[发明专利]高再生效率的直链轻烃的脱氢催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及在C₃至C₄范围内的直链烃气体的脱氢反应中使用的催化剂，并且提供了一种脱氢催化剂，其沉积在通过改变铂、辅助金属和碱金属的相而获得的载体上，其中铂和辅助金属以合金形式在从催化剂的外边缘起的一定厚度内以单一络合物形式存在。

技术领域

本发明涉及使用稳定化活性金属络合物制备直链轻烃的脱氢催化剂的方法，即，涉及C₃至C₄范围内的直链烃的脱氢催化剂。更具体地，本发明涉及制备催化剂的技术，该催化剂包含以合金形式在预定厚度内存在于载体表面上的金属组分，并且该催化剂在用于脱氢时其具有高转化率、选择性和再生效率。特别地，当负载金属时，使用有机溶剂和有机酸，从而制备显示出高分散性和合金性质的催化剂，以便使用快速干燥和快速还原方法使合金以独特的形式存在于催化剂中。

背景技术

轻烯烃是用于各种商业应用(如塑料、合成橡胶、药物和化学产品的原料)的材料。通常，轻烯烃是作为当热解衍生自原油的石脑油时产生的副产物提取的，或者是从裂化反应的副产物气体中提取的。然而，全球对轻烯烃的需求逐年增加，但生产量受到常规生产方法的限制。因此，使用催化剂通过脱氢制备轻烯烃的研究正在稳步进行。在该研究中，脱氢催化的优点在于，与常规方法相比，可获得具有高产率和高纯度的产物，并且，由于其工艺简单，脱氢催化是具有较高的生产效率的反应(Yuling Shan等人，Chem.Eng.J.278(2015)，p240)。通常，取决于烃脱氢中反应物的碳数，会发生各种反应，其主要反应可以表示如下。

通常，当将热能施加于烃时，碳与碳之间的键强度(240KJ/mol)低于碳与氢之间的键强度(360KJ/mol)。因此，在热力学反应开始之后，首先发生碳-碳裂解反应，导致副产物的生成，因此产物的产率低。然而，当使用合适的催化剂时，碳-碳裂解反应可被最小化，这使得脱氢能够因此确保高产率和选择性。

迄今已有报道称，具有内部孔隙的成形载体，例如γ/θ/α氧化铝、沸石、二氧化硅和尖晶石型金属铝酸盐，可用于轻烃的脱氢。然而，在商业上，载体主要以催化剂的形式应用，其中活性成分负载于氧化铝载体中。通常，脱氢的转化率和选择性是催化剂选择的重要决定因素，并且在设计催化剂时要考虑以下因素。在活性点的控制中，由于铂的脱氢程度非常高，因此引入了碱金属。另外，为了防止由碳沉积引起的催化剂活性的降低，引入了一些过渡金属。此外，关于向催化剂颗粒进行的质量转移和活性材料的分散性，活性材料均匀地分布在直径为2至3mm的球形颗粒内部，从而提高总转化率并抑制高温下的烧结现象，进而减缓活性的降低。铂或第VIII族贵金属作为活性成分主要负载在二氧化硅、氧化铝或二氧化硅-氧化铝中，由此制备催化剂。该催化剂的缺点在于，由于高温反应，金属颗粒在反应的早期被烧结，从而降低了催化剂的寿命。当铂或第VIII族贵金属单独存在于催化剂中时，随着反应的进行，高温导致了颗粒快速烧结现象的出现，并且反应后产生的焦炭容易使催化剂中毒。当将辅助金属布置在催化剂旁边时，由于辅助金属有助于将吸附在铂上的焦炭前体轻松转移至载体，因此将活性金属物质在催化剂中制成合金态是非常重要的。因此，常规上，在链烷烃的脱氢中，使用包括两个或三个物种并通过将第VIII族贵金属元素(如铂)与一种或多种其他金属组分(如锡、镓、铟、铑、钌、钯、钴、铁、锗、钾和钠)组合获得的复合催化剂，以提高催化剂的活性金属的分散性和选择性并且延长提高催化剂的寿命(J.Catal.,320(2014),p52；Catal.Today,111(2006),p133)。