选择加氢催化剂结构与性能的研究进展

摘要：随着能源清洁化趋势的不断加强，选择加氢催化剂已经成为石油化工领域一类重要的催化剂，广泛应用于各类乙烯装置中C

2、C

3、C4等组分以及裂解汽油中炔烃和二烯烃的脱除等领域。本文对加氢催化剂结构与性能进行了研究。

关键词：加氢催化剂；结构；性能

中图分类号： C35 文献标识码： A

引言

选择加氢催化剂是石油化工领域一类重要的催化剂，广泛应用于各类乙烯装置中C

2、C

3、C4等组分以及裂解汽油中炔烃和二烯烃的脱除。选择加氢催化剂经历了由非贵金属（以镍系为主）催化剂向贵金属（以钯系为主）催化剂的转变，目前工业中应用的主要是以钯（Pd）为主活性组分、以氧化铝（Al2O3）为载体的负载型贵金属催化剂，并加入银（Ag）、铜（Cu）、钾（K）、金（Au）、铅（Pb）、铋（Bi）等助剂组分，以适应不同反应对催化剂性能的要求。制备活性和选择性更高、稳定性更好、成本更低的选择加氢催化剂产品，一直是科研人员努力的目标。

一、催化剂的制备与处理方法

二、助剂

选择加氢催化剂中除活性组分Pd外，通常还针对特定反应添加助剂，用于改善催化剂的选择性，减少聚合物（绿油）等副产物的生成。例如，Ag在乙炔选择加氢催化剂中被广泛应用，Au和Cu则经常被用于1，3-丁二烯选择加氢催化剂中，具有SMSI特性的金属的氧化物，如La等在乙炔选择加氢催化剂中也有应用。Ag等助剂主要通过电子效应改变Pd位点性质，SMSI金属氧化物则同时具有几何效应和电子效应。探索新的助剂成分，或采用新的方法改善助剂的分布状态，始终是选择加氢催化剂研发中的一个热点。

图2将Si加入Pd/SiO2中，通过几何效应限制La氧化物的移动上，采用扩展X射线吸收光谱精细结构（extendedX-rayabsorptionfinestructure，EXAFS）对催化剂结构进行表征发现，Pd粒子底部形成了Pd-Ga合金，催化剂在乙炔液相选择加氢中的活性和选择性均得到提高。

三、载体

载体是催化剂的重要组成部分，它不仅作为支撑体分散活性组分，而且其孔结构、表面积、吸附特性、表面酸碱性等性质还直接影响催化剂的活性、选择性和稳定性。Al2O3和SiO2，尤其是Al2O3，是Pd选择加氢催化剂最常用的载体。由于制备处理工艺的多样性，影响氧化物载体性能的因素极为复杂，载体特性与催化剂性能之间的联系一直是催化剂应用研究中的重要课题。

四、活性中心形态与结构

五、反应机理

采用DFT方法可计算具有特定组成和结构的金属表面对不同反应物和产物的吸附能，这为研究活性组分种类、晶面结构、助活性组分、吸附氢等因素对催化剂活性和选择性的影响提供了有效的理论方法，是催化研究中的前沿领域。

六、加氢催化剂催化活性的影响因素

加氢催化剂的催化活性对反应速率的快慢及产品的收率有很大的影响。为了使反应速率和产品收率得到提高，就要想办法提高加氢催化剂的催化活性。然而，加氢催化剂催化活性有多种影响因素，对这些影响因素进行深入的了解，可以更加有效的提高催化剂的活性。

1、外部环境的影响

经研究表明，催化剂所处的环境对催化活性有着很大的影响。在MoS2结构中加入Co或Ni会很大程度上增加反应过程中的催化活性。即使Co或Ni对加氢催化剂的活性影响到目前为止已有大量研究，但其影响的根本原因还在不断地探索中。

2、催化剂粒径大小的影响

对加氢催化剂的催化活性做了简要分析后。可以得知加氢催化剂在预硫化后，在催化剂表面产生反应活性中心。反应活性中心的产生可以很大程度上的提高反应速度。并且催化剂的粒径大小对催化活性同样有着重要影响。研究发现，反应活性在反应开始时先是随催化剂粒径的增加而逐渐增大；当催化剂的粒径增加到一定程度时，反应活性变化不大，甚至维持在一定反应活性范围之内；之后，再次增加催化剂的粒径，反应活性将随着粒径的增加而逐渐降低，不利于反应速率的提高，严重的可能导致催化剂失活。

3、金属元素的影响

利用浸渍法得到含有钒的NiMo/Al2O3催化剂，并考察了钒对催化剂加氢活性的影响。浸渍钒后的NiMo/Al2O3催化剂，随着催化剂表面钒含量的增加，使得MoS2的结构发生改变，MoS2在催化剂表面的片层层数、平均长度和数量均逐渐减少，并且Ni-Mo-S相所占的比例也逐渐减小，V-Mo-S相和V-S相的活性逐渐增加，使其对渣油的脱金属率得到提高。但是，由于在渣油中金属和硫元素的存在形态不同，V-Mo-S相和V-S相在加氢脱金属方面的催化活性要大于加氢脱硫的催化活性。研究发现，渣油的脱硫率与金属元素的含量和催化剂的选取有关。钒含量较高时，NiMo/Al2O3催化剂的脱硫率要高于渣油的脱硫率。

结束语

综上所述，加氢催化技术的研发几乎与石化、 化工工业同步发展， 广泛用于石油炼制中加工气态烃到渣油的各种石油馏分。纵观选择加氢催化剂的发展可以看出早期选择加氢催化剂的研发工作集中于大量尝试性的试验， 关于各种因素对催化剂性能的影响机理缺少系统性的认识。 随着表征手段的进步和计算机模拟技术的发展， 选择加氢催化剂的研究重心逐渐转移到催化剂结构与性能上。由于催化体系的复杂性， 目前的研究虽然还不能给出催化剂结构与性能之间完整清晰的关联， 但其中的一些结果已经颇有价值.加氢催化剂活性得到提高，对于工业生产有着至关重要的作用。因此，改进催化剂的性能一直是研究工作者不懈努力的方向。