[发明专利]利用金属氧化物进行低碳烷烃脱氢的方法

说明书

本发明公开利用金属氧化物进行低碳烷烃脱氢的方法，以金属氧化物为氧载体，在绝氧条件下作为催化剂的金属氧化物与低碳烷烃发生氧化脱氢反应，金属氧化物的晶格氧与氧化脱氢反应的产物氢气结合从而促使该反应的进行。由于产物氢气或中间产物氢与活性晶格氧结合生成水，可以有效拉动反应平衡向右移动，从而提高反应的转化率和产品收率，同时在一个氧化脱氢的过程中避免氧气的直接使用，并可通过与空气反应再生，补充晶格氧，实现循环。

技术领域

本发明属于低碳烷烃脱氢反应技术领域，更加具体地说，涉及利用金属氧化物进行低碳烷烃脱氢的方法。

背景技术

低碳烯烃及二烯烃(碳数在4个以下)是重要的化工原料，在合成树脂，塑料，汽油调和组分等多种重要化工路线中应用广泛。低碳烯烃的制备主要通过烃类的蒸汽裂解，烯烃的催化裂化，重油的催化裂解及重油热解等技术得到，近年来直接利用对应烷烃(乙烷，丙烷，异丁烷等)通过脱氢反应得到相应烯烃已经得到大幅的发展，成为一种新型的低碳烯烃制备技术，如下反应方程式所示：

C_nH_2n+2＝C_nH_2n+H₂

烷烃的催化脱氢有利于提高反应的转化率和选择性，以丙烷脱氢为例，通常的脱氢催化剂主要分为Cr系催化剂和Pt系催化剂，但其中Pt价格昂贵，而六价Cr作为有毒重金属，一旦泄露危害环境。烷烃的脱氢反应过程吸热，受热力学平衡限制，单程转化率低。为了突破热力学平衡限制和反应的自热运行，研究人员开展了在有氧条件下的烷烃脱氢研究，氧气与部分氢气反应生成水，放出热量用于丙烷脱氢，同时化学平衡向烯烃产物生成方向移动，提高烯烃单程收率。但氧气与可燃性反应气的混合存在安全隐患，对反应器的设计和操作提出了严苛的要求，工业推广难度大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供利用金属氧化物进行低碳烷烃脱氢的方法，将含有晶格氧的金属氧化物催化剂应用在烷烃脱氢反应体系中，由于产物氢气或中间产物氢与活性晶格氧结合生成水，可以有效拉动反应平衡向右移动，从而提高反应的转化率和产品收率，同时在一个氧化脱氢的过程中避免氧气的直接使用，如下反应方程式所示：

C_nH_2n+2+MO_x＝C_nH_2n+MO_x-1+H₂O

经一段反应时间后，金属氧化物中的晶格氧需要在另一反应器或反应步骤内与空气反应再生，补充晶格氧，并释放热量供上一反应进行，如下反应方程式所示：

MO_x-1+0.5O₂＝MO_x

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

利用金属氧化物进行低碳烷烃脱氢的方法，以金属氧化物为氧载体，在绝氧条件下与低碳烷烃发生氧化脱氢反应，金属氧化物的晶格氧与氧化脱氢反应的产物氢气结合从而促使该反应的进行。

利用作为催化剂活性组分的金属氧化物中晶格氧对低碳烷烃进行氧化脱氢，以得到低碳烯烃，要求作为活性组分的金属氧化物既可以与载体进行负载，例如分子筛、沸石、三氧化二铝等载体；也可以单独进行使用。要求金属具有多种化合价态，且金属氧化物为烷烃脱氢活性组分，在持续加入物料的反应过程中，由于晶格氧参与低碳烷烃的氧化脱氢，金属氧化物中氧含量下降，该金属由高价态下降为低价态，可以选择金属钒、铬、钨、钼和铋。