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临氢硫醚化脱硫醇技术已被广泛应用于催化裂化(FCC)汽油脱硫醇过程,但迄今为止有关临氢硫醚化技术在液化石油气(LPG)脱硫醇过程中的应用还未见报道。Ni基催化剂因具有良好的耐硫中毒性能和低廉的价格,在临氢硫醚化脱硫醇反应中被广泛采用,但是在低温下其反应活性较低。本文基于对LPG化学性质的认识,以单金属Ni/Al2O3催化剂为出发点,旨在发展适合于LPG临氢硫醚化脱硫醇的低温高活性Ni基催化剂。本文首先对Ni/Al2O3催化剂的Ni含量进行了优化,在优化的单金属Ni/Al2O3基础上,考察了第二金属组分Fe、Mo、V和Cu的添加对催化剂的表面Ni物种性质及硫醚化活性的影响,结果表明,第二金属组分的添加均促进了Ni/Al2O3中活性组分Ni的还原,其中Cu的添加对Ni/Al2O3的硫醚化活性有抑制作用,而Fe、Mo和V的添加则对Ni/Al2O3的硫醚化活性有明显的促进作用,尤其是Fe促进的Ni/Al2O3,在较低的反应温度下(80 ℃)表现出最高的硫醚化反应活性。基于上述结果,进一步考察了第二金属组分Fe的含量对Ni/Al2O3的表面Ni活性组分性质和脱硫醇活性的影响,并与单金属Ni/Al2O3和Fe/Al2O3的进行比较。表征结果表明,Fe对Ni/Al2O3的低温反应活性的促进作用主要包括两个方面:(i)部分Fe物种作为结构助剂,其与表面Al2O3发生强相互作用,抑制了NiAl2O4相的形成,从而增加了与Al2O3呈弱相互作用的NiO的量,尤为重要的是形成了易于还原的NiFe2O4复合相,改善了催化剂中Ni物种的还原性能,经硫化后,分别形成了具有催化活性的NiSx和NiS(FeS)物种;(ii)在NiS(FeS)物种中,部分Fe物种作为电子助剂向紧密接触的NiS物种转移电子,导致Ni-S键弱化,从而使NiS(FeS)具有更高的活性。Fe物种的上述两种作用使得NiFe/Al2O3具有优异的低温硫醚化反应活性,在80 ℃反应时,14Ni8Fe/Al2O3对LPG中的CH3SH和C2H5SH的转化率分别为97.6%和95.6%,且烯烃加氢饱和活性较低。为了进一步提高NiFe/Al2O3的低温活性,采用P、La和Ca元素对Al2O3进行了改性处理,并以改性的Al2O3制备一系列NiFe双金属催化剂,考察并探讨了载体性质的调变对NiFe催化剂的表面金属物种性质及低温硫醚化性能的影响,结果表明,Al2O3载体的P、La和Ca改性对NiFe/Al2O3的硫醚化活性有极大的影响,在70 ℃反应时,与基于未改性载体的Ni Fe/Al2O3相比,基于P改性载体的NiFe/Al2O3-P表现出增加的硫醚化活性,而NiFe/Al2O3-La和NiFe/Al2O3-Ca表现出明显降低的硫醚化活性;表征结果表明,在硫化态催化剂的NiSx活性相中,Ni物种存在3种类型:Ni-S、Ni-S2和Ni-Sn,其中,Ni-S2中的Ni物种是较理想的活化硫醇的活性位;Al2O3载体的P改性增加了Ni-S2型配合物中的Ni物种的含量,因而对NiFe/Al2O3的硫醚化活性起促进作用;Al2O3载体的La和Ca改性显著降低了Ni-S2配合物中的Ni物种的含量,对NiFe/Al2O3的硫醚化活性有抑制作用。为了提高NiFe/Al2O3催化剂对不同LPG原料的适应性,本文制备了含Fe的磷化镍催化剂NiFeP/Al2O3,考察了Al2O3载体性质及P/Ni摩尔比对催化剂结构和硫醚化活性的影响,评价和表征结果表明,以在520 ℃焙烧的氢氧化铝AH(520)为载体得到的NiFeP催化剂具有最佳的低温硫醇转化活性,发现比表面积、孔容积大小以及Ni0物种的电荷状态是影响不同Al2O3负载的催化剂活性的主要因素。另外,在考察的P/Ni摩尔比范围内,引入不同含量的P对NiFeP催化剂的硫醇转化活性、织构性质、表面物种的还原性及分散状态均有一定程度的影响,且P物种具有抑制催化剂硫化的作用;当P/Ni摩尔比为0.28时,NiFeP催化剂具有最佳的催化活性,这可能与其表面的Ni0物种的含量及电荷密度有关。在优选的NiFeP催化剂基础上,进一步考察了活化方法对NiFeP催化剂的低温活性的影响,结果表明,采用在400 ℃硫化-560 ℃还原活化所得催化剂NiFeP(S400-R)表现出最佳的低温硫醇转化活性,在65 ℃反应时,其对LPG中CH3SH和C2H5SH的转化率分别达到99.5%和98.8%。这是因为在硫化-还原活化方法中,560 ℃还原处理一方面暴露了一些被硫化物吸附的Ni0物种活性位,另一方面脱除了一些深度硫化的Ni物种上的S物种并形成S空位,从而调变了Ni0物种的电荷密度,有利于形成中等强度的Ni0物种活性位。