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我国即将颁布的国Ⅴ柴油标准要求柴油中硫含量低于10μg/g。如果在现有生产国Ⅲ、国Ⅳ柴油的加氢精制装置上直接生产国Ⅴ柴油,将会显著降低加氢装置的生产负荷(降低约45%),加大氢耗(增加数倍),明显加快催化剂的失活速度。因此,如果要生产国Ⅴ柴油,需要在国Ⅲ、国Ⅳ柴油的加氢精制装置上串联反应器,或者新建高压加氢处理装置,但是投资费用和操作费用都相当大。如果在现有生产国Ⅲ、国Ⅳ柴油的加氢精制装置上串联深度吸附脱硫装置,在温和(接近常温、大气压)条件下,吸附除去柴油中加氢难以脱除的二苯并噻吩类硫化物,生产超低硫国Ⅴ柴油,将显著降低我国车用柴油从国Ⅳ升级为国Ⅴ标准中的设备投资费用及生产运行成本。为此,必须开发适用于国Ⅳ柴油深度脱硫、满足国Ⅴ柴油要求的脱硫吸附剂。 本文针对国Ⅲ、国Ⅳ柴油中的不同硫化物,筛选和制备深度脱硫吸附剂;考察深度脱硫吸附剂对不同硫化物的平衡吸附性能和动态吸附性能;并对吸附剂的再生性能进行考察。主要内容及结果如下: (1)采用GC-FID-SCD对国Ⅲ和国Ⅳ柴油中不同硫组分进行分析,结果表明,国Ⅲ柴油中二苯并噻吩类硫化物占48.85%;国Ⅳ柴油中4-甲基二苯并噻吩占7.32%、4,6-二甲基二苯并噻吩占15.26%。 (2)采用水热合成法制备了金属有机骨架Cu-BTC,用BET、XRD、SEM和TG-DTA对其进行表征。结果表明,自制Cu-BTC比表面积为1501m2/g,孔容为0.62cm3/g,平均孔容为1.65nm,在300℃左右出现骨架坍塌,热稳定性良好。 (3)用正辛烷与二苯并噻吩、4-甲基二苯并噻吩和4,6-二甲基二苯并噻吩配制模拟柴油。分别测定了MCM-22、Al2O3、硅胶、AC-1、AC-2以及Cu-BTC对模拟柴油中4-甲基二苯并噻吩、4,6-二甲基二苯并噻吩的平衡吸附性能,筛选适宜的柴油深度脱硫吸附剂。结果表明,Cu-BTC对模拟国Ⅳ柴油中4-甲基二苯并噻吩的平衡吸附量为2.40mgS/gads,AC-1对模拟国Ⅳ柴油中4,6-二甲基二苯并噻吩的平衡吸附量为2.55mgS/gads,明显大于MCM-22、Al2O3和硅胶吸附剂。Cu-BTC和AC-1较适宜作为国Ⅳ柴油脱硫吸附剂。 (4)测定了Cu-BTC和AC-1对模拟柴油中二苯并噻吩、4-甲基二苯并噻吩和4,6-二甲基二苯并噻吩的吸附等温线和吸附速率曲线等性能。结果表明,在相同条件下,Cu-BTC对模拟柴油中二苯并噻吩和4-甲基二苯并噻吩的平衡吸附硫容量及吸附速率均大于AC-1;在较低硫浓度下,AC-1对4,6-二甲基二苯并噻吩的平衡硫容量大于Cu-BTC。当平衡硫浓度为350mgS/L时,Cu-BTC对二苯并噻吩的平衡吸附量是AC-1的1.34倍,达到41.75mgS/gads;当平衡硫浓度为50mgS/L时,Cu-BTC对4-甲基二苯并噻吩平衡硫容量为17.59mgS/gads;当平衡硫浓度为50mgS/L时,AC-1对4,6-二甲基二苯并噻吩的平衡硫容量为23.11mgS/gads。 (5)在固定床吸附实验装置上测定了Cu-BTC和AC-1对模拟柴油二苯并噻吩、4-甲基二苯并噻吩和4,6-二甲基二苯并噻吩的吸附穿透曲线,考察吸附温度、空速等参数对动态吸附性能的影响。结果表明,Cu-BTC对模拟柴油中二苯并噻吩和4-甲基二苯并噻吩的动态吸附硫容量大于AC-1;AC-1对模拟国Ⅳ柴油中4,6-二甲基二苯并噻吩的动态吸附硫容量大于Cu-BTC。当吸附温度为30℃,吸附空速为149.2h-1,Cu-BTC对二苯并噻吩的穿透硫容量为26.48mgS/gads,是AC-1的1.72倍;当吸附温度为15~30℃,空速为28.9h-1,Cu-BTC对4-甲基二苯并噻吩的吸附穿透硫容量为20.24mgS/gads;当吸附温度为15~30℃,空速为33.0h-1,AC-1对4,6-二甲基二苯并噻吩的吸附穿透硫容量为16.44mgS/gads。 (6)采用间歇再生、连续再生实验,初步考察了Cu-BTC对模拟柴油中二苯并噻吩的吸附/再生效果。实验表明,采用乙醇溶剂、间歇再生,在温度为120℃、固/液比为0.8/200(g/mL)、再生时间为12h条件下,再生后的Cu-BTC吸附硫容恢复率接近100%。采用正辛烷溶剂、连续再生,在空速为4.8h-1、温度为60℃条件下,经过两次吸附-再生循环后,Cu-BTC的饱和吸附硫容量是新鲜吸附剂的65.6%。正辛烷溶剂连续再生的较适宜工艺条件尚需进一步研究。 (7)采用某炼油厂加氢精制加氢低硫柴油(总硫含量为6.6mgS/L)与二苯并噻吩、4-甲基二苯并噻吩和4,6-二甲基二苯并噻吩配制国Ⅳ柴油试样(总硫含量接近50mgS/L)。分别测定Cu-BTC、AC-1对国Ⅳ柴油试样中二苯并噻吩、4-甲基二苯并噻吩、4,6-二甲基二苯并噻吩的平衡吸附性能。结果表明,Cu-BTC对国Ⅳ柴油中二苯并噻吩类硫化物的吸附硫容量大小顺序为:二苯并噻吩>4-甲基二苯并噻吩>4,6-二甲基二苯并噻吩;AC-1的吸附顺序则相反:4,6-二甲基二苯并噻吩>4-甲基二苯并噻吩>二苯并噻吩。Cu-BTC和AC-1对国Ⅳ柴油中二苯并噻吩类硫化物的吸附硫容量均小于模拟柴油。国Ⅳ柴油试样中含有的多环芳烃(萘、芴、蒽和菲等)对吸附脱硫的影响,尚需进一步研究。