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渣油固定床加氢处理工艺是目前渣油轻质化的重要加工手段之一,对提高轻质油收率及减少大气污染都具有重要意义。但由于原料性质低劣,大量沥青质和稠环芳香化合物容易沉积在催化剂上缩合生焦,造成催化剂的失活。虽然催化剂失活的原因有很多,但最主要的原因是由于催化剂上沉积的焦炭引起的。了解催化剂上所沉积焦炭的结构和组成特点,有助于了解催化剂的失活原因,对于催化剂孔结构的设计和优化反应操作条件具有重要的指导意义。本论文以工业固定床渣油加氢系列废催化剂为研究对象,采用多种先进的仪器分析方法,如元素分析EA、热重差热分析TG-DTG、X光电子射线XPS、傅里叶变换红外光谱FTIR以及对固体物质的结构研究有杰出贡献的13C固体核磁光谱13C solid NMR,对渣油加氢催化剂上所沉积焦炭的结构及组成进行研究。通过对系列渣油加氢废催化剂的元素分析研究,发现非金属元素N的相对含量比较稳定,说明在渣油加氢反应过程中生成的焦炭是一种结构、组成及来源相对固定的物质,而非金属元素S的含量却没有表现出特定的规律,但其相对含量较高,主要原因是为了提高催化剂的反应活性,渣油加氢催化剂在使用之前都进行了预硫化处理。由热重分析实验可以得到催化剂上所沉积焦炭的相对组成。其中,渣油加氢脱金属催化剂HDM的TG-DTG曲线上存在比较明显的三个失重阶段,而HDS、HDN催化剂以及HG保护剂上只有两个相对比较明显的失重阶段。原因是HDM催化剂中硬焦炭的相对含量较高,使得其第三阶段失重比较明显,而HDS、HDN以及HG催化剂上所沉积的焦炭多以软焦炭为主。对不同类型废催化剂组分中有机碳的赋存形态的XPS研究发现,结焦催化剂HDM中芳香化石墨碳含量最高,这与热重分析时HDM由于硬焦碳含量高而导致第三阶段失重明显的结论一致。同时,由XPS谱图还可以得到渣油加氢催化剂中非金属元素S的相对含量较高,而N元素的相对含量较少,这与元素分析的结论一致。FTIR是分析物质化学结构官能团的最有效和简便的方法,通过FTIR分析,可以看出不同催化剂上的焦炭中所含官能团的出峰位置很接近,可以归属于同种官能团。13C NMR在固体化学结构分析上有很大的优越性,利用核磁软件对谱图分峰拟合,得到焦炭分子结构中不同结构单元的相对含量,初步确定出每种催化剂上焦炭的化学分子结构。利用计算机软件gNMR模拟计算理论核磁谱图,并与实验所得的核磁谱图相比对,修正焦炭分子的化学结构,提高其结构的准确性。结果表明,催化剂上所沉积的焦炭主要以芳香烃为主,含有少量的脂肪烃,四种催化剂中,HDM催化剂上焦炭的聚合度最高,主要以高聚合芳烃为主,含有很少的支链,而HDS、HDN、HG催化剂虽同样以芳香烃为主,但聚合度远小于HDM催化剂,主要与HDM催化剂上含有大量的硬焦炭有关,与热重分析得到的结论相一致。