[发明专利]用于氢气选择性燃烧反应的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于氢气选择性燃烧反应的催化剂及其制备方法。

背景技术

饱和碳氢化合物脱氢生产不饱和碳氢化合物是比较成熟的工艺。经典的过程是饱和碳氢化合物在脱氢条件下经过脱氢催化剂得到脱氢产物和未脱氢反应物的混合物。通常，脱氢反应是在水蒸气存在的条件下进行。脱氢反应，例如乙苯脱氢反应，由于脱氢反应是吸热反应，因而催化剂的床层温度在反应过程中会明显降低，从而导致了原料转化率的降低。反应温度的降低不但影响反应的平衡转化率同时也影响催化剂对苯乙烯的选择性，因为在平衡条件下只有副反应还在继续进行。提高反应温度可提高乙苯的单程转化率，但仍受到热力学平衡的限制。而控制反应温度的一种更为有效的方法是在反应中通入氧气或者含有氧气的气体选择性燃烧氢气，从而提高反应温度，促使平衡移动，进而提高乙苯脱氢生产苯乙烯的转化率。

氢和氧的燃烧反应在氧化催化剂上进行。这类催化剂有很多，例如，专利US4812597和US4914249中介绍了PtSnLi/Al₂O₃催化剂，采用Pt作为主催化剂，Sn作为助催化剂，Li或者其它碱金属或碱土金属作为修饰剂，采用α-Al₂O₃作为载体，其缺点是催化剂中贵金属Pt用量偏高。专利US6177381和CN1479649A报道了分层催化剂组合物。该催化剂有一个内核例如α-氧化铝和一个无机氧化物的涂层例如γ-氧化铝。外层上均匀地负载了铂系金属如铂和助催化剂如锡，催化剂还含有一种修饰剂如锂。又如专利US6858769和CN1705510A报道了一种以铝酸锂为载体的氢气选择性氧化反应催化剂。该催化剂以堇青石为内核，以铝酸锂为涂层，在涂层上负载铂系金属和修饰金属，例如，铂和锡。这种催化剂在脱氢反应中对氢气选择性氧化具有很好的效果，并且催化剂中Pt的用量明显降低。该催化剂对于涂层厚度进行了说明，但并没有对涂层的其他性质进行说明。事实上，涂层比表面积及孔径大小对于贵金属的分散度、催化剂的反应性能以及催化剂稳定性都有重要影响。较小的比表面积会造成Pt分散度降低，较大的比表面积则催化剂在长周期运行情况下不够稳定。较小的涂层孔径会造成传热传质难度的增加，影响催化剂的反应性能，较大的孔径则会造成碳氢化合物扩散深度的增加，造成原料及产物的损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是现有技术在氢气选择性燃烧反应时催化剂寿命短及原料损失率高的问题，提供一种用于氢气选择性燃烧反应的催化剂。该催化剂用于乙苯脱氢过程中氢气选择性燃烧反应时，具有催化剂使用寿命长、氢气选择性高、原料损失率低的优点。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决现有技术问题一所用催化剂相适应的制备方法。

为解决上述问题之一，本发明所采用的技术方案如下：一种用于氢气选择性燃烧反应的催化剂，以重量百分比计，包括92～99％的层状复合载体，负载在层状复合载体上的0.001～1.0％铂系金属，0.01～5.0％的碱金属、碱土金属修饰剂及0.001～2.0％的IVA助催化剂；其中层状复合载体，以重量百分比计，包括70～95％选自α-Al₂O₃、堇青石、金属或碳化硅中的至少一种惰性载体的内核和结合在内核上的5～30％选自γ-Al₂O₃、δ-Al₂O₃、η-Al₂O₃、θ-Al₂O₃、分子筛、氧化硅、氧化钛或氧化锆中的至少一种氧化物多孔涂层材料外层，外层厚度为10～250微米、比表面积为10～200米²/克、孔径为1～100纳米。