FCC汽油中噻吩与烯烃在AlCl_3_NKC9催化剂上的烷基化反应

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收稿日期:2006211206;修改稿收到日期:2006212227。

作者简介:刘磊(1981-),男,硕士研究生,主要从事绿色化学与工艺方面的研究工作。

FCC 汽油中噻吩与烯烃在AlCl 32NKC9催化剂上的烷基化反应刘 磊,王兰芝,侯凯湖(河北工业大学绿色化工研究所,天津300130) 摘要 在实验室将AlCl 3负载于大孔磺酸树脂上进行了FCC 汽油的烷基化脱硫反应研究。

比较了不同溶剂和浸渍方法对催化剂活性的影响以及反应条件对噻吩硫转化的影响。

结果表明,以四氯化碳为溶剂,采用等体积浸渍法制备的AlCl 32N KC9催化剂具有良好的催化活性,在反应压力0.3MPa 、反应温度100℃、反应时间4h 、剂料比为4∶100的条件下,噻吩硫的转化率高达93.5%。

关键词:催化裂化 汽油料 噻吩 烷基化反应 脱硫1 前 言生产满足环保要求的清洁燃料是全球炼油行业生产发展的趋势。

随着全球性的原油变重变劣及汽油硫指标的日益严格,汽油深度脱硫显得越来越重要。

国外汽油来自流化催化裂化约占三分之一,而我国约80%的汽油来自流化催化裂化。

由于汽油中绝大部分的硫来自催化裂化汽油,使得我国汽油的含硫量比国外高3~8倍[1]。

汽油脱硫的难易程度主要取决于油品中硫化物的种类。

硫化氢和硫醇相对较易脱除,而具有芳环的硫化物,如噻吩及其衍生物等则比较难以脱除。

目前国内外普遍采用传统的加氢方法对汽油进行脱硫处理,但采用加氢技术深度脱硫不仅成本较高,而且因在加氢脱硫的同时油品中的大部分烯烃被饱和,不仅消耗了大量氢气,且产品的辛烷值和收率也降低。

因此,非加氢深度脱硫技术的研究越来越受到人们的重视。

非加氢深度脱硫法包括萃取精馏、生物脱硫、选择吸附法及烷基化硫转移法等,其中以烷基化硫转移法在反应条件及脱硫率等方面较其它方法具有明显的优势。

烷基化硫转移法是利用烯烃与FCC 汽油中的硫化物进行反应而脱硫的技术,该技术能够在脱硫的同时降低烯烃含量,而对汽油辛烷值影响不大,是非加氢技术中脱硫效果较好的一种[2]。

AlCl 3是化学工业中广泛应用的Friedel 2Crafts 催化剂之一,它对烷基化、酰基化、烷烃异构化等反应表现出优良的催化性能[3],但腐蚀性强、与产物分离困难以及在生产过程中产生大量的废酸,因此在工业中的应用受到了极大的限制。

本研究旨在保持AlCl 3催化性能的前提下,将其负载于大孔磺酸树脂上用于FCC 汽油的烷基化脱硫反应。

2 实 验2.1 试 剂无水甲醇、无水乙醇、无水三氯化铝、四氯化碳、石油醚(沸程30~60℃)、氢氧化钠,均为分析纯;FCC 汽油(沸程70~150℃)取自华北石化分公司,N KC9树脂,极限使用温度120℃。

2.2 烷基化催化剂AlCl 32NKC9的制备2.2.1 等体积浸渍 将一定量的N KC9树脂放入三口烧瓶中,分别用以无水甲醇、无水乙醇和四氯化碳为溶剂的相同浓度AlCl 3溶液等体积浸渍N KC9树脂。

将浸渍树脂放置12h 后减压过滤,过滤后催化剂在100℃下烘干12h 。

2.2.2 过量浸渍 将一定量的N KC9树脂放入三口烧瓶中,分别用以无水甲醇、无水乙醇和四氯化碳为溶剂的与上述同一浓度的AlCl 3溶液过量浸渍N KC9树脂。

将浸渍树脂放置12h 后减压过滤,过滤后催化剂在100℃下烘干12h 。

2.3 烷基化催化剂AlCl 32NKC9活性评价AlCl 32N KC9催化剂的活性评价在磁力搅拌高压釜(烟台科立自控设备研究所生产)中进行。

将一定质量的催化剂放入反应釜中,用蠕动泵打石 油 炼 制 与 化 工2007年6月 PETROL EUM PROCESSIN G AND PETROCH EMICAL S 第38卷第6期 入一定体积的FCC 汽油(沸程70~150℃),设定控制温度和搅拌转速,在一定压力下进行反应,反应结束后开釜取出汽油,切割掉150℃以上馏分,用微型库仑分析仪(江苏分析仪器厂)测定其含硫量。

以噻吩硫的转化率S TP (%)评价催化剂的烷基化活性,S TP 定义为:S TP =(C 1-C 2)×100%/C 1式中,C 1为反应前噻吩硫质量浓度,mg/L ;C 2为反应后噻吩硫质量浓度,mg/L 。

3 结果与讨论3.1 催化剂制备条件对AlCl 32NK C9催化剂活性的影响3.1.1 溶剂对催化剂催化活性的影响 制备AlCl 32N KC9催化剂时用来溶解AlCl 3的溶剂有多种,本研究主要考察了无水甲醇、无水乙醇和四氯化碳[4]。

用以上3种溶剂过量浸渍制备的烷基化催化剂在反应温度70℃、剂料比(g/mL )为4∶100、反应压力0.3M Pa 的条件下催化噻吩硫烷基化反应,结果见图1。

由图1可以看出,四氯化碳为溶剂制备的催化剂的反应活性远远高于以甲醇和乙醇为溶剂制备的催化剂的活性。

因此,在后续的工作中仅采用四氯化碳作溶剂制备AlCl 32N KC9催化剂。

图1 用不同溶剂制备的AlCl 32N KC9催化剂噻吩硫转化率■—过量CCl 4溶液浸渍;●—过量甲醇溶液浸渍;▲—过量乙醇溶液浸渍3.1.2 浸渍方法对AlCl 32NK C9催化活性的影响 采用等体积浸渍法制备了催化剂A ,其AlCl 3负载量为0.024g/g ,过量浸渍法制备了催化剂B ,其AlCl 3负载量为0.096g/g ,在反应温度70℃、剂料比为4∶100、反应压力0.3M Pa 的条件下分别催化FCC 汽油,反应时间分别为1,2,3h ,实验结果见表1。

由表1可以看出,A 、B 两种催化剂上的噻吩硫转化率随反应时间的延长均略有增加,催化剂A 的催化活性明显优于催化剂B ,催化剂A 在反应3h 后,噻吩硫的转化率达到82.5%。

可见,采用四氯化碳作溶剂,采用等体积浸渍方法制备的AlCl 32N KC9催化剂反应活性高,较适于噻吩硫烷基化反应。

表1 浸渍方法对AlCl 32NK C9催化剂活性的影响反应时间/h噻吩硫转化率,%A B 174.349.1277.750.9382.560.53.2 反应条件对噻吩硫烷基化反应转化率的影响3.2.1 催化剂用量和反应时间 影响噻吩硫烷基化反应转化率的因素很多,本研究考察了剂料比、反应时间及反应温度的影响。

实验采用等体积浸渍的AlCl 32N KC9催化剂,在反应温度70℃、反应压力0.3M Pa 的条件下,考察了催化剂用量和反应时间对噻吩硫烷基化反应转化率的影响,实验结果见图2。

由图2可以看出,两种不同剂料比反应的噻吩硫转化率随反应时间的延长都在逐步升高,在较短的反应时间时,剂料比对噻吩硫转化率影响较大;随着反应时间的增加剂料比对噻吩硫转化率影响逐渐减小,当反应时间达4h 时,二者的噻吩硫转化率已相差无几。

由图2还可以看出,较高的剂料比适宜噻吩硫烷基化反应。

图2 剂料比和反应时间对噻吩硫转化率的影响■—剂料比(g/mL )4∶100;●—剂料比(g/mL )2∶1003.2.2 反应温度 采用等体积浸渍的AlCl 32N KC9催化剂,在剂料比为4∶100、反应压力0.3MPa 、反应时间4h 时考察了反应温度对噻吩硫烷基化反应转化率的影响,实验结果见表2。

由表2可以看出,随着反应温度的提高,催化活性不断提13第6期 刘 磊等.FCC 汽油中噻吩与烯烃在AlCl 32N KC9催化剂上的烷基化反应高,在100℃条件下噻吩硫转化率已达到93.5%。

由于催化剂载体N KC9的极限使用温度为120℃,且反应温度过高可导致催化剂稳定性下降,故该反应的温度不宜超过100℃。

表2 反应温度对噻吩硫转化率的影响反应温度/℃噻吩硫转化率,%6079.57084.48089.29091.210093.53.3 催化剂稳定性考察目前用于液相烷基化反应的固体酸催化剂普遍存在活性组分易流失的问题,因此提高固体酸催化剂活性稳定性是开发汽油烷基化脱硫催化剂的关键所在。

本研究对AlCl 32N KC9催化剂的稳定性进行了初步的考察。

采用等体积浸渍催化剂,在反应温度70℃、剂料比为4∶100、反应压力0.3M Pa 、反应时间4h 的条件下,对AlCl 32N KC9催化剂的稳定性进行考察,每次间歇反应后用石油醚对催化剂进行处理然后重复反应,实验结果见图3。

由图3可见,催化剂的催化活性随着使用次数的增加而降低,使用3次后噻吩硫转化率下降明显。

催化剂活性降低的原因可能是由于负载活性组分(AlCl 3)的流失以及反应的聚合产物堵塞了催化剂载体的微孔。

另外随着使用次数的增加,反应后的汽油颜色逐渐加深,这可能是由于烯烃聚合导致汽油颜色变深[5]。

图3 使用次数对噻吩硫转化率的影响4 结 论以四氯化碳为溶剂,采用等体积浸渍法制备的AlCl 32N KC9催化剂具有良好的催化活性,在反应压力0.3M Pa 、反应温度100℃、反应时间4h 、剂料比为4∶100的条件下,噻吩硫的转化率高达93.5%。

参 考 文 献1 侯芙生.21世纪我国催化裂化可持续发展战略.石油炼制与化工,2001,32(1):1~62 常振勇.汽油噻吩硫的烷基化脱除技术.炼油设计,2002,32(5):44~463 罗国华,徐新,杨春育等.大孔磺酸树脂固载AlCl 3用于噻吩与烯烃的烷基化反应.过程工程学报,2003,3(1):18~234 赵小军,尹长春,陈煦等.大孔磺酸树脂负载AlCl 3固体超强酸催化剂的制备.化学工业与工程,2000,17(3):169~1735 蒋月秀,覃志英,宁耀.固体酸对苯与烯烃烷基化反应的催化活性研究.广西化工,1997,26(1):24~27AL K YLATION OF THIOPHENE AN D OLEFINS IN FCCNAPHTHA OVER AlCl 32NK C9CATALYSTLiu Lei ,Wang Lanzhi ,Hou Kaihu(I nstitute of Green Chemical Technology ,Hebei Universit y of Technolog y ,Tianj in 300130)Abstract The alkylation reaction of t hiop hene and olefins in FCC nap ht ha over AlCl 3supportedby large pore sulfonic resin (AlCl 32N KC9)catalyst was st udied.The effect of solvent types and impregnation met hods on t he catalyst activity was co mpared ,and t he optimum reaction conditions for converting t hiop hene in FCC nap ht ha were obtained.It was found t hat t he catalyst prepared by isopyknic impregnation using CCl 4as solvent ,po ssessed good catalytic activity.U nder t he conditions of a reaction p ressure of 0.3M Pa ,a reaction temperat ure of 100℃,a reaction period of 4h ,and a catalyst to nap ht ha ratio (g/mL )of 4∶100,t he conversion of t hiop hene reached 93.5%.K ey Words :catalytic cracking ;gasoline stock ;t hiop hene ;alkylation reaction ;desulf urization23 石 油 炼 制 与 化 工 2007年 第38卷 。