[发明专利]烷烃脱氢催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种烷烃脱氢催化剂以及所述催化剂的制备方法和应用。具体地，按照本发明，提供一种烷烃脱氢催化剂，其中在氧化铝载体上结合了主催化剂金属和助催化剂金属，其中所述主催化剂金属选自Pt和Pd，其负载量为0.1‑1.0wt％，所述助催化剂金属选自Ce和Sn，其负载量为0.5‑10wt％，所述主催化剂金属负载量与助催化剂金属负载量的摩尔比以金属计为0.1‑1，所述氧化铝载体在表面上具有源于水滑石类化合物的尖晶石结构，其中水滑石类化合物的金属选自Mg和Zn，其负载量为0.5‑10wt％，所有负载量百分数均以整个催化剂为基准以金属计。

技术领域

本发明涉及一种烷烃脱氢催化剂以及所述催化剂的制备方法和应用，具体涉及一种可用于流化床反应的烷烃脱氢催化剂。

背景技术

丙烯是一种重要的石油化工原料，可用于生产聚丙烯、丙烯腈、丁/辛醇及丙烯酸等，但主要用于生产聚丙烯，该项应用的丙烯消耗量可占丙烯总产量的70wt％以上。

聚丙烯(Polypropylene，PP)是位于聚乙烯(polyethylene，PE)和聚氯乙烯(Polyvinylchloride，PVC)之后的第三大塑料，而且其目前需求量增速最快。聚丙烯广泛用于制造塑料制品，如家用器具、管材、包装用薄膜及合成纤维等，这些均与人民生产生活密切相关，而且这些丙烯下游产品的需求量增速也很快，这无疑进一步加大了丙烯需求。据行业报道，2011年我国丙烯总产量不足1400万吨，进口量175.52万吨，自给率缺口明显。因此，我国国内的丙烯生产能力仍需要进一步提高。

丙烷直接脱氢制丙烯(PDH)技术是从上世纪70年代起开始研发的一种丙烯生产技术。相比于其它丙烯生产技术，丙烷直接脱氢技术的明显优势在于丙烯的产率和质量都高。具体地，丙烷直接脱氢制丙烯时，丙烷分子在催化剂作用下脱除两个氢原子得丙烯分子，这个过程中丙烯总收率可以高达74-86％(考虑供热燃料消耗)。另外，由于该过程化学反应简单，副反应少，所得丙烯精制后完全符合典型的聚合级丙烯规格。

目前，国外成熟的丙烷脱氢技术主要包括UOP的Oleflex工艺、ABB Lummus Global的Catofin工艺、Linde AG/BASF的PDH工艺、Snamprogetti/Yarsintz的FDB-4工艺及KruppUhde的STAR工艺等。

相应地，目前，有关以氧化铝为载体的Pt-Sn类丙烷脱氢催化剂的研究报道多集中于所述催化剂的制备方法、助剂与活性金属调配等。尽管这些现有催化剂在某些反应条件下的烷烃转化率和烯烃选择性都不错，但由于在高温条件下它们容易积炭失活，导致其反应稳定性差和使用寿命欠佳。

为了提高烷烃脱氢催化剂的反应稳定性和改善其使用寿命，研究发现采用包含水滑石类化合物(LDHs)的催化剂载体可以对活性金属提供很好的限域作用，由此可在一定程度上保证催化剂的反应稳定性并相应改进其使用寿命。

水滑石类化合物(LDHs)是具有层状结构的无机材料，其主体层板内存在强的共价键，层间存在弱的相互作用。这样，在LDHs晶体结构中，金属离子可以在层板上均匀分布，当用作催化剂载体时，可以保证活性金属稳定均匀分布，但由于其层间相互作用较弱，可能会使催化剂的整体强度不够。

针对现有技术，本发明作了进一步改进，具体提供了一种烷烃脱氢催化剂，这种催化剂所采用的氧化铝载体表面上具有源于水滑石类化合物(LDHs)的尖晶石结构，其中在催化剂制备过程中在氧化铝载体表面原位生长水滑石类化合物，并在所述水滑石类化合物生长过程中有效分散催化活性组分，最终焙烧后有效分散的催化活性组分被固定在氧化铝载体表面上，由此可以在保证催化剂整体强度的情况下改变催化剂的表面性质，使得活性金属可以在催化剂表面均匀分布并在使用过程中尽可能地保持这种均匀分布，从而有效提高催化剂的活性稳定性和延长其使用寿命。