CN114618470A - 一种复合型催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种复合型催化剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种复合型催化剂及其制备方法和应用,将由锌源、镓源、铝源和羟基酸组成的混合物依次经过反应I,干燥,焙烧制备得到。本申请提供了一种价格低廉、环境友好的丙烷脱氢制丙烯催化剂;利用该催化剂能够应用于循环流化床工艺的开发,促进丙烷脱氢新技术的发展。
Description
技术领域
本申请涉及一种复合型催化剂及其制备方法和应用,属于催化剂技术领域。
背景技术
丙烯是基础化工原料,主要来源于石脑油催化裂解、催化裂化、甲醇制烯烃、丙烷脱氢等。其中丙烷脱氢由于丙烷的产量增加,成本降低而得到了较快的发展。
目前丙烷脱氢催化剂主要为Pt系催化剂和Cr系催化剂。丙烷脱氢过程受热力学限制,反应温度对转化率影响严重。为保证丙烷转化率,丙烷脱氢反应温度在580~630℃之间。在这一温度下,催化剂积炭失活难以避免,催化剂的烧炭再生是恢复活性的主要手段。而由于贵金属Pt价格昂贵,氧化铬对环境的毒害较大,难以承受催化剂破碎跑损问题,因此无法采用循环流化床工艺。Pt催化剂主要采用移动床工艺,而氧化铬催化剂采用并联的多器固定床反应器,操作过程复杂繁琐。因此发展价格低廉、环境友好的新型催化剂是丙烷脱氢催化剂的主要发展方向。
发明内容
本发明针对上述问题,提供了一种价格低廉、环境友好的丙烷脱氢制丙烯的复合型催化剂、其制备方法及应用。
根据本申请的第一方面,提供了一种复合型催化剂,将由锌源、镓源、铝源和羟基酸组成的混合物依次经过反应I,干燥,焙烧制备得到。
可选地,所述复合型催化剂由锌、镓、铝和氧四种元素组成;所述锌元素、镓元素和铝元素的质量比为13.6~62.0:0.6~7.8:30.2~85.8。
可选地,所述羟基酸选自柠檬酸、酒石酸、乳酸、苹果酸中的至少一种;
所述锌源选自硝酸锌、氯化锌、硫酸锌中的至少一种;
所述镓源选自硝酸镓、氯化镓、硫酸镓中的至少一种;
所述铝源选自硝酸铝、氯化铝、硫酸铝中的至少一种。
根据本申请的第二方面,提供了一种上述复合型催化剂的制备方法,所述方法包括:
(1)将由锌源、镓源、铝源和羟基酸组成的混合物,反应I,得到溶胶;
(2)将含有所述溶胶的物料干燥,焙烧,即可得到所述复合型催化剂。
可选地,在所述步骤(1)中,在所述步骤(1)中,所述锌源、镓源、铝源的摩尔比为13.6~62.0:0.6~7.8:30.2~85.8;
所述镓源的摩尔数以金属镓的摩尔数计;所述铝源的摩尔数以金属铝的摩尔数计;所述锌源的摩尔数以金属锌的摩尔数计;
所述金属源和所述羟基酸的摩尔比为100:10~100;
所述金属源的摩尔数为锌源、镓源和铝源的摩尔数之和;所述羟基酸的摩尔数以羟基酸自身的摩尔数计。
可选地,本申请中的复合型催化剂由溶胶法制备得到。
可选地,在所述步骤(1)中,所述反应I的条件为:温度为20-80℃;时间为0.5-5h;
在所述步骤(2)中,所述干燥的条件为:温度为50~200℃;时间为4~20h;
所述焙烧的条件为:温度为300~700℃;时间为4~20h。
具体地,本申请的复合型催化剂并不是氧化锌、氧化铝和氧化镓简单物理混合得到的,而是具有特定的形貌和结构。
根据本申请的最后一方面,提供了一种丙烯的制备方法,所述方法包括:将含有丙烷的原料气,在催化剂的存在下,反应II,即可得到所述丙烯;
所述催化剂选自上述复合型催化剂、根据上述方法制备得到的复合型催化剂中的至少一种;
可选地,所述反应II的条件为:反应温度为530-630℃;反应空速为200~600L Kg- 1h-1。
可选地,所述反应II的压力为常压。
可选地,反应温度的上限独立选自540℃、550℃、560℃、570℃、580℃、590℃、600℃、610℃、620℃或630℃;下限选自530℃、540℃、550℃、560℃、570℃、580℃、590℃、600℃、610℃、620℃、或625℃。
可选地,丙烷质量空速的上限选自220L Kg-1h-1、240L Kg-1h-1、260L Kg-1h-1、280LKg-1h-1、300L Kg-1h-1、350L Kg-1h-1、400L Kg-1h-1、450L Kg-1h-1、500L Kg-1h-1、550L Kg-1h-1或600L Kg-1h-1;下限选自200L Kg-1h-1、220L Kg-1h-1、240L Kg-1h-1、260L Kg-1h-1、280L Kg- 1h-1、300L Kg-1h-1、350L Kg-1h-1、400L Kg-1h-1、450L Kg-1h-1、500L Kg-1h-1、550L Kg-1h-1或580L Kg-1h-1。
本申请能产生的有益效果包括:
(1)提供一种价格低廉、环境友好的丙烷脱氢制丙烯催化剂;
(2)利用该催化剂能够应用于循环流化床工艺的开发,促进丙烷脱氢新技术的发展。
附图说明
图1为催化剂1的XRD图谱;
图2为混合催化剂1的XRD图谱。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请,但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明,本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
本申请的实施例中分析方法如下:
原料及产物由安捷伦公司的Agilent 7890B气相色谱,采用安捷伦公司的PLOT-Q毛细管柱检测。
本申请的实施例中,丙烷转化率以及丙烯选择性都基于碳摩尔数进行计算。
本申请的实施例中转化率、选择性计算如下:
丙烷转化率=[(进料中丙烷碳摩尔数)-(出料中丙烷碳摩尔数)]÷(进料中丙烷碳摩尔数)×(100%)
丙烯选择性=[出料中丙烯碳摩尔数]/[(进料中丙烷碳摩尔数)-(出料中丙烷碳摩尔数)]×(100%)。
实施例1
称取2.01g硝酸锌、0.191g硝酸镓、1.5876g硝酸铝、0.5389g乳酸加入到10ml水中,在20℃下搅拌至完全溶解,继续搅拌300分钟得到溶胶。溶胶经80℃干燥18h后,500℃焙烧12h,得到催化剂1。催化剂1的XRD图谱见图1。
实施例2
称取1.1152g氯化锌、0.1879g氯化镓、0.9945g氯化铝、0.1832g苹果酸加入到10ml水中,在50℃下搅拌至完全溶解,继续搅拌60分钟得到溶胶。溶胶经50℃干燥20h后,300℃焙烧20h,得到催化剂2。
实施例3
称取1.6445g硝酸锌、0.2729g硝酸镓、2.0889g硝酸铝、1.6673g柠檬酸加入到10ml水中,在30℃下搅拌至完全溶解,继续搅拌240分钟得到溶胶。溶胶经150℃干燥10h后,650℃焙烧5h,得到催化剂3。
实施例4
称取0.7064g硫酸锌、0.0238g硫酸镓、5.1635g硫酸铝、2.7106g酒石酸加入到10ml水中,在80℃下搅拌至完全溶解,继续搅拌30分钟得到溶胶。溶胶经200℃干燥4h后,700℃焙烧4h,得到催化剂4。
实施例5
称取1.2791g硝酸锌、0.0819g硝酸镓、2.5067g硝酸铝、1.4759g酒石酸加入到10ml水中,在50℃下搅拌至完全溶解,继续搅拌60分钟得到溶胶。溶胶经110℃干燥12h后,600℃焙烧6h,得到催化剂5。
实施例6
称取0.9136g硝酸锌、0.0546g硝酸镓、3.0498g硝酸铝、1.6523g苹果酸加入到10ml水中,在60℃下搅拌至完全溶解,继续搅拌40分钟得到溶胶。溶胶经100℃干燥12h后,550℃焙烧12h,得到催化剂6。
实施例7
称取0.7309g硝酸锌、0.0273g硝酸镓、3.3005g硝酸铝、3.036g柠檬酸加入到10ml水中,在70℃下搅拌至完全溶解,继续搅拌30分钟得到溶胶。溶胶经200℃干燥4h后,700℃焙烧4h,得到催化剂7。
实施例8
称取2.5216g硝酸锌、0.2729g硝酸镓、0.8774g硝酸铝、0.2461g乳酸加入到10ml水中,在50℃下搅拌至完全溶解,继续搅拌60分钟得到溶胶。溶胶经150℃干燥10h后,600℃焙烧6h,得到催化剂8。
对比例1
称取2.01g硝酸锌、0.1804g硝酸铜、1.5876g硝酸铝、0.5389g乳酸加入到10ml水中,在20℃下搅拌至完全溶解,继续搅拌300分钟得到溶胶。溶胶经80℃干燥18h后,500℃焙烧12h,得到对比催化剂1。
对比例2
称取0.55g氧化锌粉末、0.07g氧化镓粉末、0.38g氧化铝粉末,经物理混合后得到混合催化剂1。图2为混合催化剂1的XRD图谱。由XRD结果可以看出,实施例1催化剂1和混合催化剂1是完全不同的物质,即实施例1所得催化剂1不是氧化物的物理混合所得。
实施例9
将前述实施例催化剂和对比例催化剂进行反应评价:将催化剂装入固定床反应器中,反应温度为530-630℃,反应压力为常压,反应空速为200~600L Kg-1h-1。反应6min后采样,反应结果如表1。
表1催化剂反应结果
以上所述,仅是本申请的几个实施例,并非对本申请做任何形式的限制,虽然本申请以较佳实施例揭示如上,然而并非用以限制本申请,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本申请技术方案的范围内,利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例,均属于技术方案范围内。
Claims (8)
1.一种复合型催化剂,其特征在于,将由锌源、镓源、铝源和羟基酸组成的混合物依次经过反应I,干燥,焙烧制备得到。
2.根据权利要求1所述的复合型催化剂,其特征在于,所述复合型催化剂由锌、镓、铝和氧四种元素组成;所述锌元素、镓元素和铝元素的摩尔比为13.6~62.0:0.6~7.8:30.2~85.8。
3.根据权利要求1所述的复合型催化剂,其特征在于,所述羟基酸选自柠檬酸、酒石酸、乳酸、苹果酸中的至少一种;
所述锌源选自硝酸锌、氯化锌、硫酸锌中的至少一种;
所述镓源选自硝酸镓、氯化镓、硫酸镓中的至少一种;
所述铝源选自硝酸铝、氯化铝、硫酸铝中的至少一种。
4.权利要求1至3任一项所述的复合型催化剂的制备方法,其特征在于,所述方法包括:
(1)将由锌源、镓源、铝源和羟基酸组成的混合物,反应I,得到溶胶;
(2)将含有所述溶胶的物料干燥,焙烧,即可得到所述复合型催化剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,在所述步骤(1)中,所述锌源、镓源、铝源的摩尔比为13.6~62.0:0.6~7.8:30.2~85.8;
所述镓源的摩尔数以金属镓的摩尔数计;所述铝源的摩尔数以金属铝的摩尔数计;所述锌源的摩尔数以金属锌的摩尔数计;
所述金属源和所述羟基酸的摩尔比为100:10~100;
所述金属源的摩尔数为锌源、镓源和铝源的摩尔数之和;所述羟基酸的摩尔数以羟基酸自身的摩尔数计。
6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,在所述步骤(1)中,所述反应I的条件为:温度为20-80℃;时间为0.5-5h;
在所述步骤(2)中,所述干燥的条件为:温度为50~200℃;时间为4~20h;
所述焙烧的条件为:温度为300~700℃;时间为4~20h。
7.一种丙烯的制备方法,其特征在于,所述方法包括:将含有丙烷的原料气,在催化剂的存在下,反应II,即可得到所述丙烯;
所述催化剂选自权利要求1至3任一项所述的复合型催化剂、根据权利要求4至6任一项所述方法制备得到的复合型催化中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述反应II的条件为:反应温度为530-630℃;反应空速为200~600L Kg-1h-1。
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