[发明专利]一种钴基催化剂及其用途

说明书

本发明公开了一种钴基催化剂及其用途，该催化剂包括活性组分金属Co和载体，载体为纯硅片状ZSM‑5或经过脱铝处理Beta(SiO₂/Al₂O₃＝10～60)分子筛得到的高硅Beta分子筛。本发明催化剂具有较高的脱氢活性和稳定性，制备工艺简单，成本较低，对环境友好，具有很好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及催化剂和用途，特别涉及一种钴基催化剂及其用途。

背景技术

以丙烯为代表的低碳烯烃应用极为广泛，是工业上多种化工产品进一步生产的基础原料。目前我国对丙烯的需求量的增长速度已经远超过乙烯。丙烯是生产聚丙烯的主要原料，另外丙烯还可用于生产丙烯酸及其脂类、异丙醇、苯酚和丙酮、丁醇和辛醇等，丙烯制成品其良好的性能,在现代石油和化学工业中占据着重要的地位。目前，丙烯主要来源于石脑油裂解和石油催化裂化。随着石油资源的日益枯竭，丙烯的生产途径也从化石燃料裂化向低碳烷烃转化转变。由于我国天然气的开发，使得获得廉价丙烷成为可能，因此近年来我国已有多套丙烷脱氢装置在建以满足市场逐年递增的丙烯的需求。

丙烷催化脱氢反应受限于热力学平衡，须在高温、低压的苛刻反应条件下进行。同时丙烷脱氢过程中还伴随发生脱氢、裂化、氢解和积碳等复杂过程。当前，丙烷脱氢制丙烯主要采用UOP公司的Oleflex、Lummus Technology公司的Catofin工艺以及其他生产丙烯的方法。上述丙烷脱氢的工艺主要区别在于催化剂的制备方法，反应器的设计和催化剂的再生方法。UOP公司的Oleflex工艺采用Pt-Al₂O₃为催化剂，Lummus Technology公司的Catofin工艺采用Cr-Al₂O₃为催化剂。由于Cr会对环境造成污染，限制了工业使用。Pt基催化剂是被广泛应用的丙烷脱氢制丙烯催化剂。虽然在550℃常压条件下负载Pt基催化剂经过15min具有46％的丙烷转化率和93％的丙烯选择性，但由于高温条件下积碳比较严重，10h后催化剂已失活，稳定性较差，使用寿命较短。另外贵金属催化剂成本也较高。为了改善丙烷脱氢催化剂的反应性能，研究人员做了很多工作，例如周钰明等考察了Pt催化剂上的丙烷脱氢反应，其使用了多类载体，包括常规氧化铝、ZSM-5、SBA-15、介孔氧化铝等，发现分子筛具有最高的稳定性。采用分子筛替代传统的γ-Al₂O₃载体，有利于活性组分在载体表面充分分散，降低活性组分在催化剂表面的团聚，提高催化效果；其次，分子筛较短的孔道和众多的窗口，不利于积碳在催化剂表面上的沉积，从而抑制催化剂的快速失活；相比于硅铝分子筛，纯硅的分子筛具有较低的载体表面酸性，抑制裂解等优点，因此开发工艺简单且成本经济的合成方法，制备具有多级孔结构的分子筛具有重要意义。

中国专利201510833517.3研发了一种以三氧化二铝为载体，Pt为活性中心，Sn为第一助剂，在载体前驱体制备过程中引入La、Ce组分，制成改性的载体，然后再使用初湿浸渍的方法，将Pt、Sn浸渍到改性的载体上，干燥焙烧后再浸渍K、Na碱性金属。该专利公开的催化剂在丙烷脱氢中有较好的选择性，但转化率仍有待改善。