[发明专利]高强度烷基芳烃脱氢催化剂及其制备方法和应用以及烷基芳烃脱氢方法

说明书

本发明涉及催化剂制备技术领域，公开了一种高强度烷基芳烃脱氢催化剂及其制备方法和应用以及烷基芳烃脱氢方法，该催化剂含有Fe₂O₃、K₂O、CeO₂、WO₃、碱土金属氧化物、IVA族氧化物和轻稀土氧化物；以所述催化剂的总量为基准，Fe₂O₃含量为64‑82重量％，K₂O含量为8‑14重量％，CeO₂含量为7‑13重量％，WO₃含量为0.5‑5重量％，碱土金属氧化物含量为0.2‑5重量％，IVA族氧化物含量为0.1‑8重量％，轻稀土氧化物含量为0.01‑5重量％；所述IVA族氧化物和轻稀土氧化物重量比为1.7‑13.9。该催化剂具有较高的抗压强度，在较低水比条件下，仍具有较高催化活性、选择性和稳定性。

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域，具体涉及一种高强度烷基芳烃脱氢催化剂及其制备方法和应用以及烷基芳烃脱氢方法。

背景技术

乙苯脱氢是分子数增加的强吸热可逆反应，根据Le原理，高温、低压可以促进反应平衡正向移动，工业上通常采用水蒸汽或惰性气体稀释以降低乙苯分压，从而有利于目标产物苯乙烯的生成。水蒸汽在反应中有如下作用：加热反应物到所需温度，避免直接加热乙苯原料，抑制副反应发生；提供反应所需热量，避免因反应吸热而降温；降低乙苯分压，促进化学平衡向苯乙烯方向移动；通过水气变换反应再生催化剂活性位，维持表面碳平衡，抑制催化剂积炭失活；抑制活性相氧化铁的还原，保持催化剂氧化态和高活性，维持表面氧平衡。

然而，水的汽化潜热很大，过热水蒸汽加入耗能巨大；其次，水蒸汽会和氧化钾反应形成KOH蒸汽，使K向反应器出口富集，导致K再分布和流失；乙苯和苯乙烯会在过热蒸汽下发生重整生成副产物等。其中，过热蒸汽的加入量主要受到压降和能耗的制约。因此，降低水比(水和乙苯重量比)是当前乙苯脱氢工艺节能降耗的迫切需要，开发耐低水比高选择性的催化剂也是近年来研发的热点。此外，目前的乙苯脱氢装置大多在满负荷或超负荷下运行，并且换剂周期也由原来的2年左右延长到3-4年，对催化剂稳定性要求更高。

现有苯乙烯催化剂大多以Fe-K为主，氧化铁为主催化剂，K为主要助剂，同时还含有Ce、Mg、Mo、W及Ca的氧化物等结构稳定剂。目前已公开的低水比乙苯脱氢催化剂，主要采用调变结构助剂种类和含量对Fe催化剂的化学环境进行修饰的策略，同时微调前驱体、造孔剂、粘接剂种类，水粉比和干燥焙烧等制备条件，稳定活性相和助剂K，提高催化剂在低水比条件下的稳定性。但采用该方式得到的催化剂的催化性能和抗低水比能力仍有待提高。

CN106927997A报道了一种Fe-K-Ce-W-Ca催化剂的基础上，引入一定量的Na₂O和Nd₂O₃的组合，同时控制反应条件，提高催化剂活性和耐低水比性能，但该催化剂在低水比从1.2降至1.0时活性下降明显，稳定性有待提高；CN108097260A公开了一种Fe-Ce-K-W-Mg-Ca催化剂，在体相引入Mn、Zn、Sn的氧化物，在表面引入Rb、Cs和轻稀土氧化物(La、Pr、Nd)，调控活性相多铁酸钾(K₂Fe₁₀O₁₆)的结构，在降低K含量同时提高利用效率，增强Fe-K键和能力，显著改善催化剂稳定性，但该催化剂抗压碎力为28-30N/mm，相对较低。如CN109569637A公开了一种在Fe-K-Ce-W-Mg催化剂的基础上，通过引入硅酸钾作为K源，同时添加少量Sr、中稀土元素、Ge/Sn等助剂，稳定和分散活性相，抑制K离子迁移和流失，提高低水比稳定性，但催化剂的应用水比为1.4，相对较高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的催化剂抗压强度较差，在低水比条件下，催化剂的催化活性、选择性和稳定性较低的问题，提供一种烷基芳烃脱氢催化剂及其制备方法和应用以及烷基芳烃脱氢方法，该催化剂具有较高的抗压强度，在低水比条件下，具有较高催化活性、选择性和稳定性的优势。