[发明专利]一种氮碳掺杂改性的Fe基催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种氮碳掺杂改性的Fe基催化剂及其制备方法与应用。该催化剂的制备方法包括：1)将载体、铁源、碳氮源加入溶剂中，制成悬浊液I；2)经悬浊液干燥后的产物在惰性气氛下进行热解，得到所述氮碳掺杂改性的Fe基催化剂。利用该氮碳掺杂改性的Fe基催化剂催化丙烷进行无氧脱氢的方法包括：丙烷在载气气氛中与氮碳掺杂改性的Fe基催化剂接触发生无氧脱氢反应。上述制备方法制备得到的氮碳掺杂改性的Fe基催化剂能够很好地适用于丙烷无氧脱氢，具备良好的丙烷无氧脱氢活性，具备较高的初始丙烷转化率和丙烯选择性，实现了丙烷的高效转化。

技术领域

本发明属于石油化工技术领域，涉及一种氮碳掺杂改性的Fe基催化剂及其制备方法与应用该催化剂进行丙烷无氧脱氢的方法。

背景技术

丙烯是基础的化工原料，可用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷等工业产品。目前丙烯的主要来源是石脑油蒸汽裂解和流化催化裂化副产等。随着石油资源的日益匮乏，对丙烯下游产品的需求量不断增加，单一的依靠石油资源为原料来制备丙烯已不能满足目前人们对于丙烯需求。丙烷作为页岩气组分之一，近几年由于页岩气的开采技术不断地发展，利用页岩气中的丙烷经过无氧脱氢转化为丙烯成为目前研究的热点之一。

在丙烷无氧脱氢的技术中，制备活性高、稳定性好的催化剂是关键技术之一。目前公开的专利申请中，丙烷无氧脱氢催化剂主要分为三类：

一类是以Pt为脱氢的活性组分。CN1013850587A、CN102019267A、CN101015802A、CN105056990A、CN106361791A、CN106512994A、CN101972664A等公开的丙烷无氧脱氢的反应，均使用Pt为脱氢的活性组分，通过添加不同的助剂(如IVA族金属、IA族金属IIA族金属、Ta元素、Zr元素、W元素、Sn元素、V元素等为助剂，卤族元素为改性剂等)来提高丙烷无氧脱氢Pt系催化剂的抗积炭稳定性。通过不同的改进方法，使得Pt系催化剂具有良好的丙烷无氧脱氢能力和抗积炭稳定性。但是，Pt系催化剂由于活性组分是贵金属，催化剂成本高，并且高温反应条件下容易烧结，限制了其大规模利用。

第二类是以Cr氧化物作为脱氢活性组分。CN103769079A、CN103272578A、CN105688891A、CN104549388A、CN104128175A等公开了将Cr氧化物作为低碳烷烃无氧脱氢的催化剂，其中Cr氧化物为主催化剂，为了达到较高的催化剂稳定性，需要在其中加入碱金属、碱土金属来降低载体的酸性或者制备得到薄片形状的氧化铬。Cr基催化剂虽然有较高的催化活性，但是由于Cr基催化剂对环境有污染，随着目前人们对于环境保护的观念日益增强，Cr基催化剂也很难大规模利用。

第三类为其他催化剂，如V基催化剂(CN104549218A)、碳基催化剂(CN101972640A)、Sn基催化剂(CN101066532A)、Zn基催化剂(CN104607235A)等。

Fe基催化剂由于其价格低廉、环境友好等优势逐渐地被应用于低碳烷烃脱氢的反应中。目前尚未发现以铁基催化剂作为丙烯无氧脱氢催化剂的专利公开。

目前，丙烷无氧脱氢反应大多数以贵金属Pt或者具有一定环境危害性的Cr为脱氢的活性组分，虽然有较高的脱氢活性，但是由于贵金属催化剂的价格昂贵、活性组分容易烧结以及Cr基催化剂的环境污染问题，限制了其大规模利用。因此，开发价格低廉的、低毒性甚至无毒性的丙烷无氧脱氢催化剂是研究的热点之一。Fe催化剂价格低廉易得、毒性低并且具有良好的脱氢能力，有望成为替代Pt基催化剂和Cr基催化剂的一类催化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够适用于催化丙烷无氧脱氢制丙烯的Fe基催化剂。

为了实现上述目的，本发明提供了一种氮碳掺杂改性的Fe基催化剂的制备方法，该方法包括：

1)将载体、铁源、碳氮源加入溶剂中，制成悬浊液I；