重排反应而来,联苯的反应路径与此类似㊂作者推断DBT 在非负载型NiMoW 催化剂上的深度加氢脱硫反应网络见图3㊂表1 DBT 加氢脱硫反应产物分布Table 1 Composition of hydrodesulfurization products of DBT Serial No of peaksProductSelectivity s mol /%16.71225.73326.6942.2154.07625.067,81.659~112.62120.53133.3414⁃171.39图2 联苯在非负载型NiMoW 催化剂上的加氢反应产物的GC 谱图Figure 2 Gas⁃chromatogram of hydrogenation products ofbiphenyl on unsupported NiMoW catalyst1~6,10,13:referring Table 1for product peaks 1~6,10,13图3 DBT 在非负载型NiMoW 催化剂上的加氢脱硫反应网络Figure 3 Reaction network for DBT hydrodesulfurizationon unsupported NiMoWcatalyst图4 4⁃MDBT 在非负载型NiMoW 催化剂上的加氢产物GC 谱图Figure 4 Gas⁃chromatogram of hydrodesulfurization productsof 4⁃MDBT on unsupported NiMoW catalyst 1~24:referring Table 2for product peaks 1~242.2 4⁃MDBT 在非负载型催化剂上的加氢脱硫反应由于4⁃MDBT 的不对称结构,造成其加氢反应产物中部分加氢产物及环己基苯类化合物存在大量异构体(包括结构异构和立体异构),反应产物组成复杂㊂4⁃MDBT 在负载型Mo /Al 2O 3上加氢脱硫反应网络主要经过3个平行的反应途径[2]:一个氢解脱硫路径和两个预加氢脱硫路径㊂氢解脱硫路径,即4⁃MDBT 中的C⁃S 键直接氢解脱硫生成3⁃甲基联苯,3⁃甲基联苯再经2个平行的加氢路径生成1⁃甲基⁃3⁃环己基苯和3⁃甲基环己基苯,由此加氢生成399第8期殷长龙等:二苯并噻吩类硫化物在非负载型NiMoW 催化剂上加氢脱硫反应机理3⁃甲基二联环己烷㊂4⁃MDBT 在反应温度280℃㊁压力3.0MPa ㊁液时空速为2.0h -1㊁非负载型NiMoW 催化剂上加氢脱硫反应产物气相色谱图见图4,经GC⁃MS 分析,各组分的结构和组成见表2㊂表2 不同反应温度下4鄄MDBT 加氢脱硫产物分布Table 2 Composition of hydrodesulfurization products of 4⁃MDBT under different reaction temperatures Serial No of peaks ProductSelectivity s mol /%260℃280℃300℃17.681.110.00245.4824.600.5931.671.350.6140.710.450.0055.741.430.4460.780.540.2872.422.590.1180.000.640.4499.7914.503.44103.434.911.17111.921.050.80123.345.704.78131.975.948.99140.552.145.61153.3711.4421.17160.582.405.9617~205.7314.0831.86211.301.483.99221.361.413.9023,240.871.043.36 由图4和表2可知,4⁃MDBT 在非负载型NiMoW 催化剂上的加氢脱硫反应存在以下特点:由于甲基的空间位阻效应,4⁃MDBT 转化率与DBT 相比稍低;由于4⁃MDBT 的非对称结构,其预加氢路径有两种方向,所得产物与DBT 产物相比要复杂㊂280℃时甲基取代苯环加氢脱硫反应产物(峰号9)的含量是无甲基取代的苯环加氢脱硫反应产物(峰号8)的22.6倍,而在低温260℃,则几乎没有检测到无甲基取代的苯环加氢脱硫反应产物,说明甲基取代的苯环比无甲基取代的苯环更容易加氢㊂出现这种现象的主要原因是4⁃MDBT 的加氢反应在催化剂表面的吸附是通过分子中芳环的π电子的平躺吸附,甲基对平躺吸附的影响不大,相反由于甲基的供电子作用,使苯环上电子云密度增大,对其在催化剂表面的吸附更有利,表现在经由甲基取代的苯环加氢反应路径反应速率更快,反应产物含量更高㊂4⁃MDBT 脱硫产物的进一步加氢过程与DBT类似,主要是深度加氢㊁异构和重排反应㊂产物中有一些DBT 的加氢产物,通过计算,280℃时4⁃MDBT 产物中DBT 及其加氢产物的总和达到了6.4%(物质的量分数),300℃时达到了12.5%(物质的量分数)㊂所使用的4⁃MDBT 原料中含有部分DBT 和4,6⁃DMDBT ,两者含量仅有2.58%和2.62%(物质的量分数),300℃时4,6⁃DMDBT 已经完全脱除,产物中却有0.44%DBT ,充分说明有一部分4⁃MDBT 发生了脱甲基反应生成了DBT ㊂烷基二苯并噻吩类硫化物发生脱烷基反应主要跟催化剂的酸性有关[16],作者对非负载型NiMoW 催化剂进行了吡啶吸附红外光谱分析,其分析结果见图5㊂图5 γ⁃Al 2O 3和非负载型NiMoW 催化剂的吡啶吸附红外光谱图Figure 5 Pyridine⁃IR spectra of (a )unsupportedNiMoW catalyst and (b )γ⁃Al 2O 3499 燃 料 化 学 学 报第41卷图6 4⁃MDBT 在非负载型NiMoW 催化剂上加氢脱硫反应网络Figure 6 Reaction network for 4⁃MDBT hydrodesulfurization on unsupported NiMoW catalyst表3 不同反应温度下4,6⁃DMDBT 加氢脱硫产物分布Table 3 Composition of hydrodesulfurization products of4,6⁃DMDBT under different reaction temperatures Serial No of peaksProductSelectivity s mol /%260℃280℃300℃146.424.21.123.43.10.030.71.80.040.90.80.65~920.525.623.910~1218.023.937.4130.80.50.614~168.116.829.4170.61.32.7180.51.02.4190.00.50.0200.00.42.0 图5中处于1446㊁1575和1605cm -1的峰表示L 酸性位中心,γ⁃Al 2O 3和非负载型NiMoW 催化剂都没有检测到B 酸中心,说明非负载型NiMoW 催化剂中不具有产生B 酸的环境,L 酸主要是由金属Ni 和W 产生的㊂部分4⁃MDBT 在催化剂的L 酸中心上通过脱甲基反应生成了DBT ㊂作者推断4⁃MDBT 在非负载型NiMoW 催化剂上的深度加氢脱硫反应网络见图6㊂2.3 4,6⁃DMDBT 在非负载型催化剂上的反应4,6⁃DMDBT 分子中有两个甲基,对S 原子形成了很强的位阻效应,使S 原子不容易被催化剂通过端连吸附的方式脱除,4,6⁃DMDBT 在反应温度280℃㊁压力3.0MPa ㊁液时空速为2.0h -1㊁非负载型NiMoW 催化剂上加氢脱硫反应产物的气相色谱图见图7,经GC⁃MS 分析,各组分的结构和组成见表3㊂4,6⁃DMDBT 在催化剂上也主要通过两条路径进行反应:预加氢路径和氢解脱硫路径,由于4㊁6位甲基的空间位阻效应,一般氢解脱硫路径所占的比例较少㊂由图7和表3可知,4,6⁃DMDBT 的加氢脱硫率随反应温度的升高而增加,300℃时达到了98.9%,说明非负载型NiMoW 催化剂对难以脱除的烷基取代二苯并噻吩类化合物具有较高的加氢脱硫活性,599第8期殷长龙等:二苯并噻吩类硫化物在非负载型NiMoW 催化剂上加氢脱硫反应机理对芳环加氢性能非常高㊂4,6⁃DMDBT加氢产物中也有一些DBT的加氢产物,280℃时DBT及其产物的总和达到了5.1%(物质的量分数),300℃时达到了7.7%(物质的量分数),说明也有一部分4,6⁃DMDBT发生了脱烷基反应生成DBT,再进行加氢脱硫反应㊂作者推断4,6⁃DMDBT在非负载型NiMoW催化剂上的深度加氢脱硫反应网络见图8㊂ 对比4⁃MDBT及DBT的实验结果可以看出,在相同的实验条件下,二苯并噻吩类化合物在非负载型催化剂加氢脱硫转化率顺序为4,6⁃DMDBT≈4⁃MDBT<DBT,由此说明,4,6⁃DMDBT分子中位于4和6位的烷基的空间阻碍作用,的确是造成其加氢脱硫转化率低的主要原因㊂然而由于非负载型NiMoW催化剂高的芳环加氢活性有利于甲基取代的芳环加氢,从而可以减弱其空间位阻效应,使烷基取代的二苯并噻吩类化合物得到有效脱除㊂图7 4,6⁃DMDBT在非负载型NiMoW催化剂上加氢脱硫反应产物的GC谱图Figure7 Gas⁃chromatogram of hydrodesulfurization products of4,6⁃dimethyldibenzothiophene(4,6⁃DMDBT)onunsupported NiMoW catalyst1~20:Table3for product peaks1~20图8 4,6⁃DMDBT在非负载型NiMoW催化剂上的加氢脱硫反应网络Figure8 Reaction network for4,6⁃DMDBT hydrodesulfurization on unsupported NiMoW catalyst3 结 论相同的实验条件下,二苯并噻吩类化合物加氢脱硫转化率顺序为4,6⁃DMDBT≈4⁃MDBT<DBT, 4,6⁃DMDBT位于4㊁6位烷基的空间位阻,是造成其转化率相对较低的主要原因,而非负载型NiMoW 催化剂具有很高的芳环加氢活性,促进了烷基取代的芳环加氢,减弱空间位阻效应,使烷基取代的二苯并噻吩类化合物得到有效脱除㊂DBT的脱硫产物会被进一步加氢,其产物分布与联苯加氢产物相似;具有不对称结构的4⁃MDBT 有两种预加氢脱硫反应路径,由于甲基的供电子效应,280℃时通过带甲基苯环的加氢反应路径比例是通过苯环加氢反应路径比例的19倍㊂非负载型NiMoW催化剂存在少量L酸中心,部分4⁃MDBT和4,6⁃DMDBT会通过脱甲基反应生成DBT再进行脱硫反应㊂699 燃 料 化 学 学 报第41卷参考文献[1] LAUDAUM M V.Deep hydrotreating of middle distillates from crude and shale oils [J ].Catal Today ,1997,36(4):393⁃429.[2] 徐永强,赵瑞玉,商红岩,赵会吉,刘晨光.二苯并噻吩和4⁃甲基二苯并噻吩在Mo 和CoMo /γ⁃Al 2O 3催化剂上加氢脱硫的反应机理[J ].石油学报(石油加工),2003,19(5):14⁃21.(XU Yong⁃qiang ,ZHAO Rui⁃yu ,SHANG Hong⁃yan ,ZHAO Hui⁃ji ,LIU Chen⁃guang.Mechanism of hydrodesulfurization of dibenzothiophene and 4⁃methyldibenzothiophene on Mo /γ⁃Al 2O 3and CoMo /γ⁃Al 2O 3[J ].Acta Petrolei Sinica (Petroleum Processing Section ),2003,19(5):14⁃21.)[3] 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