[发明专利]乙苯脱氢制备苯乙烯的组合催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种乙苯脱氢制备苯乙烯的组合催化剂。

背景技术

苯乙烯是一种重要的基本有机原料，工业上90％以上的苯乙烯采用乙苯催化脱氢法获得。目前，世界上在三十多个国家和地区建有一百余套苯乙烯装置，苯乙烯年生产能力达3150万吨，国内生产能力也在470万吨/年左右。

乙苯催化脱氢制苯乙烯反应是一分子数增大的强吸热反应，反应在较低压力下进行，对生产苯乙烯有利。因此，实际生产过程中为实现反应系统的压力下降，采用尾气压缩机对脱氢尾气实行压缩，同时在进料中引入大量水蒸汽作为脱氢稀释剂，降低系统分压。然而，大量水蒸汽的使用，使苯乙烯的生产成本居高不下，困扰着苯乙烯行业的健康发展，在能源危机的新形势下，高能耗的问题更为突出。中国专利ZL200510111471.0、ZL200510111472.5等报道了适用于低水比操作的Fe₂O₃-K₂O系催化剂，但在低水比条件下长时间运转时，催化剂的选择性和稳定性明显下降，经济上不合理。世界专利WO2006132370、日本专利JP2006116438、韩国专利KR2005051236报道以CO₂作为反应介质进行脱氢反应，然而以上发明报道的催化剂性能不高，且不够稳定，难以在工业装置上使用。

如能寻找到一种乙苯脱氢制备苯乙烯的组合催化剂，适用于水蒸汽和CO₂共存的脱氢反应，无疑能减少部分水蒸汽的消耗，从而大幅度降低能耗。又能维持良好的活性、选择性和稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是以往技术中采用Fe₂O₃-K₂O催化剂需要大量水蒸汽，装置能耗高，经济效益差的问题，提供一种新的乙苯脱氢制备苯乙烯的组合催化剂。该组合催化剂用于乙苯脱氢制备苯乙烯的过程中具有能节省水蒸汽消耗，保持乙苯转化率及苯乙烯选择性的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种乙苯脱氢制备苯乙烯的组合催化剂，由V₂O₅-Cr₂O₃-Al₂O₃和含Fe₂O₃-K₂O系催化剂组成，其中含Fe₂O₃-K₂O系催化剂和V₂O₅-Cr₂O₃-Al₂O₃的体积比为0.2-5∶1。

上述技术方案中，含Fe₂O₃-K₂O系催化剂和V₂O₅-Cr₂O₃-Al₂O₃的体积比优选范围为2∶3-4∶1。

在乙苯脱氢制备苯乙烯的反应中采用组合的脱氢催化剂，并引入CO₂部分替代水蒸汽。可用CO₂部分替代水蒸汽，替代的比例可在0-10∶1中选择。CO₂替代水蒸汽比例的优选范围为3∶7-7∶3。

组合氧化物催化剂及CO₂替代水蒸汽前后的脱氢反应效果通过乙苯在固定床反应器中的脱氢反应加以验证，其过程简述如下：

将去离子水、CO₂和乙苯分别经计量泵和气体质量流量计输入预热混合器，预热混合后进入反应器，反应器采用电热丝加热，使之达到预定温度。反应器内填装100毫升，粒径为3毫米的催化剂。由反应器流出的反应物经水冷凝后用气相色谱仪分析其组成。

在乙苯脱氢反应中，采用Fe₂O₃-K₂O系和V₂O₅改性的Cr₂O₃/Al₂O₃组合催化剂，并引入CO₂替代水蒸汽，减少蒸汽消耗，乙苯转化率及苯乙烯选择性高。在水蒸汽被替代70％的情况下，反应温度600℃时，乙苯转化率达到69％，苯乙烯选择性大于96％，催化剂在500h稳定性试验中性能没有下降。