[发明专利]负载型非贵金属催化剂及其制备方法和应用以及低碳烷烃脱氢的方法

说明书

本发明涉及脱氢催化剂技术领域，具体涉及一种负载型非贵金属催化剂及其制备方法和应用以及低碳烷烃脱氢的方法，该催化剂包括：活性组分、助剂和MFI分子筛，所述活性组分为镓元素，所述助剂选自第VIII族金属元素、IB族金属元素、IIB族金属元素和IVA族金属元素中的至少一种。采用特定的制备方法，尤其是水热合成法制备含助剂的MFI分子筛，能够制备得到本发明特定的负载型非贵金属催化剂。该催化剂以廉价金属镓元素为活性组分，并采用特定的助剂，且采用MFI分子筛，既能够提高该催化剂的活性、选择性和稳定性等性能，又能降低了催化剂成本，且不存在环境污染。

技术领域

本发明涉及脱氢催化剂技术领域，具体涉及一种负载型非贵金属催化剂及其制备方法和应用以及低碳烷烃脱氢的方法。

背景技术

目前，由低碳烷烃制取低碳烯烃引起广泛瞩目，其中的低碳烷烃主要指含有碳原子少于6的烷烃。丙烯和异丁烯是低碳烯烃中应用十分广泛的基础有机化工原料，它们用途广泛，是现代石油化工重要的基础原料。丙烯主要用于生产聚丙烯，还用于生产丙烯腈、环氧丙烷、丙烯酸、异丙醇等多种重要的有机合成中间体，异丁烯主要用于合成丁基橡胶、聚异丁烯、甲基丙烯腈、甲基叔丁基醚等产品。大多数的丙烯和异丁烯是通过炼油副产得到的，但由于石油储量有限，丙烯和异丁烯受制于原料来源，难以大规模增加产量，所以世界各国大力开发制备丙烯和异丁烯等低碳烯烃的新路线，特别是低碳烷烃为原料进行脱氢反应制备低碳烯烃的方法。

目前，低碳烷烃脱氢主要研究仍然集中在工艺开发及高性能催化剂开发上。传统催化剂研发主要集中在铬系和铂系催化剂，但铬系催化剂存在较大的环境污染问题，铂系催化剂具有价格高昂的缺点，因此，开发一种高效的新型低碳烷烃脱氢催化剂将极大的增加丙烷脱氢反应的收率，产生巨大的经济效益。

CN103638954A公开了一种非贵重金属脱氢催化剂的制备方法，以氢氧化铝干胶粉为催化剂的载体，通过混捏法或恒温过饱和浸渍法将Ni(H₂PO₂)₂6H₂O负载在载体上，然后经过干燥、焙烧得到负载有脱氢活性组分的Ni₂P的Ni₂P/γ-Al₂O₃催化剂；所述Ni₂P/γ-Al₂O₃催化剂中Ni₂P负载量以NiO计为催化剂重量的5.0％-20.0％。该催化剂用于C₃～C₂₀烷烃和环烷烃脱氢反应。

CN105521813A公开了一种含Sn、Zn的ZSM-5分子筛催化剂及其在低碳烷烃脱氢反应中的应用。

然而，现有的低碳烷烃脱氢催化剂的性能仍需要进一步提高，且存在成本高、污染环境的缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的低碳脱氢催化剂性能有待进一步提高且成本高、污染环境的缺陷，提供一种负载型非贵金属催化剂及其制备方法和应用以及低碳烷烃脱氢的方法，该催化剂以廉价金属镓元素为活性组分，降低了催化剂成本，且其应用在低碳烷烃脱氢的方法中，能够在相对低温下，具有很好的转化率、选择性和稳定性，且不存在环境污染，具有很高的经济价值和应用前景。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种负载型非贵金属催化剂，该催化剂包括：活性组分、助剂和MFI分子筛，所述活性组分为镓元素，所述助剂选自第VIII族金属元素、IB族金属元素、IIB族金属元素和IVA族金属元素中的至少一种。

优选地，所述催化剂满足C_GaXPS/C_GaICP＝1-10，其中，C_GaXPS是以X射线光电子能谱表征的催化剂中Ga元素含量；C_GaICP是以等离子耦合表征的催化剂中Ga元素含量。