[发明专利]一种镍基金属间化合物催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种镍基金属间化合物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

乙烯是石化工业最重要的基础原料，乙烯工业的发展水平从总体上代表了一个国家石化工业的实力。在石油化工生产中，乙烯主要由石油烃蒸汽裂解所得，烃类蒸汽裂解制乙烯装置中裂解气含有摩尔分数为0.5％～2.5％的乙炔，乙炔是聚烯烃催化剂的毒物，其存在还可能导致形成金属乙炔化合物而引发爆炸的危险，因此在生产聚烯烃产品时，必须除去馏分中少量的乙炔。在众多的脱除炔烃的方法中，选择加氢是实现经济地提纯裂解烯烃的最重要方法之一。

目前，Pd基催化剂是最为常用的乙炔选择性加氢催化剂，但贵金属成本高，抗硫性能差，在硫含量较高的原料中极易失活。Ni基催化剂具有良好的加氢能力，活性和抗硫性能较好，并且价额相对便宜，被认为是最有可能实现替代贵金属催化剂的过渡金属催化剂，因此吸引了广泛的关注。但是Ni基金属催化剂上的加氢选择性低，容易积碳失活，Ni基金属催化剂的这些缺点阻碍了其作为选择性加氢催化剂的工业化应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种镍基金属间化合物催化剂，通过镍-铋金属间化合物的特殊构成，能够有效克服Ni在载体上分散度不高导致催化剂的选择性低，容易积碳失活的缺点，特别适合作为乙炔选择性加氢反应的催化剂使用。

本发明一方面提供一种镍基金属间化合物催化剂，包括负载在镁铝水滑石载体上的Ni-Bi金属间化合物。

现有的研究表明，Ni基催化剂上存在两种活性中心，一种是氢解金属中心，对应的是与载体没有接触的裸露的镍，这种活性位容易发生副反应和积碳；而另一种活性位是加氢活性位，对应的是与载体相接触的镍，这是主反应的活性中心。在大多数情况下，特别是载体以高负载量负载镍金属时，很难得到粒度均一、高度分散并据有良好热稳定性的催化剂，这主要是因为活性前体在载体上分布不均匀而且与载体的相互作用较弱。并且，在催化反应过程中，镍金属颗粒还可能进一步团聚而降低其分散度。因此，因此设计制备具有高分散性和稳定性的多相催化剂是实现高选择性的关键。本申请的发明人经研究发现，加入加氢活性金属Ni之外的第二种金属Bi，不仅可以与Ni之间形成金属间化合物，产生几何效应，从而对作为活性中心原子的Ni进行分隔，提高其分散性，还能够使载体与活性中心Ni间产生较强的相互作用，其效果是可以提高催化加氢的选择性。此外，载体的酸碱性也会显著影响催化剂的积碳性能，载体表面的酸性中心会增强绿油在催化剂表面的沉积，造成积碳失活，因此选择作为碱性载体的镁铝水滑石，则会产生有益于选择性提高的电子效应，同时减少积碳。

在本发明的另一个优选的实施方式中，所述Ni-Bi金属间化合物的XRD图谱2θ在30、33、42、44、54.6、57.5、58.7处有特征衍射峰。

本发明另一方面提供一种上述催化剂的制备方法，包括：

制备镍镁铝水滑石；

对所述镍镁铝水滑石进行第一次还原活化处理，得到Ni基单金属催化剂；

将所述Ni基单金属催化剂与Bi粉混合研磨，得到研磨产物；以及

对所述研磨产物进行第二次还原活化处理，得到Ni-Bi金属间化合物催化剂。

根据本发明，首先制备金属Ni在原子水平上高度均一地分散于镁铝水滑石特有的主体层板结构中的镍镁铝水滑石作为催化剂制备前体，然后通过第一次还原活化处理形成Ni原子高度分散的Ni基单金属催化剂；然后将该Ni金属催化剂与Bi粉混合并进行第二次还原活化处理，能够形成Ni-Bi金属间化合物以实现对活性中心Ni原子的区隔，从而提高了用该催化剂进行乙炔催化加氢的选择性，同时，由于Ni-Bi金属间化合物和金属氧化物载体之间具有较强的相互作用能够有效抑制金属颗粒的烧结和团聚，提高了催化剂的稳定性。

在本发明的另一个优选的实施方式中，所述镍镁铝水滑石的化学组成为[(Ni_1-yMg_y)_1-xAl_x(OH)₂]^x+(A^n-)_x/n·mH₂O，其中，x值为0.2-0.33，y值为0.66-0.95。