[发明专利]一种催化烷烃脱氢合成烯烃的催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种催化烷烃脱氢合成烯烃的催化剂及其制备方法和应用。本发型采用MWW分子筛作为载体，通过调控其层状结构来增加羟基结构；再通过原子原位移植的方法，利用其表面羟基固定Ti；在通过沉积‑沉淀法，使分子筛的Ti上固定Au纳米颗粒，同时利用MWW分子筛的孔道结构，特别是MCM‑36结构中2nm介孔限域Au颗粒的大小，制备出MWW结构负载1‑2nm大小的Au颗粒的负载型Au催化剂。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种催化烷烃脱氢合成烯烃的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

乙烯和丙烯是重要的化工原料，同时也是很多如苯乙烯、聚乙烯、环氧乙烯、聚丙烯、丙酮等化学品的基础，更是衡量一个国家工业发展水平的标准之一。传统的低碳烯烃生产主要源自于石脑油或者轻油的裂解过程，但由于我国石油供应的紧缺，这些生产过程已经很难满足市场的要求。

长期以来，乙烯在工业上的生产主要是通过乙烷的蒸汽裂解来实现的，由于是强吸热反应，反应的温度要求在850℃以上，且还要在负压，加入水蒸气稀释的条件才可进行，不仅操作繁琐，而且能耗大，需定期清除积碳，并且其产物组分复杂，分离难度大。而丙烯的供应则主要来源于石脑油的裂解制乙烯和石油催化裂化产生的副产品。因此，由于乙烯和丙烯的生产无法满足市场的需求，利用廉价的乙烷和丙烷通过脱氢来制得乙烯和丙烯的生产路线，越来越受到人们的关注。

低碳烷烃如乙烷、丙烷等广泛存在于天然气、油田伴生气、石油炼厂气中，将之合理利用符合我国可持续发展的原则。乙烷和丙烷是被主要关注的低碳烷烃，低碳烷烃的直接脱氢(DH)已经备受关注。对于丙烷脱氢(PDH)，两种主要的工艺已经被开发生产。即UOP公司的Oleflex工艺和ABB Lummus公司的Catofin工艺。Oleflex工艺的催化剂是Pt-Sn/Al₂O₃催化剂，该工艺有着反应连续、催化剂无需再生、稳态操作等优点；但是其副反应和积碳不断发生，催化剂寿命短，易失活。对于Catofin工艺，其采用的是Cr₂O₃/Al₂O₃催化剂，该工艺需加入蒸汽和氧气，蒸汽可以减少反应物的分压，加速转化；专利CN1216686也报道了一种铬系催化剂，即纳米Cr₂O₃催化剂，此催化剂在500-700℃下，具有很高的乙烷转化率，达到了77％以上；然而，由于铬系催化剂存在的环境污染问题，其不符合可持续发展的要求，氧化铬基催化剂的发展受到了限制。专利CN106944080报道了一种复合金属氧化物催化剂，其活性组分为Mo-V-Ni/Ce，载体为氧化铝、氧化硅、HZSM-5中的一种，其反应在400-600℃下，其催化剂的转化率较高，达到了30-55％，但是其乙烯选择性仅有30-56％，而且产物中还有很多碳氧化合物。Nakagawa其将负载Ga₂O₃的TiO₂催化剂，在乙烷的氧化脱氢中表现出良好的活性，但是其缺点是催化剂的稳定性较差，并且乙烯的选择性较低[Catalysis Letters,2000,64(2):215-221]。总之，绿色环保，性能优良，经济有益的催化剂是乙烷脱氢制备乙烯领域所需要的催化剂。