[发明专利]一种新型低温乙烷氧化脱氢制乙烯的催化剂及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温乙烷氧化脱氢制乙烯的催化剂及其使用方法，特别指一种具有良好的转化率和良好选择性的催化剂的使用方法。

背景技术

乙烷是油田气、天然气、炼厂尾气的主要成分，如何将乙烷合理利用，是国内外化学界和石化企业界所重视的课题。尤其通过乙烷脱氢制乙烯过程尚处于研究开发阶段。目前，国内外以油田气，炼厂气中的乙烷生产乙烯仍采用传统的水蒸汽裂解制乙烯工艺过程，在实际蒸汽/烷烃比条件下，乙烷转化率不高，其次，裂解过程的反应时间很短，这就给能量的回收利用带来困难，再则，裂解过程所产生的较大量的低沸点副产物如氢、甲烷等，使乙烯的分离和回收过程复杂，且费用昂贵。另外，高温反应需特殊合金的反应炉或反应釜，也使设备成本大大提高。

相比而言，乙烷催化氧化脱氢生产乙烯是一个简单的放热反应，在较低温度下达到较高的乙烷转化率是可能的，这样就大大地降低了过程的能耗和简化了分离操作。乙烷氧化脱氢的催化剂从反应温度上可分为低温反应催化剂(500℃左右)，高温反应催化剂(＞800℃)。关于低温反应催化剂国内外已有所开展，美国专利US4524236和US4596787两个专利，报道了Mo-V-Nb-X类催化剂，其中X可为下列元素中的至少一种：Li、Sc、Na、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、Ta、Cr、Fe、Co、Ni、Ce、La、Zn、Cd、Hg、Al、Ti、Pb、As、Bi、Te、V和W，该催化剂最好结果在450℃，乙烷转化率50％，乙烯选择性65％左右。中国专利CN1121844A专利报道的催化剂体系为X-Y-Z-O或X-Y-Z-O/载体，其中X为Li、Na、K、Rb、Cs至少一种，Y可在某些二价，三价或变价金属元素中选择，可为这些元素中的至少一种，这些元素包括La、Zr、Cr、Mo、Mn、Fe、Co、Ni、Pt、Pd、Cu、Zn、Cd、Al、Pb、Sn、Bi，式中Z选自周期表中碱土金属族中的至少一种，选自Be、Mg、Ca、Sr、Ba，载体选用SiO₂、γ-Al₂O₃/η-Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂，其中最好催化剂体系K-Mg-Zr-O在620℃乙烷空速300h^-1，乙烷转化率为58.45％，乙烯选择性为71.7％。

在已报道的专利文献中，反应原料气体多为乙烷和氧气的混合气，以惰性气体做为稀释气，而很少有直接以空气和乙烷作为反应原料气的报道，从已有的报道可以看出，现有的低温催化剂的组分较为复杂且对乙烷的转化率都不高，因此本专利提供一种低温乙烷氧化脱氢催化剂，该催化剂制备方法简单，以空气和乙烷作为反应原料气，具有较高的乙烷转化率和乙烯选择性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低温乙烷氧化脱氢制乙烯的催化剂及其使用方法，制备出了一种含HCl气体的低温乙烷氧化脱氢制乙烯的催化剂，将该催化剂应用于乙烷氧化脱氢制乙烯反应，具有较高的乙烷转化率和乙烯选择性。

本发明的技术方案如下：

本发明内容涉及的一种低温乙烷氧化脱氢制乙烯的催化剂以HCl气体为主活性组分，以TiO₂为助催化组分。

所述的一种低温乙烷氧化脱氢制乙烯的催化剂的主活性组分HCl气体与反应原料气(空气和乙烷)混合后进入反应器，HCl气体的流量(ml/min)与TiO₂的质量(g)比为1∶0-1∶3，最佳为1∶0.01-1∶2。

所述的一种低温乙烷氧化脱氢制乙烯的催化剂中使用的HCl气体是高纯HCl气体。