[发明专利]一种铂铜双组分催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂及其制备方法和应用，具体的说，是涉及一种用于丙烷脱氢制丙烯的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

丙烯是最重要的石油化工产品之一，广泛用作生产丙烯腈、环氧丙烷和丙烯酸等化工品的主要原料。近年来，受房地产、汽车、包装和纺织服装等产业快速发展的拉动，丙烯市场出现巨大的体量和缺口，这使丙烯成为目前最有前景的大石化产品。现有丙烯主要来源于石油催化裂化和石脑油重整等传统工艺等副产或联产。传统工艺受石油供给和产物分配等因素的影响，丙烯供给不能满足现有的市场需求，因此丙烷脱氢技术受到研究者的广泛关注。

丙烷脱氢工艺能够将廉价的丙烷原料通过气固催化过程转化成高价值的烯烃产物，产物体系简单，丙烯收率较高。我国蕴含丰富的天然气资源能够为丙烷脱氢工艺提供丰富廉价的丙烷原料。另外，丙烷脱氢工艺已有20年的工业生产经验，在全球共有超过20套的工艺生产装置，工艺技术成熟。综合考虑经济性和工艺成熟性等因素，丙烷脱氢工艺备受瞩目。世界上工业化的丙烷脱氢工艺主要有UOP公司的Oleflex工艺、Lummus公司的Catofin工艺、Phillips公司的Star工艺、Linde工艺和FBD流化床工艺。其中，UOP公司的Oleflex工艺占有超过四分之三的市场份额，是目前应用最多的丙烷脱氢生产丙烯的工艺技术。UOP公司的Oleflex工艺中使用Pt/Al₂O₃催化剂，Pt/Al₂O₃催化剂具有较高的催化活性和丙烯选择性，且环境友好。然而，Pt/Al2O3催化剂也存在缺点：在反应中易积碳失活、从而降低了丙烯的收率。

在研究中，一般通过增加助剂或设计改变载体性质来减少积碳，抑制失活并提高丙烯产率。余长林等[Effect of Ce addition on the Pt-Sn/γ-Al2O3catalyst for propane dehydrogenation to propylene.Applied Catalysis A:General.2006,315,58-67.]研究锡和铈助剂对铂/氧化铝催化剂的作用。反应初始时，Pt/Al催化剂丙烷转化率为34.10%，丙烯选择性为64.10%。反应150min后，Pt/Al催化剂丙烷转化率为18.65%，丙烯选择性为88.18%。而在添加了锡和铈助剂后，Pt-Sn/1.1Ce-Al催化剂的初始丙烷转化率为43.78%，初始丙烯选择性为92.54%。反应150min后，Pt-Sn/1.1Ce-Al催化剂的丙烷转化率为39.76%，丙烯选择性为97.19%。由上可得出结论，助剂的加入提高了催化剂的转化率和丙烯选择性，从而提升了催化剂的丙烯收率。但是该催化剂活性下降较快，催化剂的稳定性仍有待提高。M.Santhosh Kumar等[Dehydrogenation of propane over Pt-SBA-15and Pt-Sn-SBA-15:Effect of Sn on the dispersion of Pt and catalytic behavior]研究了一种以SBA-15为载体的铂系催化剂以及锡助剂在该体系中所体现的作用。Pt-SBA-15催化剂的初始丙烷转化率为13%，初始丙烯选择性为85%。反应220min后，Pt-SBA-15催化剂的丙烷转化率为12%，丙烯选择性为78%。加入助剂锡后，Pt-Sn-SBA-15催化剂的初始丙烷转化率为16%，初始丙烯选择性为99%。反应220min后，Pt-Sn-SBA-15催化剂的丙烷转化率为16%，丙烯选择性为99%。由此可知，锡助剂的加入提高了催化剂的转化率和丙烯选择性。助剂有助于改善催化剂的反应活性，从而最终提高了丙烯的转化率。这主要是以因为相比氧化铝催化剂，SBA-15催化剂减少了载体上酸活性位的量，从而提高了催化剂的稳定性。但催化剂的丙烷转化率较低，仍有待于进一步提高。

发明内容

本发明要解决的是目前用于丙烷脱氢制丙烯的铂系催化剂易失活、丙烯收率低的技术问题，提供一种铂铜双组分催化剂及其制备方法和应用，该催化剂具有较好的反应稳定性，较高的丙烷转化率和丙烯选择性，从而能够获得较高的丙烯产率。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种铂铜双组分催化剂，该催化剂以γ-Al₂O₃为载体，以铂金属为活性组分，以铜金属为助剂；以催化剂总质量为基准，其中铂金属质量百分含量为0.3-1.0%，铜金属的质量百分含量为0.25-2.0%；并且，该催化剂采用下述方法制备：