杂多酸催化氧化脱除FCC汽、柴油中硫化物的研究

论文摘要

由于世界各国制定的日益严格的环境规章,液体燃料油的超深度脱硫已经成为世界紧急的环保课题。除此之外,液体燃料电池也需求超低硫或者无硫燃料油。要生产超低硫燃料油,传统的加氢脱硫技术需要开发新型催化剂、提高反应温度和压力等,条件苛刻、成本昂贵。因此,众多其他脱硫技术包括吸附法、氧化法和生物法等被开发用于生产超低硫燃料。其中,氧化脱硫法因其条件温和、无需临氢等优点成为被众多研究人员所青睐。本文利用一种新型固体催化剂催化氧化脱除FCC汽油、柴油中的含硫化合物的脱硫技术,以达到生产超低燃料油的目的。实验中的催化剂采用等体积浸渍法制备,即将磷钨杂多酸负载在改性后的半焦之上制备成具有催化活性和选择性的新型固体催化剂,然后对FCC汽、柴油进行催化氧化脱硫性能考察。文中还采用XRD对催化剂进行晶型分析;用微库伦仪测定汽油、柴油脱硫率和回收率来评价催化剂的催化活性,根据实验结果优化氧化脱硫工艺条件;用气相色谱测定氧化前后FCC汽、柴油中硫化物成分的变化。研究结果表明,催化剂的最佳制工艺为:1)半焦改性:270℃水热高压活化4h,120℃烘干;85℃硝酸（45%体积分数）活化2h,水洗,120℃烘干。2)磷钨酸固载:磷钨酸溶液等体积浸渍改性半焦24h,120℃烘干;固定床450℃焙烧2h,冷却,即制得磷钨酸（60wt.%）/改性半焦催化剂。对于高硫汽油,最适宜脱硫工艺为:反应时间1.5h,反应温度60℃,反应剂油比1:10,催化剂用量1wt.%,CTAB用量0.25wt.%。萃取工艺则采取:萃取温度为室温,萃取剂为90%乙腈+10%蒸馏水,萃取时间10min,萃取剂油比1:1。在此工艺条件下,实验结果为汽油脱硫率为67.2%,回收率为90%。对于低硫汽油,最佳工艺条件为:反应温度为60℃,催化剂用量为1wt.%,反应剂油比为1:5,CTAB用量为0.5wt.%,反应时间2h。萃取温度为室温时,萃取剂为N,N–二甲基甲酰胺（DMF）,萃取时剂油比为1:1,萃取时间为10min。在此工艺条件下,对FCC汽油的脱硫率可以达到96%,但是回收率偏低只有56%。同时,采用水溶性氧化剂过氧化氢对FCC柴油进行了脱硫研究,采用正交实验和单因素实验分别考察了反应温度、反应时间、剂油比、催化剂用量和CTAB用量等5个因素在FCC柴油催化氧化脱除硫化物过程的影响。得出5个因素对脱硫率影响的主次顺序为:反应温度>剂油比>催化剂用量>CTAB用量>反应时间;对回收率影响的主次顺序为剂油比>CTAB用量>反应时间>催化剂用量>反应温度。结合单因素实验得出最佳反应条件为:反应温度为60℃,反应时间为1.5h,催化剂用量为1wt.%,剂油比为1:5,CTAB用量为0.06wt.%。萃取剂为NMP,萃取温度为室温,萃取剂油比为1:1,萃取时间10min。在此工艺条件下,得到FCC柴油脱硫率为87.2%,回收率为80.0%,且催化剂具有很好的再生性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 燃料油中含硫化合物的危害
• 1.2 燃料油中硫含量的标准
• 1.3 原油结构及其产品中硫化物的类型和分布
• 1.4 燃料油脱硫技术进展
• 1.4.1 加氢脱硫技术（HDS）
• 1.4.2 非加氢技术（NO-HDS）
• 1.4.2.1 吸附脱硫（ADS）
• 1.4.2.2 生物脱硫（BDS）
• 1.4.2.3 催化裂化脱硫
• 1.4.2.4 萃取脱硫（EDS）
• 1.4.2.5 烷基化脱硫（OAST）
• 1.4.2.6 膜分离技术
• 1.4.2.7 氧化脱硫（ODS）
• 1.5 氧化脱硫法的研究现状
• 1.5.1 氧化脱硫的研究背景
• 1.5.2 氧化脱硫法反应机理
• 1.5.3 氧化脱硫法研究概况
• 2O₂体系氧化法'>1.5.3.1 有机酸/H₂O₂体系氧化法
• 2O₂体系氧化法'>1.5.3.2 杂多酸/H₂O₂体系氧化法
• 2O₂体系氧化法'>1.5.3.3 超声波/H₂O₂体系氧化法
• 2O₂体系氧化法'>1.5.3.4 光催化/H₂O₂体系氧化法
• 2O₂体系催化氧化脱硫法'>1.5.3.5 含钛分子筛/H₂O₂体系催化氧化脱硫法
• 2O₂催化氧化法'>1.5.3.6 双亲催化剂/H₂O₂催化氧化法
• 2O₂为氧化剂催化氧化脱硫存在的问题'>1.5.3.7 采用H₂O₂为氧化剂催化氧化脱硫存在的问题
• 1.5.3.8 其他氧化脱硫法
• 1.6 课题背景
• 1.6.1 研究思路
• 1.6.2 研究内容
• 第2章 催化剂的制备
• 引言
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 实验方法
• 2.1.3.1 杂多酸的选择
• 2.1.3.2 磷钨杂多酸的固载化
• 2.1.3.3 催化剂的制备
• 2.2 实验结果与讨论
• 2.2.1 催化剂的催化活性
• 2.2.2 不同载体的催化剂催化活性
• 2.2.3 催化剂的优化
• 2.2.4 催化剂的分析表征
• 2.3 本章小结
• 第3章 FCC柴油氧化脱硫研究
• 引言
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 FCC柴油中脱除硫化物的基本原理
• 3.1.1.1 有机硫催化氧化原理
• 3.1.1.2 极性有机硫萃取原理
• 3.1.2 原料及性质
• 3.1.3 实验方法
• 3.1.3.1 氧化实验
• 3.1.3.2 萃取实验
• 3.1.3.3 实验室工艺流程
• 3.1.4 硫化物及其含量分析方法
• 3.1.4.1 微库伦法
• 3.1.4.2 气相色谱法
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.2.1 高硫FCC柴油脱硫实验结果与讨论
• 3.2.1.1 萃取剂对催化剂脱硫效果的影响
• 3.2.1.2 添加相转移剂对催化剂脱硫效果的影响
• 3.2.1.3 考察不同反应时间对催化剂脱硫效果的影响
• 3.2.1.4 考察不同反应温度对催化剂脱硫效果的的影响
• 3.2.1.5 考察不同剂油比对催化剂脱硫率的影响
• 3.2.1.6 影响因素重要程度分析
• 3.2.1.7 脱硫机理分析
• 3.2.2 低硫FCC柴油氧化脱硫研究
• 3.2.3 催化剂的回收再利用
• 3.2.4 氧化后萃取工艺的研究
• 3.3 本章小结
• 第4章 FCC汽油氧化脱硫研究
• 引言
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 FCC汽油脱除其中硫化物的原理
• 4.1.2 原料及性质
• 4.1.3 实验方法
• 4.1.3.1 氧化实验方法
• 4.1.3.2 萃取实验方法
• 4.1.3.3 实验室工艺流程
• 4.2 实验结果与讨论
• 4.2.1 高硫FCC汽油氧化脱硫的研究
• 4.2.1.1 影响因素重要性分析
• 4.2.1.2 反应温度对脱硫效果的影响
• 4.2.1.3 催化剂用量对脱硫效果的影响
• 4.2.1.4 剂油比对脱硫效果的影响
• 4.2.1.5 反应时间对脱硫效果的影响
• 4.2.1.6 表面活性剂用量对脱硫效果的影响
• 4.2.1.7 汽油反应前后GC-FPD谱图的对比
• 4.2.2 低硫FCC汽油实验结果与讨论
• 4.2.2.1 影响因素重要性分析
• 4.2.2.2 反应温度对脱硫效果的影响
• 4.2.2.3 表面活性剂对脱硫效果影响
• 4.2.2.4 萃取剂对脱硫效果的影响
• 4.2.2.5 催化剂用量对脱硫效果的影响
• 4.2.2.6 反应时间对脱硫效果的影响
• 4.2.2.7 汽油反应前后GC-FPD谱图的对比
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论及建议
• 5.1 结论
• 5.1.1 催化剂部分
• 5.1.2 柴油部分
• 5.1.3 汽油部分
• 5.2 建议
• 参考文献
• 附录 常用缩略语
• 个人简历
• 读研期间发表论文情况
• 致谢