[发明专利]将烷烃转化为烯烃的联合催化法以及用于该方法的催化剂

说明书

政府权益

本发明是在美国政府的支持下根据美国能源部给予的第DE-FC36-04G014272号文件进行的。美国政府享有本发明的某些权利。

技术领域

本发明涉及将烷烃催化转化为它们相应的烯烃的方法，以及适用于该方法的催化剂。

背景技术

熟知的工业生产不饱和羧酸和不饱和腈之类的单体的方法，通常是用一种或多种烯烃为原料，通过催化气相氧化，将其转化为所需的单体产物。由于工业竞争的压力，以及烷烃和相应的烯烃(例如丙烷和丙烯)之间的价格差，人们正在努力开发一些用烷烃作为原料最终以较低的总成本制备所需单体的方法。

在工业化工业中获得一些成功的一种工艺改进是仅添加上游反应阶段，在此阶段中，首先在合适的催化剂的存在下，将烷烃转化为相应的烯烃。然后使所得的烯烃(例如丙烯)进入常规的氧化反应阶段，以氧化烯烃(例如首先氧化成丙烯醛，然后氧化成所需的单体产物，例如丙烯两步氧化生成丙烯酸)。例如，欧洲专利申请第EP0117146号和美国专利申请第5,705,684号描述了用来将烷烃(丙烷)转化为相应的不饱和羧酸(丙烯酸)的多步催化法，该方法包括使用一种或多种合适的催化剂的初始烷烃至烯烃的转化步骤，以制备包含烯烃的产物流，然后使所述包含烯烃的产物流进入一个或多个下游氧化阶段。人们已知各种用来将烷烃催化转化为它们相应的烯烃的催化剂和方法。

有已知在氧气存在下进行的(按定义)催化烷烃的氧化脱氢的催化剂，该反应是放热反应。例如美国专利第5,086,032号描述了在镍-钼基氧化物催化剂上对丙烷进行氧化脱氢。在美国专利申请公报第2002/0077518号中揭示了另一类已知的氧化脱氢催化剂，这种催化剂是锰基多金属氧化物，其包含一种或多种锑、钨和铬的氧化物，还包含任选的另外的氧化物，这些任选的另外的氧化物包括、但不限于镍、钴、铌、钽、铯、锂、钠和钾的氧化物。

如美国专利申请公报第2004/0034266号(“US‘266”)所述，在微通道反应器中进行了丙烷和乙烷的催化氧化脱氢反应，所述微通道包含镁-钒基氧化物催化剂，所述催化剂有包含锰和不包含锰的。US‘266还概括地描述了“高温催化剂”，其包含选自Pt，Pd，Rh，Ir和Ru的一种或多种贵金属，还描述了“低温催化剂”，其包含选自以下的金属的至少一种氧化物或磷酸盐：Li，Mo，V，Nb，Sb，Sn，Zr，Mg，Mn，Ni，Co，Ce和稀土金属(例如Sm)，这些催化剂用于烷烃的氧化脱氢。还描述了任一种类的催化剂都可用另外的金属促进，上述任意的催化剂组合物均可被负载。

已表明，包含Mo-Sb-W或Cr-Sb-W作为主要元素、以及选自V，Nb，K，Mg，Sn，Fe，Co和Ni的至少一种金属的混合金属氧化物催化剂可用于对丙烷进行氧化脱氢以制备丙烯，反应的单程产率大于10％(美国专利第6,239,325号)。负载在氧化锆载体上的Pd-Cu/Mn催化剂也可催化乙烷的氧化脱氢，乙烷的选择性为70％-80％，而且可以减少结焦(美国专利申请公报第2005/0124840号)。