[发明专利]一种乙烷临氢脱氢制乙烯的催化剂及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种乙烷临氢脱氢制乙烯的催化剂及其制备和应用。该催化剂通过等体积浸渍法制备，活性组分是贵金属Pt，负载量为0.01～0.3wt％，助剂为ZnO或Ga₂O₃中的一种或两种的氧化物，助剂与活性组分的质量比为0.1～10。该催化剂可在550‑700℃条件下，将C₂H₆含量为1～50vol％,C₂H₆和H₂的体积比为0.25～4，He或N₂平衡的原料气中的乙烷高选择性转化为乙烯。本发明中所涉及的Al₂O₃负载的的PtZn或PtGa催化剂，稳定性好，贵金属以亚纳米尺寸0.1～2nm分散、载量低、乙烯选择性高达95％，并且可以活化再生，具有很良好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及一种乙烷脱氢制乙烯的催化剂及其制备方法和应用

技术背景

乙烯是石油化工行业最重要的原料之一，广泛用于制备乙醇、乙醛、环氧乙烷、合成塑料、合成橡胶、合成纤维等各类化学品。乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的75％以上，在国民经济中占有重要的地位。世界上已将乙烯产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。2018年，全世界乙烯的需求量已经达到了1.64亿吨，预计2035年前，全球乙烯需求年均增长约3.8％[国际石油经济27(2019)82]。近10年来乙烯的产能呈不断增长的趋势，2018年世界新增乙烯产能831万吨，总产能达1.77亿吨/年，增长率达到5.3％。

传统的乙烯生产主要以石脑油和乙烷的蒸汽裂解为主。近年来催化裂化(FCC)、甲醇制烯烃(MTO)、烷烃脱氢(DH)等技术成为生产烯烃的重要补充。随着北美页岩气革命，大量的页岩气被开采和利用。美国能源信息管理局预计从2012到2040年页岩气产量的年增长率达到104％。页岩气的除了丰富的甲烷(80～90％)外，乙烷是主要的伴生气，约占1～14％。丰富和廉价的乙烷促进了乙烷制乙烯工艺的蓬勃发展。并且相比于石脑油为原料制乙烯，乙烷制乙烯的成本更低。以2012年中国用不同原料生产每吨乙烯的总成本为例[石油化工技术与经济1(2015)1]，乙烷为521美元，进口乙烷690美元，石脑油为1086美元。相对于其他原料而言，以乙烷为原料生产成本最低，因此近年来乙烷在乙烯生成原料中所占的比例不断增加。

石脑油和乙烷的蒸汽裂解虽然已经实现工业化，但仍然存在很多不足，主要有以下几点：第一，蒸汽裂解为吸热反应，需要消耗大量能量；第二，该反应受热力学限制，需要在很高的温度约1000℃下进行；第三，生产设备要耐高温耐蒸汽腐蚀，对设备要求高，资金投入较高；第四，石脑油裂解的副产物较多，分离成本较高。相比较而言，乙烷直接脱氢制乙烯能显著降低反应温度到600～700℃，耗能降低，并且具有很高的乙烯选择性，这就大大降低了产物分离的成本。因此乙烷脱氢制乙烯是一种非常有前景的工业化生产乙烯的方式。