[发明专利]混合金属氧化物催化剂以及用于在氧化脱氢反应工艺中生产烯烃的方法

说明书

一种催化剂结构，包括在载体上形成的多种金属氧化物，其中所述载体包括氧化锆和/或二氧化硅。所述金属氧化物包括选自由铬、铁、镍和铂族金属组成的组的至少三种金属。所述催化剂结构可用于氧化脱氢(ODH)反应工艺，以便将烷烃转化为烯烃。在一些实施方案中，所述ODH反应工艺中所用的二氧化碳是从源自燃烧化石燃料的发电厂的烟道气获得。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年12月1日提交的美国申请No.15/366,279的优先权，所述美国申请以引用的方式整体并入本文。

发明领域

本发明涉及可用于烯烃生产工艺的催化剂。本发明还涉及一种利用二氧化碳源和低级烷烃形成诸如乙烯的烯烃(alkene/olefin)的工艺，所述二氧化碳源例如来自源自燃烧化石燃料的发电厂的烟道气，所述低级烷烃是诸如某来源的乙烷，例如源自天然气的乙烷。

背景技术

乙烯由于广泛用于制造多种不同类型的产品(例如，塑料、聚合物、纤维、包装材料等)，是世界上商业化程度最高的有机化学品，目前全球产能为3340亿英镑，预计未来几年内将增加4000-4500亿英镑。其他烯烃，诸如丙烯及其衍生物，需求量也不断增加。

历史上，烯烃诸如乙烯是通过石脑油裂化从石油原料生产的。然而，要产生所需的烯烃石脑油裂化工艺需要耗费大量的能源和资本成本。由于在美国天然气的可用性增加(因此乙烷可用性也增加)，乙烷越来越多地被用作乙烯生产的原料。常规的蒸汽裂化装置接受乙烷或石脑油作为进料，这些进料在管式反应器中在非常高的温度(例如，约750℃-900℃)下预热并与蒸汽混合。由此它们转化为低相对分子质量的烯烃。使用乙烷作为蒸汽裂化中的原料，在乙烷上发生以下反应：

C₂H₆＝C₂H₄+H₂(主反应)ΔH°＝137kJ/mol

C₂H₆+H₂＝2CH₄(副反应)

此外，来自蒸汽裂化装置的产物需要复杂的分离系列来分离和回收甲烷、H₂、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯和蒸汽。因此，蒸汽裂化(乙烷和石脑油)是一种非常耗能的工艺。蒸汽裂化工艺的比能耗(SEC)为17-21GJ/吨乙烯。在典型的基于乙烷或石脑油的装置中，大约70％的生产成本是由能源成本构成的。由于世界范围内的大规模生产，单单乙烯的能耗约占世界年能耗的1％。此外，蒸汽裂化工艺目前造成世界范围内约1.8-2亿吨CO₂的排放量(1.0-1.2lb CO₂/lb乙烯)。由于如此大规模的乙烯生产，能源需求方面的任何减少都将造成很大的影响。

因此，期望提供一种利用乙烷并且与常规烯烃生产工艺相比更加节能的乙烯(或其他烯烃)生产工艺。

发明内容

在示例性实施方案中，催化剂结构包括在载体上形成的多种金属氧化物，其中载体包括氧化锆和/或二氧化硅。金属氧化物包括选自由铬、铁、镍和铂族金属组成的组的至少三种金属。

在其他示例性实施方案中，催化剂结构可以提供在氧化脱氢(ODH)反应器内，用于将烷烃转化为烯烃(例如，将乙烷转化为乙烯)。

在另外的示例性实施方案中，一种通过氧化脱氢(ODH)反应将烷烃转化为烯烃的方法包括：向包括催化剂结构的ODH反应器提供在一个或多个输入气体流内的CO₂和烷烃，在所述ODH反应器中产生烯烃，以及从所述ODH反应器提供包含所述烯烃的输出流。

在一些示例性实施方案中，在ODH反应工艺中用作反应物的二氧化碳可以从源自燃烧化石燃料的发电厂的烟道气获得。