轉(zhuǎn)化催化劑及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低碳烴催化轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，具體涉及一種低碳烴和CO2轉(zhuǎn)化催化劑及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對于石油資源的需求量越來越大。2014年我國進(jìn)口原油3.1億噸，對外依存度高達(dá)59.6%，威脅著我國的能源戰(zhàn)略安全。相對石油資源而言，我國天然氣資源相對豐富，實(shí)現(xiàn)天然氣資源的高效轉(zhuǎn)化和利用，將是對石油資源的有效補(bǔ)充。
[0003]與蒸汽裂解制乙烯過程相比較，以0)2作為溫和氧化劑，通過CO 2氧化乙烷脫氫制乙烯，可以有效降低過程的反應(yīng)溫度，并避免了蒸汽裂解制乙烯過程大量水蒸汽的應(yīng)用，從而大幅降低乙烯生產(chǎn)能耗；而且，與蒸汽裂解制乙烯過程相比，0)2氧化乙烷脫氫制乙烯過程可進(jìn)一步提高目的產(chǎn)物選擇性，簡化分離流程。
[0004]化石資源燃燒和工業(yè)生產(chǎn)釋放出的大量CO2，不僅造成碳資源的浪費(fèi)，而且引起溫室效應(yīng)等嚴(yán)重環(huán)境問題，減少0)2的排放已成為人類目前必須解決的重要問題；co2氧化乙烷脫氫制過程在生產(chǎn)乙烯的同時(shí)，還充分利用0)2中的碳資源副產(chǎn)合成氣和氫氣，并緩解溫室氣體對環(huán)境的不良影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種低碳烴和CO2轉(zhuǎn)化催化劑及制備方法，所述催化劑由載體、以及過渡金屬和堿性金屬的氧化物組成，載體、過渡金屬氧化物和堿性金屬的氧化物的質(zhì)量比例為100: (8?20): (2?10);所述催化劑按以下方法制備而成:將載體成型、干燥、焙燒后，浸漬含有過渡金屬和堿性金屬的可溶性溶液，干燥、焙燒，制得成品催化劑；
[0006]所述載體為氧化硅、氧化鋁、高嶺土、膨潤土、海泡石、凹凸棒土、蒙脫土、硅藻土中之一種或幾種的混合物；
[0007]所述過渡金屬氧化物為鐵、錳的氧化物，或錳、鉻的氧化物，其中錳的氧化物的量為載體質(zhì)量的3?10%，鐵或鉻的氧化物的量為載體質(zhì)量的5?10%。
[0008]所述堿金屬為Na、K或Cs，所述堿土金屬為Ca或Ba ;堿金屬或堿土金屬的氧化物的量為載體質(zhì)量的4?8%。
[0009]所述催化劑的制備方法:將載體成型、干燥、500?620°C焙燒2?5小時(shí)后，浸漬含有過渡金屬和堿性金屬的可溶性溶液，干燥、520?650焙燒2?6小時(shí)，制得成品催化劑；
[0010]所述過渡金屬的可溶性溶液為鐵、錳或鉻的可溶性的硝酸鹽、硫酸鹽或氯化物溶液；所述堿性金屬的可溶性溶液為Na、K、Cs、Ca或Ba的可溶性的硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物或氫氧化物溶液；
[0011]所述催化劑用于低碳烴與二氧化碳生產(chǎn)乙烷過程，反應(yīng)條件為:溫度600?8200C，壓力0.03?1.2MPa，原料空速200?3000h_l，低碳烴/ 二氧化碳分子比0.25?4 ;所述低碳為乙烷、丙烷、富乙烷氣、富丙烷氣中至少之一種。
[0012]本發(fā)明提供了一種低碳烴和CO2轉(zhuǎn)化催化劑及制備方法，該催化劑用于低碳烷烴與二氧化碳轉(zhuǎn)化制低碳烯烴過程，活性好、目的產(chǎn)物選擇性高，且易于操作和工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下是本發(fā)明的具體實(shí)施舉例，但并不因此而限制本發(fā)明。
[0014]實(shí)施例1
[0015]本實(shí)施例中，催化劑由載體、過渡金屬Fe、Mn和堿金屬K的氧化物組成，其中載體:Fe203:MnO:K2O 比例為 100:8:6:9。
[0016]將硅溶膠、高嶺土混合混合均勻，混捏成型，120°C干燥10小時(shí)，550°C焙燒5小時(shí)，制得催化劑載體；
[0017]將上述載體抽真空I小時(shí)后，浸漬適量的含硝酸鐵、硝酸錳和硝酸鉀的水溶液，120°C干燥6小時(shí)，520°C焙燒5小時(shí)，制得催化劑A。
[0018]催化劑A用于乙烷與二氧化碳生產(chǎn)乙烷過程，反應(yīng)條件為:溫度780°C，壓力0.1MPa，原料空速UOOtT1，乙烷/ 二氧化碳分子比I。乙烷轉(zhuǎn)化率63%，生成乙烯的選擇性89%, 二氧化碳轉(zhuǎn)化率33%，并副產(chǎn)高值的CO和H2組分。
[0019]實(shí)施例2
[0020]本實(shí)施例中，催化劑由載體、過渡金屬Cr、Mn和堿金屬Cs的氧化物組成，其中S12:Fe203:MnO:K2O 比例為 100:8:6:9。
[0021]將擬薄水鋁石(氧化鋁前體)、硅藻土混合混合均勻，加適量硝酸溶液混捏均勻，成型，100°C干燥8小時(shí)，520°C焙燒8小時(shí)，制得催化劑載體；
[0022]將上述載體抽真空0.5小時(shí)后，浸漬適量的含硝酸鉻、硝酸錳和硝酸銫的水溶液，100°C干燥10小時(shí)，550°C焙燒8小時(shí)，制得催化劑B。
[0023]催化劑B用于乙烷與二氧化碳生產(chǎn)乙烯過程，反應(yīng)條件為:溫度800°C，壓力0.6MPa，原料空速240(?-1，二氧化碳/乙烷分子比0.5。乙烷轉(zhuǎn)化率68%，生成乙烯的選擇性92 %，二氧化碳轉(zhuǎn)化率27 %，并副產(chǎn)高值的CO和H2組分。
[0024]實(shí)施例3
[0025]本實(shí)施例中，催化劑由載體S12、過渡金屬Fe、Mn和堿金屬K、Ba的氧化物組成，S12: Fe2O3: MnO:堿金屬氧化物比例為100:4:8:7，其中堿金屬氧化物中K2O與BaO重量比例為 5:2。
[0026]將載體S12抽真空I小時(shí)后，浸漬適量的含硝酸鐵、硝酸錳、硝酸鉀和硝酸銫的水溶液，1200°C干燥8小時(shí)，520°C焙燒6小時(shí)，制得催化劑C。
[0027]催化劑C用于丙烷與二氧化碳生產(chǎn)低碳烯烴過程，反應(yīng)條件為:溫度620°C，壓力0.1MPa,原料空速δΟΟΙΓ1，二氧化碳/丙烷分子比2。丙烷轉(zhuǎn)化率59%，低碳烴烯選擇性83%, 二氧化碳轉(zhuǎn)化率21 %，并副產(chǎn)高值的CO和H2組分。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低碳烴和CO 2轉(zhuǎn)化催化劑，其特征在于，所述催化劑由載體、以及過渡金屬氧化物和堿性金屬的氧化物組成，載體、過渡金屬氧化物和堿性金屬的氧化物的質(zhì)量比例為100: (8 ?20): (2 ?10)； 所述催化劑按以下方法制備而成:將載體成型、干燥、焙燒后，浸漬含有過渡金屬和堿性金屬的可溶性溶液，干燥、焙燒，制得成品催化劑； 所述載體為氧化硅、氧化鋁、高嶺土、膨潤土、海泡石、凹凸棒土、蒙脫土、硅藻土中之一種或幾種的混合物； 所述過渡金屬氧化物為鐵、錳或鉻的氧化物； 所述堿性金屬氧化物為堿金屬或堿土金屬的氧化物。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種低碳烴和CO2轉(zhuǎn)化催化劑，其特征在于所述過渡金屬氧化物為鐵、錳的氧化物，或錳、鉻的氧化物，其中錳的氧化物的量為載體質(zhì)量的3?10%，鐵或鉻的氧化物的量為載體質(zhì)量的5?10%。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種低碳烴和CO2轉(zhuǎn)化催化劑，其特征在于所述堿金屬為Na、K或Cs，所述堿土金屬為Ca或Ba ;堿金屬或堿土金屬的氧化物的量為載體質(zhì)量的4?8%。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種低碳烴和CO2轉(zhuǎn)化催化劑，其特征在于其制備方法具體按照以下步驟進(jìn)行:將載體成型、干燥、500?620°C焙燒2?5小時(shí)后，浸漬含有過渡金屬和堿性金屬的可溶性溶液，干燥、520?650焙燒2?6小時(shí)，制得成品催化劑。
5.按照權(quán)利要求4所述的一種低碳烴和CO2轉(zhuǎn)化催化劑，其特征在于所述過渡金屬的可溶性溶液為鐵、錳、鉻的可溶性的硝酸鹽、硫酸鹽或氯化物溶液；所述堿性金屬的可溶性溶液為Na、K、Cs、Ca或Ba的可溶性的硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物或氫氧化物溶液。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種低碳烴和CO2轉(zhuǎn)化催化劑的應(yīng)用，其特征在于所述催化劑用于低碳烴與二氧化碳生產(chǎn)乙烷過程，反應(yīng)條件為:溫度600?820°C，壓力0.03?.1.2MPa，原料空速200?3000h-l，低碳烴/ 二氧化碳分子比0.25?4 ;所述低碳為乙烷、丙烷、富乙烷氣、富丙烷氣中至少之一種。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種低碳烴和CO2轉(zhuǎn)化催化劑及其應(yīng)用屬低碳烴催化轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，所述催化劑由載體、以及過渡金屬和堿性金屬的氧化物組成，載體、過渡金屬氧化物和堿性金屬的氧化物的比例為100:(8～20):(4～10)；所述催化劑的應(yīng)用，其特征在于所述催化劑用于低碳烴與二氧化碳生產(chǎn)乙烷過程，反應(yīng)條件為：溫度600～820℃，壓力0.03～1.2MPa，原料空速200～3000h-1，低碳烴/二氧化碳分子比0.25～4；所述低碳為乙烷、丙烷、富乙烷氣、富丙烷氣中至少之一種。本發(fā)明提供了一種低碳烴和CO2轉(zhuǎn)化催化劑及制備方法，該催化劑用于低碳烷烴與二氧化碳轉(zhuǎn)化制低碳烯烴過程，活性好、目的產(chǎn)物選擇性高，且易于操作和工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】C07C5-333, C07C11-06, C07C5-48, B01J23-889, C07C11-04
【公開號】CN104857968
【申請?zhí)枴緾N201510196784
【發(fā)明人】安杰, 朱向?qū)W, 李秀杰, 劉盛林, 陳福存, 徐龍伢
【申請人】中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月23日