本公开涉及材料领域,具体地,涉及一种脱氮吸附剂及其应用。
背景技术:
1、油品中的含氮化合物在加氢催化剂活性中心上吸附能力较强,对加氢脱硫活性有明显的抑制作用;开发脱氮吸附剂选择性脱除油品中的含氮化合物将有助于实现高效加氢和清洁油品的生产。柴油中的含氮化合物对加氢脱硫具有较强的抑制作用;而且含氮化合物一般需要通过芳环加氢饱和后再脱除的路线,导致柴油中的芳烃过度饱和,从而导致氢耗增加。因此,通过吸附脱氮方式脱除柴油原料中的含氮化合物,将更有利于柴油的超深度脱硫,并且可降低加氢反应过程中的氢耗。专利文献201210575621.3提供了一种吸附脱除柴油中含氮化合物的方法,包括将柴油与吸附剂接触进行吸附柴油中的含氮化合物的操作,其中所述的吸附剂为mcm-41分子筛吸附剂,所述接触在25~150℃,常压的条件下在间歇式反应装置或固定床反应装置中进行。该方法可用于柴油吸附-加氢组合工艺的吸附预处理部分,为加氢部分提供低氮的原料,生产高品质的清洁柴油。
2、活性炭作为一种既古老又新颖的材料,一直备受关注。研究者们尝试采用各种方法来制备介孔碳材料。目前介孔碳材料的合成主要可有两种方法,硬模板法和软模板法。硬模板法是采用具有介孔结构的氧化硅材料(例如,sba-15)作为模板剂,将碳源前驱体引入介孔中,再经高温碳化后,用氢氟酸或氢氧化钠溶液脱除硅模板就可制备出反相复制品,即介孔碳材料;但是,上述制备流程相对复杂,而且过程中要用到酸洗或碱洗,会产生一定量的废液。软模板法是借用嵌段聚合物与碳源前驱体(例如,酚醛树脂等)诱导自组装,再经高温热缩聚和碳化就可制备出介孔碳材料。但是,上述制备流程中需要用到有机模板剂,原材料成本相对较高。
技术实现思路
1、本公开的目的是提供一种可以有效吸附脱除油品中的含氮化合物,特别是柴油中的含氮化合物的活性炭基吸附剂。
2、为了实现上述目的,本公开第一方面提供一种脱氮吸附剂,该脱氮吸附剂包括负载有有机醇修饰的介孔碳材料,其中,未经过负载的介孔碳材料的比表面积为200~1000m2/g,孔容为0.6~1.8cm3/g,可几孔径为5~20nm;相对于100重量份的所述未经过负载的介孔碳材料,所述有机醇的负载量为0.1~150重量份。
3、可选地,所述未经过负载的介孔碳材料的比表面积为250~800m2/g,孔容为0.7~1.6cm3/g,可几孔径为5~16nm;可选地,所述未经过负载的介孔碳材料含有碳元素、氧元素、氢元素、硫元素和氮元素;以所述介孔碳材料的总重量为基准,以元素计,所述碳元素的含量为80~92重量%,优选为83~91重量%;所述氧元素的含量为1~6重量%,优选为2~5重量%;所述氢元素的含量为0.5~2重量%,优选为0.6~1.8重量%;所述硫元素的含量为1~8重量%,优选为2~7.5重量%;所述氮元素的含量为1~3重量%,优选为1~2重量%。
4、可选地,相对于100重量份的所述未经过负载的介孔碳材料,所述有机醇的负载量为40~150重量份,优选为40~100重量份;可选地,所述有机醇选自季戊四醇、乙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、二缩二乙二醇、一缩二丙二醇、三羟甲基丙烷和丙三醇中的至少一种。
5、可选地,所述负载的过程包括:将所述未经过负载的介孔碳材料浸入有机醇水溶液进行浸渍处理,得到浸渍后的物料;将所述浸渍后的物料进行第三干燥处理;可选地,所述有机醇溶液中有机醇的浓度为0.5~3300g/l;所述浸渍处理的条件包括:温度为5~80℃,时间为0.1~48小时;所述第三干燥处理的条件包括:温度为5~180℃,时间为0.1~48小时。
6、可选地,所述未经过负载的介孔碳材料的制备方法,所述方法包括:
7、s1、将沥青粉和金属盐粉末混合,得到第一混合物;将所述第一混合物进行第一热处理,得到介孔碳材料前体;
8、s2、对所述介孔碳材料前体进行第一酸洗和第一洗涤过滤以去除金属离子,得到第一物料;或者,将所述介孔碳材料前体与沥青粉混合,得到第二混合物;将所述第二混合物进行第二热处理得到中间物料,将所述中间物料进行第二酸洗和第二洗涤过滤以去除金属离子,得到第二物料;
9、s3、将所述第一物料或所述第二物料进行第一干燥处理,得到未经过负载的介孔碳材料;
10、其中,所述金属盐中的金属元素选自第viii族金属元素、第iia族金属元素、第ib族金属元素、第iib族金属元素中的一种或多种。
11、可选地,所述第一混合物中,相对于100重量份的所述沥青粉,以氧化物计,所述金属盐的用量为80~500重量份,优选为100~450重量份;所述第二混合物中,所述介孔碳材料前体与所述沥青粉的重量比为100~600:100,优选为150~500:100。
12、可选地,所述沥青粉的粒径为1~10000μm,优选为1~1000μm,更优选为1~150μm;可选地,所述沥青粉包括石油沥青粉、煤沥青粉以及预氧化后的石油沥青粉和预氧化后的煤沥青粉中的至少一种;优选地,所述沥青粉中含有多环芳烃;以所述沥青粉的总重量为基准,所述多环芳烃的含量为70~100重量%,优选为85~100重量%。
13、可选地,所述金属盐的粒径为1~10000μm,优选为1~1000μm,更优选为1~150μm;可选地,所述金属盐为第viii族金属元素、第iia族金属元素、第ib族金属元素和第iib族金属元素的无机盐和/或有机盐,所述无机盐选自盐酸盐、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐和碱式碳酸盐中的至少一种,所述有机盐选自草酸盐、醋酸盐、苹果酸盐、柠檬酸盐、酒石酸盐和马来酸盐;所述金属盐中的金属元素选自铁、钴、镍、镁、钙、铜和锌中的至少一种。
14、可选地,所述第一热处理和所述第二热处理在含有含氧化合物的气氛中进行;所述含氧化合物选自水蒸气、二氧化碳、一氧化碳中的至少一种,所述含有含氧化合物的气氛含有可选的惰性气体;所述惰性气体包括氮气、氩气和氦气中的至少一种;可选地,所述第一热处理和所述第二热处理的条件包括:气体流量为1~200l/h,升温速率为0.1~10℃/分钟,热处理温度为550~1000℃,处理时间为0.1~48小时。
15、可选地,所述第一热处理和所述第二热处理各自独立的包括第一段热处理和第二段热处理;所述第一段热处理在含有含氧化合物的气氛中进行,所述含氧化合物选自水蒸气、二氧化碳、一氧化碳中的至少一种;优选地,所述第一段热处理的条件包括:气体流量为1~200l/h,升温速率为0.1~10℃/分钟,温度为400~850℃,时间为0.1~48小时;所述第二段热处理在惰性气体的气氛下进行,所述惰性气体包括氮气、氩气和氦气中的至少一种;优选地,所述第二段热处理的条件包括:气体流量为1~200l/h,升温速率为0.1~10℃/分钟,温度为850~1000℃,时间为0.1~48小时。
16、可选地,步骤s2中,所述第一酸性和所述第二酸洗使用的酸液为盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、醋酸溶液和磷酸溶液中的一种或多种;所述酸液中h+的物质的量浓度为0.1~10mol/l;可选地,所述第一酸性和所述第二酸洗的条件包括:温度为20~100℃,时间为0.5~24小时。
17、可选地,步骤s3中,所述第一干燥处理的条件包括:温度为20~200℃,时间为0.5~24小时。
18、可选地,所述方法还包括:
19、s21、收集所述第一酸洗和所述第一过滤洗涤过程中的滤液,得到第一滤液混合物;或者,收集所述第二酸洗和所述第二过滤洗涤过程中的滤液,得到第二滤液混合物;
20、s22、将所述第一滤液混合物或者所述第二滤液混合物进行加热浓缩处理和冷却抽滤处理得到结晶物;将所述结晶物作为再生金属盐与沥青粉混合。
21、本公开第二方面提供一种前述脱氮吸附剂在清洁油品生产方面的应用。
22、可选地,所述油品为柴油,优选地,所述柴油选自直馏柴油、焦化柴油和催化柴油中的一种。
23、通过上述技术方案,本公开提供的有机醇改性的介孔炭吸附脱氮吸附剂具有更高的吸附脱氮能力。本公开的脱氮吸附剂可用于油品中含氮化合物的脱除,与加氢工艺耦合后将显著提高清洁油品生产过程的氢气高效定向利用。
24、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
1.一种脱氮吸附剂,其特征在于,该脱氮吸附剂包括负载有有机醇的介孔碳材料,其中,未经过负载的介孔碳材料的比表面积为200~1000m2/g,孔容为0.6~1.8cm3/g,可几孔径为5~20nm;
2.根据权利要求1所述的脱氮吸附剂,其特征在于,所述未经过负载的介孔碳材料的比表面积为250~800m2/g,孔容为0.7~1.6cm3/g,可几孔径为5~16nm;
3.根据权利要求1所述的脱氮吸附剂,其特征在于,
4.根据权利要求1所述的脱氮吸附剂,其特征在于,
5.根据权利要求1所述的脱氮吸附剂,其特征在于,所述未经过负载的介孔碳材料的制备方法包括:
6.根据权利要求5所述的脱氮吸附剂,其特征在于,所述第一混合物中,相对于100重量份的所述沥青粉,以氧化物计,所述金属盐的用量为80~500重量份,优选为100~450重量份;
7.根据权利要求5或6所述的脱氮吸附剂,其特征在于,所述沥青粉的粒径为1~10000μm,优选为1~1000μm,更优选为1~150μm;
8.根据权利要求5所述的脱氮吸附剂,其特征在于,所述金属盐的粒径为1~10000μm,优选为1~1000μm,更优选为1~150μm;
9.根据权利要求5所述的脱氮吸附剂,其特征在于,所述第一热处理和所述第二热处理在含有含氧化合物的气氛中进行;所述含氧化合物选自水蒸气、二氧化碳、一氧化碳中的至少一种,所述含有含氧化合物的气氛含有可选的惰性气体;所述惰性气体包括氮气、氩气和氦气中的至少一种;
10.根据权利要求5所述的脱氮吸附剂,其特征在于,所述第一热处理和所述第二热处理各自独立的包括第一段热处理和第二段热处理;
11.根据权利要求5所述的脱氮吸附剂,其特征在于,步骤s2中,所述第一酸性和所述第二酸洗使用的酸液为盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、醋酸溶液和磷酸溶液中的一种或多种;
12.根据权利要求5所述的脱氮吸附剂,其特征在于,步骤s3中,所述第一干燥处理的条件包括:温度为20~200℃,时间为0.5~24小时。
13.根据权利要求5所述的脱氮吸附剂,其特征在于,所述方法还包括:
14.权利要求1~13中任意一项所述的脱氮吸附剂在清洁油品生产方面的应用。
15.根据权利要求14所述的应用,其特征在于,所述油品为柴油;优选地,所述柴油选自直馏柴油、焦化柴油和催化柴油中的一种。