[发明专利]脱氢催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及脱氢催化剂领域，公开了一种脱氢催化剂及其制备方法，所述脱氢催化剂包括载体和负载在该载体上的主要活性金属组分，其中，所述主要活性金属组分为铂族金属，所述载体为经过镁改性的氧化铝载体。所述脱氢催化剂的制备方法包括以下步骤：(1)在超声条件下，将氧化铝载体、镁盐与溶剂接触，然后去除溶剂，干燥并焙烧，得到镁改性的氧化铝载体；(2)在所述镁改性的氧化铝载体上负载主要活性金属组分。本发明的脱氢催化剂在贵金属负载量很低的情况下，就能够达到较好的脱氢活性、选择性、稳定性和抗积碳性。

技术领域

本发明涉及脱氢催化剂领域，具体地，涉及脱氢催化剂及其制备方法和催化丙烷无氧脱氢制丙烯的应用。

背景技术

丙烯是石油化工的基本原料，主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、丙酮、环氧丙烷、丙烯酸和丁辛醇等。丙烯的供应一半来自炼厂副产，另有约45％来自蒸汽裂解，少量其它替代技术。近年来，丙烯的需求量逐年增长，传统的丙烯生产已不能满足化工行业对丙烯的需求，因此增产丙烯成为研究的一大热点。其中，丙烷脱氢制丙烯是丙烯增产的一个主要技术。10多年来，丙烷脱氢制丙烯已经成为工业化丙烯生产的重要工艺过程。丙烷脱氢的主要催化剂有ABB Lummus公司Catofin工艺中的氧化铬/氧化铝催化剂和UOP公司Oleflex工艺中的铂锡/氧化铝催化剂。铬系催化剂对原料杂质的要求比较低，与贵金属相比，价格偏低；但此类催化剂容易积碳失活，每隔15-30分钟就要再生一次，而且由于催化剂中的铬是重金属，环境污染严重。铂锡催化剂活性高，选择性好，反应周期能够达到几天，可以承受较为苛刻的工艺条件，并且对环境更加友好；但是由于贵金属铂价格昂贵，导致催化剂成本较高。丙烷脱氢制丙烯工艺实现工业化生产已经超过二十年，对脱氢催化剂的研究也很多，但当前催化剂还是存在着丙烷转化率不高及易于失活等缺陷，需要进一步改进和完善。因此，开发性能优良的丙烷脱氢催化剂具有现实意义。

为了改善丙烷脱氢催化剂的反应性能，研究人员做了很多工作。比如：(1)采用分子筛类载体替代传统的γ-Al₂O₃载体，效果较好的包括MFI型微孔分子筛(CN 104307555 A，CN 101066532 A，CN 101380587 A，CN 101513613 A)、介孔MCM-41分子筛(CN 102389831A)和介孔SBA-15分子筛(CN 101972664 A，CN 101972664 B)等；(2)使用硅酸钙盐对γ-Al₂O₃进行修饰，并且分步浸渍各种活性金属组分和金属助剂(CN 104368364 A)；(3)以氧化铝和氧化镁的复合氧化物作为载体，并且分步浸渍各种活性金属组分和金属助剂(CN104888818 A)。

上述现有技术中脱氢催化剂中，载体上贵金属活性组分分散不均匀且需要负载较多量的贵金属活性组分才能达到较好的脱氢活性、选择性和稳定性，抗积碳性差，易迅速失活。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中脱氢催化剂上述缺陷，提供一种脱氢催化剂及其制备方法，本发明的脱氢催化剂在贵金属负载量很低的情况下，就能够达到较好的脱氢活性、选择性、稳定性和抗积碳性。

脱氢催化剂的载体结构(包括比表面积、孔容、孔径分布等物理结构和表面酸性位、电子性能等化学结构)不仅对负载活性金属组分的分散度有重要影响，而且还直接影响反应过程中的传质与扩散。因此，多相催化剂的活性、选择性和稳定性等催化性能既取决于活性组分的催化特征，又与催化剂载体的特征有关。为了尽量降低铂系脱氢催化剂中的贵金属含量，同时提高催化剂的活性和稳定性，使用适合的载体至关重要。大多数的商售活性氧化铝表面羟基过多、酸性过强。使用这类氧化铝为载体制备脱氢催化剂，在反应过程中催化剂表面易于积碳，进而导致迅速失活。

通常，脱氢催化剂表面酸性强弱对活性金属的分散性能及催化剂的抗积碳性能均有极大负面影响。本发明的发明人通过研究发现，在载体制备过程中引入超声辅助方法，便可以使用常见易得的原料、在简易的操作条件下制备的脱氢催化剂在贵金属负载量很低的情况下，就能够达到较好的脱氢活性、选择性、稳定性和抗积碳性。