[发明专利]一种碳化硼材料作为乙苯脱氢反应制苯乙烯催化剂的应用

说明书

本发明公开了一种碳化硼材料作为乙苯脱氢制苯乙烯反应催化剂的应用，属于乙苯脱氢反应用催化剂技术领域。将所述碳化硼材料作为乙苯脱氢反应的催化剂，分别在无水无氧的直接脱氢和分子氧存在的氧化脱氢条件下均可以催化乙苯脱氢生成苯乙烯，催化剂的使用温度为300～700℃；催化反应条件为：空速1000～18000ml g^‑1h^‑1，乙苯体积浓度0.5‑20％，乙苯与氧气体积比1:0～1:20；该催化剂性能稳定，适应性强，在直接脱氢和氧化脱氢反应中都可以得到高的催化活性和选择性，在反应过程中不易积碳，无需水蒸气保护。

技术领域

本发明涉及乙苯脱氢制苯乙烯反应用催化剂技术领域，具体涉及一种碳化硼材料作为乙苯脱氢反应制苯乙烯催化剂的应用。

背景技术

苯乙烯作为芳烃的衍生物，是化工行业中制备聚苯乙烯、ABS塑料、树脂、丁苯橡胶等重要的聚合单体。近20年来，随着全球苯乙烯下游产品市场的不断开拓，苯乙烯需求量逐年上升。预计到2020年，国内苯乙烯生产能力将超过1000万吨/年，而根据目前已知的下游装置新、扩、拟建计划，下游装置苯乙烯表观需求量将达到1200万吨/年，缺口仍然超过200万吨/年，这也必将会给乙苯脱氢催化剂的发展带来巨大的潜力和前景，因此研发高性能的乙苯脱氢制苯乙烯催化剂显得既有意义又富有挑战性。

目前工业上90％以上的苯乙烯是通过乙苯直接脱氢反应制得的。传统上该反应是在铁钾氧化物催化剂的催化作用下，在高温和过量水蒸气的条件下进行的。水蒸气的加入主要是为了提供和传递热量，并消除反应过程中生成的会导致催化剂活性下降的积碳。该反应是一个吸热反应，而且转化率受反应平衡限制，其缺点在于能耗过高，大量水资源的消耗也有悖于节能环保的发展理念。随着近年来苯乙烯需求量的持续增加，人们在传统的铁钾氧化物催化剂中加入钒、铈或锰等元素，在一定程度上提高了其乙苯脱氢活性，但高能耗和水资源消耗等问题依然存在。因此开发新型的高活性、低成本乙苯脱氢催化剂显得尤为重要。

近年来，非金属催化剂如新型纳米碳材料、氮化硼、氮化碳、黑磷等由于性能独特，原料来源丰富，易于制备，环保等优点吸引了大量研究者的关注，例如纳米金刚石可以在无水蒸气保护的条件下无积碳催化乙苯转化成苯乙烯，氮化硼材料在丙烷和乙苯等烷烃氧化脱氢领域都有较好的表现。然而由于纳米碳材料复杂的表面结构和含氧官能团，纳米碳作为催化剂催化烷烃脱氢的副反应较多，反应的长期稳定性较差；氮化硼和黑磷等材料不能大批量制备且价格昂贵。此外，为了克服直接脱氢反应的高能耗和转化率受限等问题，乙苯氧化脱氢制苯乙烯技术也收到越来越多的研究者的关注。

发明内容

为了解决目前铁钾氧化物催化剂用于乙苯直接脱氢制苯乙烯时能耗、水耗过高，以及纳米碳催化剂长期稳定性差的难题，本发明提供一种碳化硼材料作为乙苯脱氢反应制苯乙烯催化剂的应用。所述碳化硼材料为商业化的非金属碳化物材料，作为能够催化乙苯脱氢反应的非金属催化剂，具有良好的热稳定性和抗积碳能力，不仅可以在无水无氧条件下催化乙苯直接脱氢生成苯乙烯，也可以在分子氧存在的条件下催化乙苯氧化脱氢生成苯乙烯，并且获得较高的苯乙烯收率。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种碳化硼材料作为乙苯脱氢制苯乙烯反应催化剂的应用，其特征在于：将所述碳化硼材料作为乙苯直接脱氢反应的催化剂，在无氧无水蒸气保护的条件下催化乙苯直接脱氢生成苯乙烯，或在分子氧辅助的条件下催化乙苯氧化脱氢生成苯乙烯。

所述碳化硼材料为采用碳热还原法或镁热还原法合成的商业化的纳米级或微米级的碳化硼颗粒，其比表面积为2～200m²g^-1，分子式为B_xC，其中4≤x≤10.4。所述碳化硼材料的表面富含含氧官能团，材料表面的氧元素原子百分含量为1％～20％。

所述乙苯直接脱氢反应过程中，催化剂的使用温度为300～700℃。