[发明专利]含钾的催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及催化领域，公开了含钾的催化剂及其制备方法和应用。该催化剂包括含硅载体和活性组分，其中，至少部分所述活性组分嵌入载体的骨架中，所述活性组分包括La、Ba和K；其中，La、Ba、K和载体中Si的摩尔比为0.02‑0.1：0.001‑0.1：0.027‑0.3：1。该催化剂至少部分所述活性组分嵌入载体的骨架中，从而增加活性组分的活性位，同时该催化剂具有较大的比表面积，能够使活性组分均匀的分散在载体表面，更有利于原料及产物的扩散。

技术领域

本发明涉及催化领域，具体涉及含钾的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

乙烯是世界上最大的日用化学品和化工基本组成部分。例如，乙烯衍生物可以存在于食品包装、眼镜、汽车、医疗装置、润滑剂、发动机冷却剂和液晶显示器中。对于工业规模的应用，乙烯的商业生产可以涉及加热天然气冷凝物和石油馏分，其包括乙烷和高级烃。乙烯和其他C2+烃产物可以通过甲烷的氧化偶联(OCM)反应由甲烷生产。该技术在降低乙烯(C₂H₄)生产中的成本、能源和环境排放方面拥有巨大潜力，同时由于甲烷氧化偶联反应是强放热反应且在高温下进行，受限于反应温度和反应工艺的技术难度，至今尚未有工业化规模的生产问世，因此开发性能优良的甲烷氧化偶联催化剂具有现实意义。

为了降低甲烷氧化偶联催化剂的反应温度，研究人员做了很多工作，比如侯思聪等采用低温甲烷氧化偶联Li-ZnO/La₂O₃催化剂(采用钾和氧化锌掺杂氧化镧制备，物理化学学报，侯思聪等)。采用高温焙烧(950℃)的混合氧化物来制备催化剂，CN109922880A一种甲烷氧化偶联(OCM)催化剂组合物，其特征在于总通式Sr_1.0Ce_aYb_bO_c，其中，a为约0.01至约2.0，其中，b为约0.01至约2.0，其中，总和(a+b)不为1.0，并且其中，c平衡氧化态。CN109890501A一种甲烷氧化偶联(OCM)催化剂组合物，其包括：(i)Sr-Ce-Yb-O钙钛矿；(ii)一种或多种选自锶(Sr)、铈(Ce)和镱(Yb)的金属氧化物；其中，所述一种或多种氧化物包括：单一金属氧化物、单一金属氧化物的混合物、混合金属氧化物、混合金属氧化物的混合物、单一金属氧化物和混合金属氧化物的混合物，或其组合。上述制备的催化剂存在反应温度高，催化剂制备工艺复杂，制备周期长的问题，为工业化放大生产带来困难。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的催化剂反应活性低，催化剂制备工艺复杂，制备周期长的问题，提供含钾的催化剂及其制备方法和应用，该催化剂的至少部分所述活性组分嵌入载体的骨架中，从而增加活性组分的活性位，同时该催化剂具有较大的比表面积，能够使活性组分均匀的分散在载体表面，更有利于原料及产物的扩散；制备催化剂时，将模板剂、扩孔剂、水、硅源、镧前驱体、钡前驱体和钾前驱体进行混合，从而使得至少部分所述活性组分嵌入载体的骨架中，从而使得催化剂具有更多的活性位，该方法简单方便，易于工业化应用；并且该催化剂能够使由甲烷制备碳二及以上烃的反应在较低温度(如400-700℃范围内)进行，降低了对反应器和操作条件的要求，且具有较高的甲烷转化率和较高的碳二及以上烃选择性，更利于工业化放大生产。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种含钾的催化剂，该催化剂包括含硅载体和活性组分，其中，至少部分所述活性组分嵌入载体的骨架中，所述活性组分包括La、Ba和K；其中，La、Ba、K和载体中Si的摩尔比为0.02-0.1：0.001-0.1：0.027-0.3：1。

本发明提供的烷氧化偶联催化剂，该催化剂的活性组分嵌入载体骨架中和/或负载于载体上，从而增加活性组分的活性位，同时该催化剂具有较大的比表面积，能够使活性组分均匀的分散在载体表面，更有利于原料及产物的扩散，从而促进甲烷氧化偶联反应的进行。

本发明的第二方面，提供了一种制备含钾的催化剂的方法，该方法包括：