[发明专利]一种丙烷脱氢制丙烯的催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种丙烷脱氢制丙烯的催化剂及其制备方法和应用。该催化剂包括载体以及负载在载体上的活性组分和助剂，其中，所述载体为氧化铝，所述活性组分为铂族金属，所述助剂包括VA族元素、锡和碳。使用该催化剂进行丙烷脱氢制丙烯反应时，可以得到较高的丙烷转化率和丙烯选择性。

技术领域

本发明涉及一种丙烷脱氢制丙烯的催化剂及其制备方法，以及该催化剂在丙烷脱氢中的应用。

背景技术

丙烯是一种重要的有机化工原料，广泛应用于聚丙烯、聚丙烯腈、环氧丙烷、丙烯酸等化工产品。丙烯主要来源于石脑油蒸汽裂解制乙烯和石油炼制的催化裂化工艺。然而，近年来，随着美国页岩气的大规模应用，使得乙烯裂解工厂的原料由高价的石脑油转向利用廉价的乙烷，导致副产品丙烯量大幅减少，并且，美国页岩气中副产大量的丙烷，因此通过丙烷催化脱氢的方法高选择性地得到具有较高附加价值的丙烯，具有重要的研究意义。

丙烷脱氢技术主要包括催化脱氢、氧化脱氢和膜反应器脱氢。其中丙烷脱氢上世纪90年代已经实现了工业化，现有的工艺主要有UOP公司的Oleflex工艺、LUMMUS公司的Catofin工艺和UHDE公司的Star工艺等。随着页岩气的开发成功，使得获得廉价丙烷成为可能，因此近年来我国已有多套丙烷脱氢装置在建以满足逐年递增丙烯需求。

丙烷催化脱氢反应受热力学平衡限制，需在高温、低压的苛刻条件下进行。过高的反应温度，使丙烷裂解反应及深度脱氢加剧，选择性下降；同时，加快催化剂表面积炭，使催化剂迅速失活。实现丙烷脱氢制丙烯技术的关键在于研制具有高稳定性、高活性和高选择性的丙烷脱氢催化剂。目前，工业化的丙烷催化脱氢催化剂主要有铂系催化剂和铬系催化剂两大类。其中，铬系催化剂失活较快，且对人体健康和环境保护不利；而铂系催化剂因其具有高活性、低污染、低磨损率、可在苛刻条件下操作的特点而成为研究热点。但是铂系催化剂在反应气氛中往往容易因为催化活性中心的表面积炭而快速降低反应活性。因此，人们在使用铂作为主要活性组分时，往往需要添加一系列助剂，用以提高丙烷转化率和丙烯选择性。

CN101898130B公开了一种以锡为助剂，铂族金属元素为主要脱氢活性组分的丙烷脱氢催化剂。该方法能够得到一种锡在催化剂中分散均匀、形成脱氢活性中心比例高、Sn/Pt适宜相互作用的丙烷脱氢催化剂。催化剂的选择性和稳定性得到提高。

CN101884922A公布了一种采用溶胶凝胶法将锡组分引入铝溶胶，干燥成型后再用作负载铂组分及其他金属助剂的催化剂。该催化剂很好的解决了在高温运行条件下锡组分容易还原析出，影响催化性能的问题。

由此可知，目前对铂系催化剂的脱氢性能的改进，基本上是以Pt-Sn为基础展开的，通常是通过加入不同种类的助剂。然而，Pt-Sn催化剂仍然具有易失活的缺陷，其原因可能在于：1)活性组分Pt颗粒在烧结和活性位被积炭所覆盖；2)助剂Sn的改变，Sn在反应中的活性价态为氧化态，一旦Sn被还原为零价，生成Pt-Sn合金，将使Pt中毒；3)载体的物理性能的改变，一般Pt-Sn催化剂的载体为γ-Al₂O₃，高温条件下可能导致其比表面积和孔径改变。因此，Pt-Sn催化剂的改进主要在于增强Pt与载体和助剂的相互作用，通过采用其他组分，提高Pt抗烧结能力，维持Sn在强还原气氛中的氧化态。

综上所述，以铂作为主要活性组分的丙烷脱氢反应催化剂在现有技术中主要以锡作为助催化剂，但是并没有从根本上解决铂族催化剂体系失活，丙烷转化率以及丙烯选择性较低的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中丙烷脱氢反应的丙烷转化率和丙烯选择性较低的技术问题，提供一种丙烷脱氢制丙烯的催化剂及其制备方法和在丙烷脱氢制丙烯过程中的应用。