本发明涉及加氢精制领域，尤其涉及一种采用离子液体制备的负载型Co-MoS2/LDHS加氢精制催化剂及其应用。
背景技术：
：重油(如原油的常压渣油、原油的减压渣油、重质原油、油砂、合成重质油品等)中含有大量的重金属(如镍、钒)、硫、氮等杂质，且胶质和沥青质的含量较高，为了满足催化裂化进料的要求，保护下游催化剂，必须将这些杂质尽可能地脱除，而加氢处理是脱除上述杂质的最适宜工艺。重油加氢处理催化剂按使用功能分一般包括保护剂、脱金属催化剂、脱硫催化剂、转化催化剂等。转化催化剂的主要作用就是最大限度地脱除经过脱金属和脱硫剂物料中的硫、氮和残炭等。此外，在重油加氢处理过程中，由于重油粘度高且杂质含量大，因此重油加氢处理过程的空速很小，所以催化剂的用量较比其它炼油过程大大增加，并且重油加氢处理催化剂使用寿命短，可再生性差，因此降低催化剂的成本尤为重要。二硫化钼作为一种具有类石墨烯结构的层状半导体材料，如今已经得到了人们越来越广泛的关注，并在微电子领域表现出了良好的应用前景。然而，二硫化钼不仅仅具有优异的电学性能，其同样具有良好的催化活性。作为一种传统的加氢脱硫催化剂，二硫化钼在工业上的应用已经有数十年，同时，近些年来的研究表明，二硫化钼对于氢析出反应同样具有优异的催化活性，能够用于环保性的氢能源的获取。这使得其在催化领域和能量转换领域都具有极好的应用潜能。类水滑石（简写LDH）是一类二维纳米阴离子粘土，其组成通式可表示为[M1-x2+Mx3+(OH)2]x+(An-)x/n·mH2O，其中M2+指二价金属阳离子，M3+指三价金属阳离子，x为M2+与M3+的摩尔比，An-为层间可稳定存在的阴离子，具有水滑石层状结构，因其片层元素组成和电荷密度可调、层间客体分子、晶体尺寸可控，以及生物毒性低等优点，已在有机催化、聚合物添加剂、生物医药、环境保护等诸多领域呈现了良好的应用前景。技术实现要素：针对现有加氢脱硫技术的需求，对于原料越来越恶劣，重油、稠油、渣油或油砂沥青等资源的利用日益扩大，对于特殊油品的加氢脱硫催化剂具有更加严格的需求。本发明采用离子液体的方法得到MoS2负载类水滑石材料LDHS，进一步负载金属钴，得到能够用于重油加氢精制催化剂。所述Co-MoS2/LDHS中，MoS2在类水滑石载体的表面形成密置单层。基于催化剂整体，金属Co含量为5-15wt%，MoS2含量为5-15wt%。本发明所提供的重油加氢精制催化剂的制备方法包括：（1）纳米二硫化钼的制备：向溶剂中加入四硫代钼酸盐、离子液体搅拌均匀，然后加入适量的还原剂，搅拌均匀，配置成初始反应混合物并转移至高压合成釜中；（2）MoS2负载类水滑石：将ZnCl2、FeCl3和FeCl2分别溶解到水中，配置为浓度为1～2mol/L的溶液，将三种溶液混合，保持Zn2+：Fe2+：Fe3+的摩尔比为(2～4)：(1～2)：1，在恒温70～80℃水浴中滴入一定量的碱性溶液，反应2～3h，老化12～24h，在该过程中形成具有层状结构的类水滑石沉淀，沉淀分离，去离子水洗2～3遍,在400～550℃的温度下煅烧1-5h；将类水滑石分散至含有MoS2的合成釜，加入去离子水，保持150-200℃下水热反应12h，冷却，离心分离，水洗，固体产物，洗涤，干燥，得到纳米MoS2/LDHS复合纳米材料。(3)纳米MoS2/LDHS复合纳米材料浸渍在0.05-0.1mol/l硝酸钴溶液中，充分搅拌均匀，静置2-5小时，老化10-12小时，过滤，干燥，400-500℃焙烧2-3h得到负载Co-MoS2/LDHS的功能化加氢精制催化剂。优选的，所述溶剂为乙二醇或乙二醚、离子液体为1-甲基-3-羧乙基咪唑四氟硼酸盐，或1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，离子液体与Mo的摩尔比为0.2-10：1。Co-MoS2/LDHS中，MoS2在类水滑石载体的表面形成密置单层,且制备的MoS2纳米材料具有3-8nm的粒径尺寸，基于催化剂整体，金属Co含量为5-15wt%，MoS2含量为5-15wt%。所述碱性溶液为氢氧化钠或氨水溶液。所述钼酸盐为四硫代钼酸铵，其摩尔浓度为0.05-2mol/l，优选0.5-1mol/l。所述还原剂为盐酸羟胺、水合肼或硼氢化钠。本发明主要优点在于：采用功能化离子液体制备二硫化钼负载于类水滑石表面，本发明所得复合材料兼具有二硫化钼和类水滑石的结构和性能优势，在在合成体系，省去了硫化剂与钼酸盐前体的硫化过程，直接从原料控制，辅以乙二醇/乙二醚溶剂，利用溶剂效应提高纳米二硫化钼的分散性，优化二硫化钼的颗粒尺寸均匀，其中纳米二硫化钼的尺寸粒径为3-8纳米。并加入助剂钴组分，进一步增加体系的加氢活性。本发明使用了离子液体所制备的Co-MoS2/LDHS，在极性、非极性的催化反应体系中均具有极好的分散性和催化活性。现有研究中有人研究了离子液体制备MoS2的加氢催化剂，但是该催化剂仅有活性组分，其耐磨、抗压效果明显不足，不能保持长期运行加氢效果，本申请制备的Co-MoS2/LDHS不但结合了活性组分Co与MoS2，通过制备过程调整二者的相互协同作用，使得活性组分相互促进，进一步优化加氢过程，而且活性组分与载体类水滑石在制备过程中，离子液体同时在制备MoS2的过程，而且由于负载过程中还有离子液体的存在，因此，优化了负载过程，使得催化剂能够具有较佳的加氢效果的同时，还能提高催化剂的使用寿命，直接利用二硫化钼的分散性，催化剂具有良好的耐热性，抗压性和热稳定性。钴活性组分是加氢精制、加氢脱金属、加氢脱氮的过程中使用的活性金属，本发明提供的钴-纳米二硫化钼/类水滑石在重油、超重油、渣油的悬浮床加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱芳烃、加氢脱沥青反应的一种或任意二种以上中表现了极好的催化活性。而且，由于类水滑石的层状结构，与MoS2负载过程中，可能会有一部分的MoO3出现，但是本发明通过离子液体既参与了二硫化钼的制备，而且还有部分参与到负载过程，不但可以调控复合材料的孔分布，还能控制催化剂的双亲性，扩大应用的领域，优化使用条件；并且使得催化剂中氧化钼含量低于10%。Co-MoS2/LDHS具有多孔结构，得到纳米粒子的直径20-80nm的纳米材料，且比表面积可以达到450-600m2/g，不但提高二硫化钼的分散性能，还能进一步优化催化剂的加氢脱硫效果。为了更进一步优化加氢脱硫的效果，本发明还进一步负载了一定的钴，可以优化催化剂加氢精制的效果。具体实施方式下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。实施例1（1）纳米二硫化钼的制备：向溶剂乙二醇中加入浓度为0.05mol/l四硫代钼酸铵、1-甲基-3-羧乙基咪唑四氟硼酸盐搅拌均匀，然后加入适量的还原剂水合肼，搅拌均匀，配置成初始反应混合物并转移至高压合成釜中；离子液体与Mo的摩尔比为1：1；（2）MoS2负载类水滑石：将ZnCl2、FeCl3和FeCl2分别溶解到水中，配置为浓度为1mol/L的溶液，将三种溶液混合，保持Zn2+：Fe2+：Fe3+的摩尔比为2：1：1，在恒温80℃水浴中滴入一定量的氢氧化钠溶液，调整体系PH=8-11，反应2h，老化12h，在该过程中形成具有层状结构的类水滑石沉淀，沉淀分离，去离子水洗3遍,在550℃的温度下煅烧2h；然后将得到的类水滑石分散至含有MoS2的合成釜，加入去离子水，保持200℃下水热反应12h，冷却，离心分离，水洗，固体产物，洗涤，干燥，得到纳米MoS2/LDHS复合纳米材料。(3)纳米MoS2/LDHS复合纳米材料浸渍在0.1mol/l硝酸钴溶液中，充分搅拌均匀，静置2小时，老化10小时，过滤，干燥，500℃焙烧2h得到负载Co-MoS2/LDHS的功能化加氢精制催化剂。其中基于催化剂整体，Co含量为10wt%，MoS2含量为10wt%。实施例2（1）纳米二硫化钼的制备：向乙二醇中加入四硫代钼酸铵、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐搅拌均匀，然后加入适量的硼氢化钠，搅拌均匀，配置成初始反应混合物并转移至高压合成釜中；四硫代钼酸铵的摩尔浓度为0.8mol/l;（2）MoS2负载类水滑石LDHS：将ZnCl2、FeCl3和FeCl2分别溶解到水中，配置为浓度为2mol/L的溶液，将三种溶液混合，保持Zn2+：Fe2+：Fe3+的摩尔比为3：2：1，在恒温80℃水浴中滴入一定量的氨水溶液，调整体系PH=8-10，反应2h，老化12h，在该过程中形成具有层状结构的类水滑石沉淀，沉淀分离，去离子水洗3遍,在500℃的温度下煅烧2h；将类水滑石分散至含有MoS2的合成釜，加入去离子水，保持200℃下水热反应12h，冷却，离心分离，水洗，固体产物，洗涤，干燥，得到纳米MoS2/LDHS复合纳米材料。MoS2/LDHS的质量比为1：10。(3)纳米MoS2/LDHS复合纳米材料浸渍在0.1mol/l硝酸钴溶液中，充分搅拌均匀，静置2小时，老化12小时，过滤，干燥，450℃焙烧3h得到负载Co-MoS2/LDHS的功能化加氢精制催化剂。其中基于催化剂整体，Co含量为8wt%，MoS2含量为15wt%。实施例3（1）纳米二硫化钼的制备：向乙二醚中加入四硫代钼酸铵、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐搅拌均匀，然后加入适量的硼氢化钠，搅拌均匀，配置成初始反应混合物并转移至高压合成釜中；四硫代钼酸铵的摩尔浓度为0.8mol/l。（2）MoS2负载类水滑石LDHS：将ZnCl2、FeCl3和FeCl2分别溶解到水中，配置为浓度为2mol/L的溶液，将三种溶液混合，保持Zn2+：Fe2+：Fe3+的摩尔比为3：2：1，在恒温80℃水浴中滴入一定量的氨水溶液，调整体系PH=8-10，反应2,h，老化12h，在该过程中形成具有层状结构的类水滑石沉淀，沉淀分离，去离子水洗3遍,在500℃的温度下煅烧2h；将类水滑石分散至含有MoS2的合成釜，加入去离子水，保持200℃下水热反应12h，冷却，离心分离，水洗，固体产物，洗涤，干燥，得到纳米MoS2/LDHS复合纳米材料。(3)纳米MoS2/LDHS复合纳米材料浸渍在0.1mol/l硝酸钴溶液中，充分搅拌均匀，静置2小时，老化12小时，过滤，干燥，450℃焙烧3h得到负载Co-MoS2/LDHS的功能化加氢精制催化剂。其中基于催化剂整体，Co含量为10wt%，MoS2含量为15wt%。对比例1不加入离子液体，其他参数同实施例1。对比例2不加入Co组分，其他参数同实施例1。应用例本发明将Co-MoS2/LDHS用于加拿大油砂沥青悬浮床加氢反应测试催化剂活性。催化剂使用量(以二硫化钼计)≤100ppm情况下，脱硫率可以达到99%，沥青质脱除率>99％。并可以用于工业放大，实现催化剂长期运行不失活。加拿大油砂沥青的性质更加恶劣，加工难度远远高于普通稠油或重油。加氢结果见表1。表1加氢脱硫效果及其他测试指标项目实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2转化率，%82.282.982.559.959.1轻油收率，%65.165.962.550.244.6馏分油收率，%81.282.581.160.450.4液体收率，%85.384.480.271.969.4沥青质脱率，%98.097.298.080.577.4轻质油收率=小于350℃馏分段质量/原料油质量×100%馏分油收率=小于550℃馏分段质量/原料油质量×100%液体收率=液体产品质量/原料油质量×100%转化率=小于550℃组分质量（含气）/原料油质量×100%以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。当前第1页1 2 3