CN114984999A - 一种Silicalite-1为载体的丙烷脱氢催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种Silicalite-1为载体的丙烷脱氢催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种Silicalite‑1为载体的丙烷脱氢催化剂及其制备方法和应用,采用一步水热法合成,所述活性组分、助剂1、助剂2在水热合成时负载到载体Silicalite‑1上。本发明的催化剂及其制备过程,合成速度快、原材料成本低、能耗低;合成的催化剂具有较高的丙烷转化率,丙烯选择性和优异的反应稳定性,相比工业催化剂具有很高的经济效益。

Description

一种Silicalite-1为载体的丙烷脱氢催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种丙烷脱氢制取丙烯催化剂的制备方法。
背景技术
丙烯是一种重要的有机化工原料,用于生产聚丙烯、丙烯腈、丁醇、辛醇、环氧丙烷、异丙醇、丙烯酸等化工产品。随着聚丙烯等衍生物的迅猛增长,对丙烯的需求量也逐年递增。丙烯主要来源于石油炼制等传统工艺,由于全球石油资源短缺导致丙烯产量不能满足市场实际需求,因此扩大丙烯产能的生产工艺成为研究热点,其中丙烷脱氢制丙烯工艺由于丙烯生产效率高,投资小而备受瞩目。
丙烷脱氢制丙烯反应是在高温、低压条件下进行的,铂系催化剂丙烷脱氢活性高,稳定性好,但是对丙烷原料要求高,普通炼厂的丙烷不能满足使用要求,此外,铂系催化剂价格昂贵;铬系催化剂成本低,初活性高,但是稳定性差,极易积碳失活,且有毒性,随着环境保护呼声的日益提高,未来应用难免受到限制。因此开发活性高、稳定性好、选择性高且无毒成本低的催化剂是解决丙烷脱氢制丙烯技术的关键。
发明内容
针对目前工业催化剂存在的上述问题,本发明提供了一种活性高、稳定性好、选择性高且无毒低成本的Silicalite-1分子筛负载的催化剂及其制备方法和在丙烷脱氢制丙烯反应中的应用。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种丙烷脱氢制取丙烯的催化剂,Silicalite-1分子筛为载体,活性组分为Co,助剂1为Li、K、Rb、Cs、Mg、Ca中的至少一种,助剂2为Mn、Zn、Mo、Ce、La中的至少一种,活性组分以元素计为载体重量的0.1~15%,助剂1以元素计为载体重量的0.1~3%,助剂2以元素计为载体重量的0.1~5%。
一种丙烷脱氢制取丙烯的催化剂的制备方法,催化剂采用一步水热法合成,所述活性组分、助剂1、助剂2在水热合成时负载到载体Silicalite-1上。
包括如下步骤:
1)将硅溶胶、乙醇、TPAOH、水混合,搅拌均匀形成混合液;
2)混合液在室温条件下进行老化;
3)在老化后的混合液中分步加入含有活性组分、助剂1、助剂2的溶液,经过超声,最后得到的混合液水热处理后得到固体;
4)将得到的固体过滤、洗涤烘干;
5)烘干的固体粉末在500~700℃焙烧2~6小时,所得粉末造粒为20~40目颗粒,得到所述催化剂。
所述活性组分的原料为硝酸钴;所述助剂1的原料为硝酸锂、碳酸钾、碳酸銣、碳酸铯、硝酸镁、硝酸钙中的至少一种;所述助剂2的原料为硝酸锰、硝酸锌、硝酸铈铵、硝酸镧、七钼酸铵中的至少一种。
所述TPAOH:乙醇:硅溶胶:水摩尔比为1:5:5~10:500~800,老化时间为20~40小时。
所述超声时间为10~50分钟,所述水热处理温度为130~200℃,所述水热处理时间为6~48小时,所述烘干温度为60~100℃,所述烘干时间为1~20小时。
权利要求2-6任一项所述制备方法制备得到的催化剂。
权利要求7所述的催化剂在丙烷脱氢制丙烯中的应用。
本发明的有益结果是:制备过程简单,易于操作,重复性好,催化剂的性能测试结果表明,该催化剂能够抑制催化剂烧结,延缓积碳产生的速度,具有优异的丙烷脱氢活性、丙烯选择性和反应稳定性,丙烷转化率高,使用寿命长,适合工业化生产。
附图说明
图1为催化剂A6的XRD谱图。
图2为催化剂C1的丙烷脱氢性能。
图3为催化剂A4的丙烷脱氢性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步的说明,但本发明的保护范围不受实施例的限制,如果该领域的技术人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整,仍属于本发明的保护范围。
催化反应条件:固定床反应器;反应温度:600℃;反应压力:常压;反应气体组成为:丙烷:氮气=1:9;气体流速为800毫升/分钟。
催化剂装填量:12毫升。
比较例1
在30毫升pH值为1的硝酸钴(钴含量为7%)、硝酸锂(锂含量为1.33%)、硝酸镧(镧含量为2%)的混合溶液中,加入20克Silicalite-1分子筛超声30分钟,在80℃加热蒸发至干燥,然后在600℃焙烧3小时,所得粉末造粒为20~40目颗粒,得到催化剂C1,催化剂C1的丙烷脱氢性能如图2所示。催化反应结果列入表1。反应结果随时间变化如图2所示。
实施例1
在400毫升去离子水中加入36克TPAOH的水溶液(25%)和11克乙醇(95%),搅拌均匀后再加入67克硅溶胶(SiO2含量40%),搅拌1小时,形成均匀溶液,此溶液在室温老化24小时。在搅拌条件下,按照先后顺序逐滴加入26毫升硝酸钴溶液(钴含量为10%)、18毫升硝酸锂溶液(锂含量为3%)、7毫升硝酸镧溶液(镧含量为12%),混合液经过充分搅拌混合均匀后,经过30分钟超声处理,然后在200℃水热处理6小时,得到的固体经过过滤、洗涤,在80℃烘干10小时,然后在600℃焙烧4小时,所得粉末造粒为20~40目颗粒,为催化剂A1。催化反应结果列入表1。
实施例2
在560毫升去离子水中加入36克TPAOH的水溶液(25%)和11克乙醇(95%),搅拌均匀后再加入53克硅溶胶(SiO2含量40%),搅拌1小时,形成均匀溶液,此溶液在室温老化20小时。在搅拌条件下,按照先后顺序逐滴加入32毫升硝酸钴溶液(钴含量为10%)、2毫升碳酸铷溶液(铷含量为5%)、5毫升硝酸锌溶液(锌含量为8%),混合液经过充分搅拌混合均匀后,经过40分钟超声处理,然后在150℃水热处理36小时,得到的固体经过过滤、洗涤,在90℃烘干8小时,然后在700℃焙烧2小时,所得粉末造粒为20~40目颗粒,为催化剂A2。催化反应结果列入表1。
实施例3
在640毫升去离子水中加入36克TPAOH的水溶液(25%)和11克乙醇(95%),搅拌均匀后再加入60克硅溶胶(SiO2含量40%),搅拌1小时,形成均匀溶液,此溶液在室温老化30小时。在搅拌条件下,按照先后顺序逐滴加入18毫升硝酸钴溶液(钴含量为10%)、2毫升碳酸钾溶液(钾含量为5%)、3毫升硝酸锰溶液(锰含量为10%),混合液经过充分搅拌混合均匀后,经过50分钟超声处理,然后在130℃水热处理48小时,得到的固体经过过滤、洗涤,在100℃烘干2小时,然后在500℃焙烧6小时,所得粉末造粒为20~40目颗粒,为催化剂A3。催化反应结果列入表1。
实施例4
在480毫升去离子水中加入36克TPAOH的水溶液(25%)和11克乙醇(95%),搅拌均匀后再加入67克硅溶胶(SiO2含量40%),搅拌1小时,形成均匀溶液,此溶液在室温老化40小时。在搅拌条件下,按照先后顺序逐滴加入35毫升硝酸钴溶液(钴含量为10%)、4毫升碳酸铯溶液(铯含量为2%)、5毫升硝酸铈铵溶液(铈含量为5%),混合液经过充分搅拌混合均匀后,经过20分钟超声处理,然后在170℃水热处理20小时,得到的固体经过过滤、洗涤,在60℃烘干20小时,然后在600℃焙烧4小时,所得粉末造粒为20~40目颗粒,为催化剂A4,催化剂A4的丙烷脱氢性能如图3所示。催化反应结果列入表1。反应结果随时间的变化如图3所示。
实施例5
在400毫升去离子水中加入36克TPAOH的水溶液(25%)和11克乙醇(95%),搅拌均匀后再加入47克硅溶胶(SiO2含量40%),搅拌1小时,形成均匀溶液,此溶液在室温老化20小时。在搅拌条件下,按照先后顺序逐滴加入10毫升硝酸钴溶液(钴含量为10%)、2毫升硝酸钙溶液(钙含量为5%)、2毫升七钼酸铵溶液(钼含量为5%),混合液经过充分搅拌混合均匀后,经过10分钟超声处理,然后在180℃水热处理16小时,得到的固体经过过滤、洗涤,在80℃烘干10小时,然后在600℃焙烧4小时,所得粉末造粒为20~40目颗粒,为催化剂A5。催化反应结果列入表1。
实施例6
在400毫升去离子水中加入36克TPAOH的水溶液(25%)和11克乙醇(95%),搅拌均匀后再加入40克硅溶胶(SiO2含量40%),搅拌1小时,形成均匀溶液,此溶液在室温老化26小时。在搅拌条件下,按照先后顺序逐滴加入5毫升硝酸钴溶液(钴含量为10%)、2毫升硝酸镁溶液(镁含量为5%),混合液经过充分搅拌混合均匀后,经过20分钟超声处理,然后在190℃水热处理10小时,得到的固体经过过滤、洗涤,在80℃烘干10小时,然后在600℃焙烧4小时,所得粉末造粒为20~40目颗粒,为催化剂A6,XRD谱图如图1所示。催化反应结果列入表1。催化剂的XRD谱图如图1所示。
实施例7
在400毫升去离子水中加入36克TPAOH的水溶液(25%)和11克乙醇(95%),搅拌均匀后再加入33.5克硅溶胶(SiO2含量40%),搅拌1小时,形成均匀溶液,此溶液在室温老化30小时。在搅拌条件下,按照先后顺序逐滴加入13毫升硝酸钴溶液(钴含量为10%)、2毫升硝酸锂溶液(锂含量为3%)、2毫升硝酸锌溶液(锌含量为8%),混合液经过充分搅拌混合均匀后,经过30分钟超声处理,然后在180℃水热处理16小时,得到的固体经过过滤、洗涤,在80℃烘干10小时,然后在600℃焙烧4小时,所得粉末造粒为20~40目颗粒,为催化剂A7。催化反应结果列入表1。
表1
Figure BDA0003730491990000041
Figure BDA0003730491990000051
本发明是通过实施例进行描述的,本领域技术人员知悉,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外,在本发明的教导下,可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此,本发明不受此处所公开的具体实施例的限制,所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种Silicalite-1为载体的丙烷脱氢催化剂,其特征在于:Silicalite-1分子筛为载体,活性组分为Co,助剂1为Li、K、Rb、Cs、Mg、Ca中的至少一种,助剂2为Mn、Zn、Mo、Ce、La中的至少一种,活性组分以元素计为载体重量的0.1~15%,助剂1以元素计为载体重量的0.1~3%,助剂2以元素计为载体重量的0.1~5%。
2.一种Silicalite-1为载体的丙烷脱氢催化剂的制备方法,其特征在于:催化剂采用一步水热法合成,所述活性组分、助剂1、助剂2在水热合成时负载到载体Silicalite-1上。
3.根据权利要求2所述的一种Silicalite-1为载体的丙烷脱氢催化剂的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
1)将硅溶胶、乙醇、TPAOH、水混合,搅拌均匀形成混合液;
2)混合液在室温条件下进行老化;
3)在老化后的混合液中分步加入含有活性组分、助剂1、助剂2的溶液,经过超声,最后得到的混合液水热处理后得到固体;
4)将得到的固体过滤、洗涤烘干;
5)烘干的固体粉末在500~700℃焙烧2~6小时,所得粉末造粒为20~40目颗粒,得到所述催化剂。
4.根据权利要求3所述的一种Silicalite-1为载体的丙烷脱氢催化剂的制备方法,其特征在于:所述活性组分的原料为硝酸钴;所述助剂1的原料为硝酸锂、碳酸钾、碳酸銣、碳酸铯、硝酸镁、硝酸钙中的至少一种;所述助剂2的原料为硝酸锰、硝酸锌、硝酸铈铵、硝酸镧、七钼酸铵中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的一种Silicalite-1为载体的丙烷脱氢催化剂的制备方法,其特征在于:所述TPAOH:乙醇:硅溶胶:水摩尔比为1:5:5~10:500~800,老化时间为20~40小时。
6.根据权利要求3所述的一种Silicalite-1为载体的丙烷脱氢催化剂的制备方法,其特征在于:所述超声时间为10~50分钟,所述水热处理温度为130~200℃,所述水热处理时间为6~48小时,所述烘干温度为60~100℃,所述烘干时间为1~20小时。
7.权利要求2-6任一项所述制备方法制备得到的催化剂。
8.权利要求7所述的催化剂在丙烷脱氢制丙烯中的应用。
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