[发明专利]催化剂、制备该催化剂的方法及该催化剂在制备烯烃的方法与设备中的用途

说明书

本发明关于一种催化剂，制备该催化剂的方法及该催化剂在制备烯烃的方法与设备中的用途。

过渡金属碳化物、磷化物、氮化物、硅化物以及硫化物为用于不同应用的耐火化合物。

举例而言，US-A-2010/02559831描述在碳化钨作为催化活性主要组分与另外部分的如镍、钴、铁、钌、铑、钯、锇、铂或铜的其他过渡金属存在下，纤维素氢化为乙二醇。催化剂施加于诸如活性炭、氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、碳化硅或氧化锆的载体材料上。通过使用催化活性组分的盐溶液浸泡载体材料来制备催化剂。

US5321161描述在碳化钨催化剂存在下腈氢化为胺，该催化剂通过钨盐与含有氮-氢桥的非环化合物(诸如胍)一起煅烧来制备。

US4325843揭示一种用于制备施加于载体上的碳化钨催化剂的方法。在此方法中，氧化钨最初提供于载体上，随后通过在氨氛围中加热转化为氮化物，最终通过在碳化物氛围中加热转化为碳化物。

EP-A-1479664描述一种用于通过在过渡金属(诸如钨及钼)的碳化物或碳氧化物存在下复分解来制备烯烃的方法。施加于载体上的催化剂通过用过渡元素化合物的溶液浸泡载体(例如Al₂O₃、硅酸铝、Ga₂O₃、SiO₂、GeO₂、TiO₂、ZrO₂或SnO₂)，随后干燥并煅烧经浸泡的载体，最终在550至1000℃的温度下在含有烃化合物及氢气的氛围中回火经浸泡的载体来制备。

WO-A-2006/070021描述一种包含金属碳化物及黏合剂的涂布系统，该黏合剂至少部分地含有有机磷酸盐黏合剂，诸如AlPO₄。

US3649523描述一种用于氢化裂解矿物油馏分的催化剂，其由钴、钼、镍或钨的催化活性金属氧化物或硫化物、用于氢转移的助催化酸性载体(其含有硅酸铝)以及一种另外的多孔材料(诸如氧化铝、磷酸铝或二氧化硅)组成。然而，此公开案未揭示低分子量烷烃(诸如C2烷烃、C3烷烃及C4烷烃)的裂解。此外，其未揭示在形成烯烃情况下的脱氢反应。

C2-C4烷烃的脱氢及裂解使用不同方法。此反应的常用催化剂为例如布朗斯特酸性沸石(-acidic zeolite)。如US4929790、US4929791及US5159127中所述，例如通过使用布朗斯特酸性沸石ZSM5、ZSM23及ZSM50以催化方式自丙烷及丁烷制备乙烯及丙烯。在此方法中，形成非所要副产物焦炭及汽油，此导致碳损失且需要频繁地通过烧尽所形成的焦炭在形成CO₂的情况下来再生催化剂。

如US-A-2011/0040133、US-A-2007/0135668、US-B-7964762、US-B-6407301、US-A-2010/0191031及US-A-2006/0205988中所述，亦可通过蒸汽裂解C2-C4烃来制备低碳烯烃(诸如乙烯及丙烯)。此产生乙烯、乙烷、乙炔、丙烯及其他部分含有氧的副产物的混合物，该副产物必需自产物流分离。乙炔必需作为副产物通过氢化成乙烯而移除。宽产物分布需要进一步加工产物，诸如复分解烯烃。

US-B-8013201中描述通过使用氧化铬铝催化剂使丙烷脱氢来制备丙烯，其中选择性形成丙烯及氢气。然而，脱氢反应所需的热量通过燃烧化石烃(诸如石脑油或液化气)来供应，而该燃烧破坏了此方法的能量平衡以及CO₂平衡。

EP-B-0832056(DE-T2-69520661)描述使用脱氢催化剂使烷烃脱氢，该催化剂含有可还原金属氧化物，诸如Bi、In、Sb、Zn、Tl、Pb或Te的氧化物；及诸如Cr、Mo、Ga或Zn的其他金属。

总之，先前技术在将C2-C4烷烃转化成烯烃的领域中产生以下问题：

C2-C4烷烃在沸石存在下的催化反应期间，所产生的烯烃由于存在布朗斯特酸性中心而进一步反应产生芳族或聚芳族化合物(焦炭)。超过800℃的高温亦促进通过含有自由基的烷基芳族化合物的其他反应而形成焦炭。焦炭的形成阻断催化剂且由此使其失活。因此，在此等情况下必需通过烧尽所形成的焦炭来连续地再生催化剂。此在C2-C4烷烃至烯烃的工业反应中产生碳损失及空闲时间。此外，由于高制程温度，对于工厂建构必需预计较高材料成本。

在蒸汽存在下经由自由基进行的烷烃的热裂解期间，产生乙烯、乙烷、乙炔、丙烯、丙二烯及其他部分含有氧的副产物的混合物，此需要大量分离工作。