[发明专利]用于异丁烷脱氢的催化剂

说明书

本发明涉及用于异丁烷脱氢的催化剂及其制备方法和应用，主要解决现有技术中催化剂活性差的问题。本发明通过采用用于异丁烷脱氢的催化剂，包括载体、活性组分和助剂，所述的催化剂以MgO、Al2O3、TiO2中的至少一种为载体，以钒为活性组分，以Mo及稀土金属的一种或几种为助剂的技术方案，较好地解决了该技术问题，可用于二氧化碳气氛下异丁烷脱氢制异丁烯的工业生产中。

技术领域

本发明涉及用于异丁烷脱氢的催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

异丁烯是一种非常重要的化工原料，在化工生产中，异丁烯的用途非常广泛，可以用来合成甲基叔丁基醚(MTBE)、乙基叔丁基醚(ETBE)、丁基橡胶、ABS树脂等等。随着异丁烯下游产品生产规模的扩大，异丁烯的需求量也不断增长。传统方法得到的异丁烯量已不能满足市场的需求。另外，我国的C4资源非常丰富，但与欧美国家相比我国的C4资源利用率比较低不足40％，只有欧美国家的一半左右，而且主要集中在烯烃的利用上，大多的烷烃用做燃料，带来极大的资源浪费。将价格相对低廉的异丁烷脱氢生产高附加值的异丁烯既能解决异丁烯的短缺又能产生更大的经济效益。

异丁烷脱氢制异丁烯主要分为催化脱氢、氧气氧化脱氢和二氧化碳气氛脱氢三种方法。异丁烷催化脱氢目前已实现工业化，但该反应受热力学平衡的限制，且能耗比较大。异丁烷氧气氧化脱氢会带来深度氧化，产物分布不受控制，导致选择性低等问题。二氧化碳气氛下异丁烷脱氢制异丁烯结合了催化脱氢和氧气氧化脱氢的优点，是一种具有潜在竞争能力的新方法。二氧化碳可以与脱氢产生的氢气发生逆水煤气反应，从而打破热力学平衡限制，使脱氢反应向产物移动；或者二氧化碳可以直接与异丁烷发生氧化脱氢反应。上述两种机理均可以提高异丁烷的平衡转化率。此外，二氧化碳作为主要的温室气体，在反应过程中转变为更为活泼和工业上更容易利用的一氧化碳，既减少了温室排放又充分利用了碳资源，具有一定的社会价值。

二氧化碳气氛异丁烷脱氢制异丁烯已广泛受到重视，例如，Ogonowski课题组用VMgO催化剂，在反应温度为600℃时，转化率为13％，选择性为80％(CatalysisCommunications，2009年11卷第132～136页)。中国专利CN102631914A制备了介孔碳为载体的五氧化二钒催化剂，在反应温度为610℃条件下异丁烷的转化率约为32％，选择性约为91.4％。Shimada等人采用活性炭负载的氧化铁催化剂，反应温度为600℃条件下异丁烷的转化率约为23％，选择性约为80％，且催化剂失活快，反应3小时后异丁烷转化率降至13％(Applied Catalysis A:General,1998年168卷第243～250页)。可见，催化剂随着反应时间的延长，活性会出现下降，提高异丁烷脱氢催化剂的稳定性是亟需解决的问题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中催化剂稳定性差的问题，提供一种新的用于异丁烷脱氢制异丁烯的催化剂。该催化剂具有稳定性好的特点。

本发明要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的催化剂制备方法。

本发明要解决的技术问题之三是提供一种解决技术问题之一的催化剂的应用。

为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：用于异丁烷脱氢的催化剂，包括载体、活性组分和助剂，所述的催化剂以MgO、Al2O3、TiO2中的至少一种为载体，以钒为活性组分，以Mo以及稀土金属的一种或几种为助剂。

上述技术方案中，在促进催化剂的稳定性方面，所述助剂中Mo与稀土之间具有相互促进作用，例如但不限于Mo和Y之间的促进作用。

所述的稀土金属没有特别限制，例如但不限于重稀土金属元素中Y、Yb、Ho、Er等。但优选所述稀土同时包括Y和Er，在催化剂具有较好稳定性的同时,两者在提高催化剂活性方面具有协同作用。

上述技术方案中，钒的质量百分含量以V2O5计优选为0.5～35％，更优选1～15％。