[发明专利]用于脱氢反应的催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于脱氢反应的催化剂及其制备方法和应用。该催化剂其包含过渡金属氮化物和尖晶石氧化物。与现有技术制备的催化剂相比，本发明所公开的催化剂在保持较高的烷烃转化率和选择性的基础上，单程稳定性可超过1000小时，可用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的工业生产中。

技术领域

本发明涉及一种用于脱氢反应的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

丙烯、异丁烯是仅次于乙烯的重要基本化工原料，可广泛用于合成聚丙烯、聚丙烯睛、丙烯醛、丙烯酸、环氧丙烷、异丙苯、甲基叔丁基醚等大宗产品。丙烯、异丁烯主要以联产或副产的形式从炼化厂蒸汽裂解或流化催化裂化过程得到。而采用低碳烷烃脱氢的工艺来增产丙烯和异丁烯，比传统的蒸汽裂解和催化裂化工艺路线更具优势，如采用丙烷催化脱氢技术丙烯总收率可达80％-90％，远高于蒸汽裂解的33％，而相应的设备投资比烃类裂解低30％左右。目前，低碳烷烃脱氢已成为最重要的制备低碳烯烃的工艺。

低碳烷烃脱氢制低碳烯烃的生产过程中使用的催化剂为Pt-Sn/Al₂O₃系催化剂或Cr-Al-O体系催化剂。这两类催化剂各有特点，在工业装置上已经使用多年，是成熟的商业催化剂。但是，这两种催化材料本身存在一定的局限性。贵金属铂催化剂，该体系中Pt-Sn为主要活性相，碱金属为催化助剂，不但价格昂贵，为了让使用过程中逐渐长大的贵金属颗粒在再生过程中能够实现再分散，催化剂表面还必须含有一定量的氯组分，在实际工业生产中催化剂表面的氯含量会逐渐降低，催化剂的催化性能也随之下降，同时也存在再生过程复杂和氯腐蚀问题。而铬催化剂性能优良，但毒性强的高价铬泄漏到环境的风险必须充分考虑。此外，这两类催化剂在使用过程中都存在积碳量大，失活快，需要频繁进行再生的难题。

为了克服现有脱氢催化剂与反应工艺的不足，专利CN102451677A公开了一种具有铬或铂催化剂活性、成本低且对环境影响小的复合氧化物催化剂及连续反应再生装置，避免了使用贵金属催化剂和有毒的铬催化剂。

发明内容

本发明通过提供一种适用于加氢反应的催化剂，主要解决现有烷烃脱氢催化剂积碳失活速度快，需要频繁再生的问题。与现有技术制备的催化剂相比，本发明所公开的催化剂在保持较高的烷烃转化率和选择性的基础上，单程稳定性可超过1000小时，可以避免因催化剂频繁再生而需要的复杂的反应再生系统，可用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的工业生产中。

为此，本发明第一方面提供了一种适用于脱氢反应的催化剂，其包含过渡金属氮化物和尖晶石氧化物。

根据本发明所述催化剂的实施方式，所述过渡金属氮化物中的过渡金属选自第Ⅵ副族金属元素中的一种或多种，优选地，所述过渡金属为钼、钨和铬中的一种或多种。

根据本发明所述催化剂的实施方式，所述尖晶石氧化物的结构满足化学式：AB₂O₄，其中A²⁺选自Ca²⁺、Mn²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺和Sn²⁺中的一种或多种；B³⁺选自Al³⁺、Co³⁺、Bi³⁺、Fe³⁺、Ti³⁺、V³⁺和In³⁺中的一种或多种,优选所述尖晶石氧化物选自ZnAl₂O₄、MgAl₂O₄、MnAl₂O₄、ZnMnCr₂O₄、CdFe₂O₄、ZnMgCr₂O₄和ZnAl₂O₄中的一种或多种。