制备条件对NiMo/γ-Al2O3催化剂上萘加氢生成四氢萘的影响

李国峰

(新疆应用职业技术学院石油与化学工程系，新疆 奎屯 833200)

煤焦油加氢轻质化是近几年来煤化工领域的研究热点，萘作为煤焦油中含量最多的芳烃化合物，常常被研究者作为模型化合物进行加氢实验[1-2]。同时，四氢萘是良好的储氢材料，有很高的工业利用价值[3-4]。因此，萘加氢生成四氢萘的研究备受科研工作者的重视。

本文采用萘加氢生成四氢萘作为反应评价体系，通过等体积浸渍法制备加氢催化剂NiMo/γ-Al2O3，主要探讨金属组分在γ-Al2O3上的负载方式、焙烧温度和焙烧时间对萘加氢生成四氢萘反应性能的影响，最终确定最佳的NiMo/γ-Al2O3制备条件。

1 实验部分

1.1 催化剂制备

将Ni(NO3)2·6H2O(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)和(NH4)6Mo7O24·4H2O(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)配制成溶液，完全溶解后浸渍一定量的γ-Al2O3载体[(20～40) 目]，室温过夜，在马弗炉中焙烧即制得NiMo/γ-Al2O3催化剂前驱体。其中，NiO的质量分数为10%，MoO3的质量分数为20%。

1.2 催化剂性能评价

在悬浮床上进行萘加氢生成四氢萘的反应评价，将含质量分数5%萘的十六烷溶液36 g、催化剂4 g和一定量的硫磺粉加入反应釜中，用氮气排净釜内空气后，通入氢气，升压至6 MPa，程序升温至200 ℃，开始反应。反应8 h后，移取加氢产物离心后在色谱质谱联用仪上定量分析。

2 结果与讨论

2.1 活性金属负载方式的影响

催化剂制备过程中活性金属组分在载体表面的负载方式影响催化剂活性，采用共浸渍法和分步浸渍法(先Ni后Mo、先Mo后Ni)制备NiMo/γ-Al2O3催化剂，分别在500 ℃的温度下焙烧4 h，测定萘的转化率和四氢萘的选择性如表1所示。

表1 不同负载方式对萘加氢生成四氢萘的影响Table 1 Effect of different loading methods on the hydrogenation of naphthalene to tetralin

由表1可以看出，3种负载方式制备的催化剂上萘的转化率都很高，几乎达到100%，与共浸渍法相比，分步浸渍法制备的催化剂上萘的转化率略有提高，然而，四氢萘的选择性有明显的下降。其中，先Mo后Ni分步浸渍制备的催化剂上四氢萘的选择性下降到了65.1%。这可能是因为金属Ni是加氢的主要活性组分，而金属Mo是协同催化剂，当采用分步浸渍法先Mo后Ni制备催化剂时，将Ni组分裸露在载体的外表面，提高了萘的深度加氢能力，使得部分四氢萘进一步加氢生成十氢萘，从而造成四氢萘的选择性下降[5-6]。根据以上分析，应该选择共浸渍法制备NiMo/γ-Al2O3催化剂，四氢萘的选择性达到95.2%。

2.2 焙烧温度的影响

焙烧温度对催化剂的物理结构特性、金属组分的粒径大小以及金属组分在载体表面的分散程度产生一定的影响，从而影响催化剂的活性。为了探究焙烧温度对萘加氢的影响，采用共浸渍法制备NiMo/γ-Al2O3催化剂，分别在450 ℃、500 ℃和 550 ℃温度下焙烧4 h，测定萘的转化率和四氢萘的选择性如表2所示。由表2可知，不同焙烧温度下，萘的转化率变化不大，几乎全部达到100%，而四氢萘的选择性变化明显，在焙烧温度为500 ℃时，四氢萘的选择性达到最大值，当焙烧温度增加至550 ℃时，四氢萘的选择性大幅下降。这可能是由于过高的焙烧温度使得活性组分在催化剂表面发生了烧结[7]，影响了活性组分的分散程度。根据以上分析，最佳的焙烧温度是500 ℃。

表2 焙烧温度对萘加氢生成四氢萘的影响Table 2 Effect of calcination temperature on the hydrogenation of naphthalene to tetralin

2.3 焙烧时间的影响

焙烧时间对催化剂的表面结构有一定的影响，在500 ℃的焙烧温度下分别将共浸渍法制备的催化剂NiMo/γ-Al2O3在马弗炉中焙烧3 h、4 h和5 h，测定萘的转化率和四氢萘的选择性如表3所示。由表3可知，不同焙烧时间下，萘的转化率略有下降，但仍维持在90%以上，焙烧时间由4 h增加至6 h时，四氢萘的选择性有一定程度的下降；在500 ℃的温度下焙烧4 h时，四氢萘的选择性高达95.2%，在500 ℃的温度下焙烧6 h时，四氢萘的选择性下降到74.2%。这可能是由于焙烧时间过长，就会导致金属活性组分在载体表面发生团聚现象[8]，从而影响催化活性。

表3 焙烧时间对萘加氢生成四氢萘的影响Table 3 Effect of calcination time on the hydrogenation of naphthalene to tetralin

3 结 论

等体积浸渍法制备催化剂时，制备条件如金属组分的负载方式、焙烧温度和焙烧时间都会对催化剂的活性产生一定的影响。对萘加氢生成四氢萘的反应体系而言，NiMo/γ-Al2O3催化剂的最佳制备条件是：共浸渍法负载金属组分Ni和Mo，在500 ℃的温度下焙烧4 h，在此条件下，四氢萘的选择性高达95.2%。