CN1185994A - 异丁烷催化脱氢制异丁烯的催化剂及过程 - Google Patents

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Abstract

一种将异丁烷转化为异丁烯的催化剂,其中包括至少一种将异丁烷转化为异丁烯的金属元素,一种或多种碱土金属和过渡金属元素,至少一种碱金属,和氧化铝或适宜比表面积及孔径的铝小球,包括在500—800℃下使异丁烷与上述发明中的催化剂相接触。

Description

异丁烷催化脱氢制异丁烯的催化剂及过程
本发明涉及将异丁烷催化脱氢制异丁烯的催化剂及其过程。
由于人类对赖以生存的环境给予的更大关注,引发了汽油无铅化和低铅化的潮流,在汽油的添加剂中,MTBE(甲基叔丁基醚)作为汽油辛烷值的改进剂引人注目,需求量越来越大。近年来,国际上的MTBE的生产每年以29%的平均速度增长。成为全球最热门的精细化工产品之一,而其主要生产原料异丁烯出现很大缺口,生产增长很快,异丁烯生产路线中增长及潜力最大的是异丁烷脱氢。
就目前国外专利报道的催化剂体系,以及国外工业化的工艺中所采用的催化剂体系,主要有两类:一类是氧化物型,以Cr2O3为主,Catofin工艺中,采用的Cr/Al催化剂转化率为60-61%,选择性91-93%。Linele工艺中,采用的Cr/Al催化剂转化率为40-45%,选择性91-95%。一类是金属型催化剂。主要是Pt/Al2O3系贵金属催化剂,Oleflex工艺中所采用的此类催化剂,转化率为45-55%,选择性91-93%。
本发明目的就是提供一种催化剂,以更高的转化率和选择性将异丁烷转化为异丁烯。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明所提供的催化剂有下面两种经验表示式,一种是用共沉淀和混浆法制备的催化剂的表示式:AaBbCcDdOx;另一种是用浸渍法制备的负载型催化剂的表示式:AaBbCc/载体。在上述催化剂中,A是选自于Cr、Pt、V的元素,B为选自于La、Dy、Cu、Be、Ag、Mg、Ca、Ba、Zr、Sn、Fe的元素,C是选自于Li、Na、K的元素,D为选自于Al、Si、Ti、Zr的元素,负载催化剂的载体可以是硅小球,铝小球,硅铝球和钛铝球或分子筛。
其中a/d,a/b,a/c的原子比值在0.001-30范围内各自独立变化,并且负载催化剂中有效组分的担载量为0.01-50%(重量)。
上述催化剂A元素优选是Cr,B元素优选是Cu和La,C元素优选的是K,D元素优选的是Al。负载催化剂的载体优选的是γ-Al2O3
本发明中的催化剂可采用共沉淀,混浆法和浸渍法等方法来制备。用共沉淀,混浆法和浸渍法制得的催化剂前体,在80-150℃下干燥,然后在300-1000℃下焙烧,具体的焙烧温度因组成及选用的原料的不同而不同。一般焙烧时间为2-15小时,焙烧后的催化剂筛分一定目数的颗粒后,就可以评价其活性。
实验中所采用的催化剂评价装置有两种,一种是小反应装置,采用的反应器是由直径8毫米石英管制作的微型反应器,可装催化剂0.1-1毫升;另一种是由直径20毫米的不锈钢管制作的反应器,一般装催化剂10毫升,用两根热电偶分别测量反应管外壁温度和催化剂床层温度。
通过上述催化剂将异丁烷催化脱氢制得异丁烯的过程,是将异丁烷(可加稀释气N2、H2)通过催化剂床层,床层温度为500-650℃,异丁烷原料气的空速控制在100-1000h-1标准状态下。
反应时催化剂床层的最佳控制温度为550-620℃。
反应原料气异丁烷的最佳空速为150-800h-1
使用本发明的催化剂,在适宜的条件下,异丁烷可高转化、高选择性生成异丁烯,气相副产物中只有少量甲烷和微量C2、C3。异丁烷转化率大于50%,异丁烯选择性大于90%。同时本发明的催化剂也适合于丙烷催化脱氢制丙烯,和正丁烷催化脱氢制丁烯和丁二烯。
本发明的催化剂的特点在于,高活性、高选择性和好的抗积碳性能。并且具有长期运转的稳定性,和适应流化床反应器所需要的机械强度。
下面对照实施例进一步阐明本发明的催化剂。例举的实例反用来说明使用的催化剂的组成,制备过程,反应条件及所取得的相应试验结果,但不限定本发明有更佳的催化剂组成,制备工艺和反应条件。实施例1
称取Cr(NO3)3.9H2O 7.67克,Cu(NO3)2.3H2O 0.95克,KNO30.41克,并将它们溶于20ml水中。在60℃的水浴加热下,多次分步浸渍到20-50目的Al2O3载体上,然后在110℃温度下干燥12个小时,放入马福炉中,在600℃下焙烧6小时,即制得催化剂。
取0.5ml 20-50目的催化剂放入石英制的小微型反应器中,用纯异丁烷原料气进行评价。反应温度560℃,异丁烷空速为800h-1,可获得异丁烷转化率57.7%,异丁烯选择性91.3%。取10ml 20-50目的催化剂,放入不锈钢反应器中用纯异丁烷原料气进行评价,在反应器器壁控制温度为615℃,催化剂床层温度为565℃时,可获得异丁烷转化率55.0%,异丁烯选择性96.8%。实施例2
称γ-Al3O3 10克,筛分为20-50目放入马福炉,在800℃下焙烧10小时后,作为载体。再称取Cr(NO3)3.9H2O 7.67克,Cu(NO3)2.3H2O 0.95克,KNO3 0.59克,并将它们溶于15ml水中,在60℃水浴加热下,分次浸渍到载体上,然后在110℃下干燥12小时,在650℃煅烧10小时自然冷后,即制的催化剂。取催化剂10ml放入不锈钢反应器中,用异丁烷原料气进行评价,在反应器器壁控制温度为615℃,催化剂床层温度为586℃,异丁烷空速为400h-1时,可获得异丁烷转化率65.1%,异丁烯选择性93.2%。实施例3
称取Cr(NO3)3·9H2O 8.6克,Ca(NO3)2·4H2O 0.94克KNO3 0.4克,制备方法同例1,浸渍到10克Al2O3上,经干燥,焙烧后制得催化剂。在0.5ml微型反应器的反应装置上进行催化剂评价。反应温度550℃,异丁烷空速800h-1,可得异丁烷转化率66.6%,异丁烷选择性88.5%。实施例4
Cu(NO3)2·3H2O 2克,Ca(NO3)2·4H2O 1克,Cr(NO3)3·9H2O 16克,KNO3 1克,Al2O3 21克,制备方法及评价条件同例2,在反应器器壁控制温度为615℃,催化剂床层温度为558℃,异丁烷空速为400h-1时,可获得异丁烷转化率53.1%,异丁烯选择性95.0%。实施例5
称取Cu(NO3)2·3H2O 2克,Mg(NO3)20.9克,Cr(NO3)3·9H2O 15克,KNO3 0.9克,焙烧后的γ-Al2O320克。制备方法及评价方法同例2,在反应器器壁控制温度为620℃,催化剂床层温度为575℃,异丁烷空速为400h-1时,可获得异丁烷转化率55.1%,异丁烯选择性97.1%。实施例6
把8.5克Cr(NO3)3·9H2O,1.1克Cu(NO3)2·3H2O,80.8克Al(NO3)3·9H2O溶解于蒸馏水中,在搅拌下缓缓加入(NH4)2CO3溶液直至完全形成凝胶,将得到的凝胶洗涤数次后,过滤,然后在得到的滤饼中加入6毫升10%KNO3溶液,充分搅拌混合后,在110℃下干燥10hr,在700℃焙烧6hr,制的催化剂,破碎,筛分为20-40目,用于评价。
取催化剂10ml放入不锈钢反应器中,用异丁烷原料气进行评价,在反应器器壁控制温度为615℃,催化剂床层温度为570℃,异丁烷空速为400h-1时,可获得异丁烷转化率56.1%,异丁烯选择性93.1%。实施例7
称取8.5克Cr(NO3)3·9H2O,1.1克Cu(NO3)2·3H2O,80.8克Al(NO3)3·9H2O,La(NO3)3·6H2O 0.4克,采用共沉淀法制备,沉淀剂用20%的NH4OH溶液,制备方法及评价方法同例6。在反应器器壁控制温度为620℃,催化剂床层温度为580℃,异丁烷空速为350h-1时,可获得异丁烷转化率62.7%,异丁烯选择性93.2%。实施例8
各硝酸盐的称量如例1,所用的载体是含Ti 20%的Al-Ti球,制备前先把铝钛球在900℃下焙烧10小时,然后用浸渍法制备催化剂,制备方法同例1。在10毫升反应装置上进行评价,在反应器器壁控制温度为615℃,催化剂床层温度为570℃,异丁烷空速为400h-1时,可获得异丁烷转化率56.1%,异丁烯选择性93.1%。实施例9
称取8.5克Cr(NO3)3·9H2O,1.1克Cu(NO3)2·3H2O,80.8克Al(NO3)3·9H2O,用共沉淀法制备催化剂,沉淀剂选用10%的KOH(或NaOH)溶液,硝酸盐溶解于蒸馏水中,边搅拌边加入沉淀剂,使其完全形成凝胶,且PH值为8.5-9,老化3小时,过滤,在110℃下干燥20小时,在650℃焙烧7hr,即得催化剂,经破碎筛分后,在0.5ml反应装置上进行评价。
KCuCrAlO催化剂,在反应温度为560℃,异丁烷空速为800h-1时,可获得异丁烷转化率57.0%,异丁烯选择性92.0%。
NaCuCrAlO催化剂,在反应温度为560℃,异丁烷空速为800h-1时,可获得异丁烷转化率53.2%,异丁烯选择性93.4%。实施例10
称取三氧化二铬8克,氢氧化铜5克,氢氧化铝61克,氧化钾1克,和25毫升70%的硝酸混合后,在130-170℃加热1小时,再回流10小时后,经干燥,焙烧,研细,过筛,成型后。即得催化剂。
取20-40目的上述催化剂10毫升,进行评价,在反应器器壁控制温度为615℃,催化剂床层温度为℃,异丁烷空速为400h-1时,可获得异丁烷转化率%54.5,异丁烯选择性94.1%。

Claims (6)

1.一种用于异丁烷催化脱氢制异丁烯得催化剂,其特征在于用共沉淀和混浆法制备得催化剂表示式为AaBbCcDdOx,用浸渍法制备的负载型催化剂的表示式:AaBbCc/载体,
(1)A是选自于Cr、Pt、V的元素,
(2)B为一种或两种选自于La、Dy、Cu、Be、Ag、Mg、Ca、Ba、Zr、Sn、Fe的元素,
(3)C是选自于Li、Na、K的元素,
(4)D为选自于Al、Si、Ti、Zr的元素,
(5)负载催化剂的载体可以是硅小球,铝小球,硅铝球和钛铝球或分子筛,其中a/d,a/b,a/c的原子比值在0.001-30范围内变化,并且负载催化剂中有效组分的担载量为0.01-50%(重量)。
2.如权利要求1所述的催化剂,其特征在于其中的元素A为Cr,元素B为Cu和La,元素C为K,元素D为Al。
3.如权利要求1所述的催化剂,其特征在于其中的负载催化剂的载体为γ-Al2O3小球。
4.  如权利要求1或2所述的催化剂,其特征在于a/d为0.01-0.5,a/b为1-15,a/c为0.5-10。
5.如权利要求1所述的催化剂,采用共沉淀法制备时,沉淀剂可选用NH4OH、(NH4)2CO3、KOH、NaOH,沉淀终点PH=8-9,催化剂活化温度为300-800℃,时间为2-15小时。
6.一种将异丁烷转化为异丁烯的过程,其特征在于在500-800℃下使异丁烷与催化剂相接触。
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