[发明专利]一种用于低碳烷烃脱氢金属催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于低碳烷烃脱氢金属催化剂及其制备方法和应用。所述催化剂包括A、B和C三种组分，A组分为Pt、Pd、Rh和Ir贵金属元素中的一种，占催化剂总重量的0.1～5 wt%；B组分为Sn或Ge元素，占催化剂总重量的0.1～5 wt%；C组分为载体，占催化剂总重量的90～99 wt%。该催化剂的制备方法是利用表面金属有机化学这一分子科学的手段来精准的控制合金催化剂的结构、粒径和分散度，可控制备出组成、粒径均匀的高分散金属纳米簇催化剂，实现金属合金催化剂合成‑结构‑性能的有效调控。该方法制备的催化剂具有很高的低碳烷烃脱氢性能，为烷烃脱氢新一代催化剂的开发提供技术源头。

技术领域

本发明涉及工业催化剂制备领域，尤其涉及一种用于低碳烷烃脱氢金属催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

烯烃是现代石油化学工业中基本有机化工原料，是制备基础化学品的起始原料和生产合成材料的基本原料。市场对烯烃下游产品需求量的逐年增加极大地驱动了全球对烯烃的需求，我国对烯烃的需求量更是增长迅猛。因此，市场对烯烃巨大的需求极大地促进了高效、经济、环保烯烃生产新技术的开发。

目前，低碳烯烃来源于石脑油裂解这一传统的石油路线分离过程复杂、能耗高，导致烯烃生产过程投资大、成本高，且在石脑油的蒸汽裂解过程中烯烃不是最主要的产物，导致烯烃产率较低，难以满足市场对烯烃日益增长的需求。因此，世界各国都在致力于非石油路线制低碳烯烃技术的开发。

已提出的各种非石油路线中，低碳烷脱氢路线是生产烯烃经济、可行的途径。由于低碳烷烃来源广泛，价格低廉，为烷烃脱氢路线提供了廉价、充足、稳定的原料来源；低碳烷烃直接脱氢可获得接近100%的烯烃选择性，具有相应的烯烃收率高、投资低等优点，因而具有明显的成本优势。因此，在世界范围内低碳烷烃脱氢技术的成功应用或将重塑低碳烯烃行业的格局，低碳烷烃脱氢技术的研究开发也就成为全球石油化工业关注的焦点。

已得到工业应用的低碳烷烃脱氢催化剂是Cr基和Pt基催化剂，低碳烷烃催化脱氢生产烯烃工艺都是以这两种催化剂为基础，通常反应温度高，单程转化率低，低碳烯烃选择性差。由于Cr基催化剂有毒易造成环境污染，且稳定差，因此，Cr基催化剂的实际应用受到一定限制，有逐渐被金属合金催化剂取代的趋势。

通常金属合金催化剂的合成基本上采用传统的浸渍法，难以对合金催化剂的结构进行精确的调控，导致得到的活性相在形貌上粒径较大、分布不均匀，在结构上为多相共存的混合物。从而导致低碳烷烃转化率低，烯烃选择性差等。

鉴于上述缺陷，本发明提供一种金属合金催化剂的制备方法，该催化剂是利用表面金属有机化学这一基于分子科学的合成方法控制合成金属合金烷烃脱氢催化剂，可控制备出组成、粒径均匀的高分散金属纳米簇催化剂，突破传统浸渍法合成的金属合金催化剂组成和结构不均一、粒径大、分散性差等缺点，实现金属合金催化剂合成-结构-性能的有效调控。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术不足，提供一种用于低碳烷烃脱氢金属催化剂及其制备方法和应用，该催化剂具有活性高、稳定性好、低碳烷烃转化率高、烯烃选择性高、失活率低和可再生等优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于低碳烷烃脱氢金属催化剂，包括A、B和C三种组分，A组分为Pt、Pd、Rh和Ir贵金属元素中的一种，其作为活性组分，占催化剂总重量的0.1～5 wt%；B组分为Sn或Ge元素，其作为助剂，占催化剂总重量的0.1～5 wt%；C组分为载体，起分散A组分和B组分的作用，占催化剂总重量的90～99 wt%。

如上所述的用于低碳烷烃脱氢金属催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）称取金属氧化物或SiO₂，于惰性气体中进行热处理，得到脱水、脱氧的金属氧化物或SiO₂，作为载体，备用；