CN103752314A - 用于烯烃叠合为长链α-烯烃的催化剂及其制法和应用 - Google Patents

用于烯烃叠合为长链α-烯烃的催化剂及其制法和应用 Download PDF

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Abstract

一种用于烯烃叠合为长链α-烯烃的催化剂是由碳纳米管和负载其上的NiO组成,NiO的重量组成占最终催化剂含量的0.5-30wt%,其余为碳纳米管。本发明具有催化活性高,选择性好,不易积碳的优点的优点。

Description

用于烯烃叠合为长链α-烯烃的催化剂及其制法和应用
技术领域
本发明涉及一种低碳烯烃叠合为α-烯烃的催化剂,具体说是涉及一种将费托合成尾气中烯烃叠合为碳链长度为C6-C18的α-烯烃的催化剂及其制备方法和应用。
技术背景
线性α-烯烃通常是指C4及C4以上高碳直链端烯烃,是一种重要的有机化工原料。α-烯烃主要用途有合成润滑油、合成共聚单体、生产洗涤剂和洗涤剂醇、合成增塑剂醇、生产润滑油添加剂及钻井液、黏合剂、密封剂等。
乙烯齐聚法是生产α-烯烃的主要方法,目前乙烯主要来源于石油化工,油价的攀升导致乙烯的价格居高不下,煤制烯烃工艺虽然在一定程上度缓解了乙烯短缺的压力,但是还是不能从根本解决问题。
我国炼化企业副产的大量石油液化气、裂解气等里面含有丰富的低碳烯烃资源,尚未得到合理利用。另外,费托合成工业示范和商业化装置越来越多,费托尾气中低碳烯烃的利用问题也逐渐凸显出来。如果将这些富含低碳烯烃的气体经过进一步的脱氢后再进行叠合,生成具有一定碳链长度的a-烯烃,这将会极大地提升这些未得到充分利用气体的价值。
目前用于烯烃叠合生产长链a-烯烃的催化剂主要是乙烯齐聚催化剂,这些催化剂直接用于费托尾气中低碳烯烃的叠合,不能表现出较好的选择性,碳链增长不能维持线性链增长,易发生异构或者其它副反应,且a-烯烃碳链长度不能调控。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种选择性好的费托合成尾气中低碳烯烃叠合为碳链长度为C6-C18的α-烯烃的催化剂及制备方法和应用。
碳纳米管(CNTs)独特的结构和性质,使其具备作为催化剂载体的优异条件,通过将催化剂组装在碳纳米管内部,利用碳纳米管管腔对催化剂性能的调变作用,达到提高催化活性的目的。碳纳米管本身的形貌使其具有特殊的一维限域效应,使低碳烯烃在碳纳米管中主要发生叠合反应,碳链线性链增长,生成中长链的a-烯烃,而不发生异构或者其它副反应,且a-烯烃碳链长度可通过碳纳米管长度调控。
本发明催化剂由碳纳米管和负载其上的NiO组成,NiO的重量组成占最终催化剂含量的0.5-30(wt)%,其余为碳纳米管。
本发明催化剂制备方法:将碳纳米管(CNTs)先用25-70℃的浓硝酸浸泡1-6h、然后用蒸馏水洗涤至中性,再用25-60℃丙酮浸泡2-12h,然后用0.1-1.0mol/L的表面活性剂清洗、最后用蒸馏水清洗至中性,干燥后得到纯化的碳纳米管;按照最终催化剂组成,采用等体积浸渍法将可溶性镍盐溶液浸渍到纯化的碳纳米管载体上,干燥,350-600℃焙烧2-10h,得到NiO/碳纳米管催化剂。
所述的碳纳米管是单壁碳纳米管,采用化学气相沉积法(CVD法)制备。
所述的表面活性剂选自span系列(失水山梨醇脂肪酸酯)表面活性剂的一种,如span-20、span-40、span-60或span-80等。
所述的可溶性镍盐为Ni(NO3)2·6H2O、NiSO4·6H2O、NiCl2·6H2O等的一种。
本发明催化剂于固定床反应器进行应用,催化剂进行反应前需要还原,还原条件为:纯氢气氛,GHSV=500-1000h-1,400-500℃,0.1-1.0MPa;反应条件为:180-300℃,2.0-6.0MPa,原料气空速GHSV=500-2000h-1,原料气来源于费托尾气分离出来的混合低碳烯烃,其主要成分及组成范围见表1。
本发明催化剂具有催化活性高,选择性好,不易积碳的优点,产品a-烯烃具有纯度高,副产物少,并且碳链长度可调的优点。
具体实施方式
为了更好的理解本发明,本发明实施例所使用CNTs源于采购上海嘉定正达分子筛厂产品,其技术指标见表2。下面给出几个举例性的但不是限制性的实施例。
实施例1:
将所采购碳纳米管(CNTs)(具体指标:CNTs含量99.3%,单壁CNTs含量95%,直径0.9nm,比表面积970m2/g)先用25℃的浓硝酸浸泡6h、然后用蒸馏水洗涤至中性,再用60℃丙酮浸泡1h,然后用0.1mol/L的表面活性剂清洗、最后用蒸馏水清洗至中性,干燥后得到纯化的CNTs;按NiO占最终催化剂的15(wt)%,将一定量的Ni(NO3)2溶液等体积浸渍到纯化后的CNTs载体上,干燥,400℃焙烧4h,得到催化剂15%NiO/CNTs(w/w)。
取上述催化剂10ml于固定床反应器中应用,催化剂进行反应前需要还原,还原条件为:纯氢气氛,GHSV=500h-1,400℃,1.0MPa;反应条件为:200℃,3.0MPa,GHSV=600h-1,所使用原料气来源于费托尾气分离出来的混合低碳烯烃,具体组成见表3,催化性能见表6。
实施例2:
将所采购CNTs(具体指标:CNTs含量98.4%,单壁CNTs含量94.4%,直径0.8nm,比表面积850m2/g)先用30℃的浓硝酸浸泡5h、然后用蒸馏水洗涤至中性,再用55℃丙酮浸泡3h,然后用0.2mol/L的表面活性剂清洗、最后用蒸馏水清洗至中性,干燥后得到纯化的CNTs;按NiO占最终催化剂的0.5%(wt),将一定量的NiSO4·6H2O溶液等体积浸渍到纯化后的CNTs载体上,干燥,600℃焙烧2h,得到催化剂0.5%NiO/CNTs(w/w)。
将上述催化剂装于固定床反应器,取上述催化剂10ml于固定床反应器中应用,催化剂进行反应前需要还原,还原条件为:纯氢气氛,GHSV=600h-1,420℃,0.8MPa;反应条件为:180℃,6.0MPa,所使用原料气来源于费托尾气分离出来的混合低碳烯烃,具体组成见表3,GHSV=1500h-1,催化性能见表6。
实施例3:
将所采购CNTs(具体指标:CNTs含量97.5%,单壁CNTs含量93.6%,直径0.8nm,比表面积770m2/g)先用35℃的浓硝酸浸泡4h、然后用蒸馏水洗涤至中性,再用50℃丙酮浸泡4h,然后用0.5mol/L的表面活性剂清洗、最后用蒸馏水清洗至中性,干燥后得到纯化的CNTs;按NiO占最终催化剂的20(wt)%,将一定量的Ni(NO3)2溶液等体积浸渍到纯化后的CNTs载体上,干燥,350℃焙烧6h,得到催化剂20%NiO/CNTs(w/w)。
取上述催化剂10ml于固定床反应器中应用,催化剂进行反应前需要还原,还原条件为:纯氢气氛,GHSV=700h-1,440℃,0.7MPa;反应条件为:250℃,压力2.0MPa,所使用原料气来源于费托尾气分离出来的混合低碳烯烃,具体组成见表4,GHSV=1200h-1,催化性能见表6。
实施例4:
将所采购CNTs(具体指标:CNTs含量96.8%,单壁CNTs含量90.7%,直径1.2nm,比表面积650m2/g)先用40℃的浓硝酸浸泡3h、然后用蒸馏水洗涤至中性,再用40℃丙酮浸泡3.5h,然后用0.6mol/L的表面活性剂清洗、最后用蒸馏水清洗至中性,干燥后得到纯化的CNTs;按NiO占最终催化剂的30(wt)%,将一定量的Ni(NO3)2溶液等体积浸渍到纯化后的CNTs载体上,干燥,360℃焙烧10h,得到催化剂30%NiO/CNTs(w/w)。
取上述催化剂10ml于固定床反应器中应用,催化剂进行反应前需要还原,还原条件为:纯氢气氛,GHSV=800h-1,450℃,0.5MPa;反应条件为:300℃,压力1.0MPa,所使用原料气来源于费托尾气分离出来的混合低碳烯烃,具体组成见表4,GHSV=750h-1,催化性能见表6。
实施例5:
将所采购CNTs(具体指标:CNTs含量97.3%,单壁CNTs含量92.5%,直径1.1nm,比表面积430m2/g)先用50℃的浓硝酸浸泡4h、然后用蒸馏水洗涤至中性,再用45℃丙酮浸泡4h,然后用0.71mol/L的表面活性剂清洗、最后用蒸馏水清洗至中性,干燥后得到纯化的CNTs;按NiO占最终催化剂的5(wt)%,将一定量的NiCl2·6H2O溶液等体积浸渍到纯化后的CNTs载体上,干燥,450℃焙烧8h,得到催化剂5%NiO/CNTs(w/w)。
取上述催化剂10ml于固定床反应器中应用,催化剂进行反应前需要还原,还原条件为:纯氢气氛,GHSV=750h-1,460℃,0.3MPa;反应条件为:220℃,压力5.0MPa,所使用原料气来源于费托尾气分离出来的混合低碳烯烃,具体组成见表4,GHSV=1000h-1,催化性能见表6。
实施例6:
将所采购CNTs(具体指标:CNTs含量98.0%,单壁CNTs含量92.9%,直径1.0nm,比表面积580m2/g)先用60℃的浓硝酸浸泡2h、然后用蒸馏水洗涤至中性,再用35℃丙酮浸泡5h,然后用0.8mol/L的表面活性剂清洗、最后用蒸馏水清洗至中性,干燥后得到纯化的CNTs;按NiO占最终催化剂的10(wt)%,将一定量的Ni(NO3)2溶液等体积浸渍到纯化后的CNTs载体上,干燥,500℃焙烧3h,得到催化剂10/%NiO CNTs(w/w)。
取上述催化剂10ml于固定床反应器中应用,催化剂进行反应前需要还原,还原条件为:纯氢气氛,GHSV=900h-1,480℃,0.2MPa;反应条件为:250℃,压力4.0MPa,所使用原料气来源于费托尾气分离出来的混合低碳烯烃,具体组成见表5,GHSV=800h-1,催化性能见表6。
实施例7:
将所采购CNTs(具体指标:CNTs含量97.8%,单壁CNTs含量94.6%,直径0.85nm,比表面积720m2/g)先用70℃的浓硝酸浸泡1h、然后用蒸馏水洗涤至中性,再用25℃丙酮浸泡6h,然后用1.0mol/L的表面活性剂清洗、最后用蒸馏水清洗至中性,干燥后得到纯化的CNTs;按NiO占最终催化剂的2.5(wt)%,将一定量的NiSO4·6H2O溶液等体积浸渍到纯化后的CNTs载体上,干燥,550℃焙烧3h,得到催化剂2.5%NiO/CNTs(w/w)。
取上述催化剂10ml于固定床反应器中应用,催化剂进行反应前需要还原,还原条件为:纯氢气氛,GHSV=1000h-1,500℃,0.1MPa;反应条件为:280℃,压力3.0MPa,所使用原料气来源于费托尾气分离出来的混合低碳烯烃,具体组成见表5,GHSV=500h-1,催化性能见表6。
表1原料气主要成分及组成范围
组分 C2 = C3 = C4 =
体积分数/% 5~20 40~80 15~40
表2采购CNTs的技术指标
Figure BDA0000432639460000051
表3实施例1、2反应使用原料气组成
组分 C2 = C3 = C4 =
体积分数/% 7.20 55.02 37.78
表4实施例3、4、5反应使用原料气组成
组分 C2 = C3 = C4 =
体积分数/% 19.68 70.22 10.1
表5实施例6、7反应使用原料气组成
组分 C2 = C3 = C4 =
体积分数/% 12.76 56.01 31.23
表6催化剂烯烃叠合性能
Figure BDA0000432639460000061
*C:代表转化率;S:代表选择性;Y:代表收率,Y(C6 =+)表示碳数大于等于6的烯烃收率。

Claims (9)

1.一种用于烯烃叠合为长链α-烯烃的催化剂,其特征在于催化剂是由碳纳米管和负载其上的NiO组成,NiO的重量组成占最终催化剂含量的0.5-30wt%,其余为碳纳米管。
2.如权利要求1所述的一种用于烯烃叠合为长链α-烯烃的催化剂,其特征在于所述的碳纳米管是单壁碳纳米管,采用化学气相沉积法制备的。
3.如权利要求2所述的一种用于烯烃叠合为长链α-烯烃的催化剂,其特征在于所述的碳纳米管是上海嘉定正达分子筛厂产品,其技术指标见表。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种用于烯烃叠合为长链α-烯烃的催化剂的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
将碳纳米管先用25-70℃的浓硝酸浸泡1-6h、然后用蒸馏水洗涤至中性,再用25-60℃丙酮浸泡2-12h,然后用0.1-1.0mol/L的表面活性剂清洗、最后用蒸馏水清洗至中性,干燥后得到纯化的碳纳米管;按照最终催化剂组成,采用等体积浸渍法将可溶性镍盐溶液浸渍到纯化的碳纳米管载体上,干燥,350-600℃焙烧2-10h,得到NiO/碳纳米管催化剂。
5.如权利要求4所述的一种用于烯烃叠合为长链α-烯烃的催化剂的制备方法,其特征在于所述的表面活性剂选自span系列表面活性剂。
6.如权利要求5所述的一种用于烯烃叠合为长链α-烯烃的催化剂的制备方法,其特征在于所述的span系列表面活性剂为span-20、span-40、span-60或span-80。
7.如权利要求4所述的一种用于烯烃叠合为长链α-烯烃的催化剂的制备方法,其特征在于所述的可溶性镍盐为Ni(NO3)2·6H2O、NiSO4·6H2O、NiCl2·6H2O中的一种。
8.如权利要求1-3任一项所述的一种用于烯烃叠合为长链α-烯烃的催化剂的应用,其特征在于催化剂于固定床反应器进行应用,催化剂进行反应前需要还原,还原条件为:纯氢气氛,GHSV=500-1000h-1,400-500℃,0.1-1.0MPa;反应条件为:180-300℃,2.0-6.0MPa,原料气空速GHSV=500-2000h-1,原料气来源于费托尾气分离出来的混合低碳烯烃。
9.如权利要求1-3任一项所述的一种用于烯烃叠合为长链α-烯烃的催化剂的应用,其特征在于费托尾气分离出来的混合低碳烯烃的主要成分及组成范围见表。
组分 C2 = C3 = C4 = 体积分数/% 5~20 40~80 15~40
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