用于改善烷烃脱氢性能的并行还原制造技术

一种使用Cr2O3作为催化剂将烷烃催化脱氢为烯烃的方法，其中通过使用CO作为还原气体，与脱氢并行地还原催化剂。在用CO还原催化剂中，产生CO2，其可以与由脱氢产生的H2反应，以通过逆水煤气变换反应形成CO和H2O。CuO热释放材料可以与催化剂一起包括在反应器中。CO还原气体将CuO还原形成Cu和CO2，释放热量。由还原CuO产生的CO2也可以与由脱氢产生的H2反应，以通过逆水煤气变换反应形成CO和H2O。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于改善烷烃脱氢性能的并行还原
本专利技术涉及用于将烷烃脱氢成烯烃的方法，具体地使用氧化铬催化剂的烷烃脱氢方法，用于降低烷烃脱氢方法的温度和/或增加烷烃脱氢方法效率的方法，和通过用氧化铬催化剂使烷烃脱氢形成的组合物。
技术介绍
本文提供的“背景”描述是出于总体上介绍本专利技术的背景的目的。本署名专利技术人的在本背景部分中所描述的程度上的工作，以及在提交时可能不另外构成现有技术的本描述的各方面，既非明示也非默示地承认为相对于本专利技术的现有技术。烯烃是用于工业化学目的的最重要原料之一，因为它们可参与各种各样的反应。例如乙烯和丙烯可以聚合以分别形成聚乙烯和聚丙烯，且异丁烯可与甲醇反应以形成甲基叔丁基醚(MTBE)。然而，烯烃的自然丰度远小于它们的烷烃相对物。烷烃作为化石燃料精炼过程的副产物大量获得，并且是工业相关性更大的烯烃的有用的前体。例如，工业上通过热裂解和蒸汽裂解由烷烃制备烯烃。还可以通过如下吸热反应将烷烃催化脱氢成烯烃：CnH2n+2→CnH2n+H2ΔHR°>0(R1)通常在还原循环中使用含氢气体，例如H2和CH4，例如将氧化铬催化剂中的铬从Cr6+氧化态还原到Cr3+。由于烷烃脱氢反应是高度吸热的，它们需要高温以获得可接受的产率。然而，这些高温增强了不希望的副反应，包括在催化剂床上形成碳质焦炭沉积物。焦炭聚积不利地影响催化剂性能，导致较低的产率和昂贵的维护。例如，一旦催化剂由焦炭聚积而失活，脱氢过程就必须下线，以便可以典型地通过用空气烧掉焦炭沉积物而再生催化剂。这也可能导致催化剂的再次氧化，其要求使用还原循环以形成活性催化剂物质，例如Cr3+组合物。下线花费的时间降低了总体反应器效率。
技术实现思路
已经通过一般性介绍的方式提供了上述段落，并且其不旨在限制随后的权利要求的范围。通过参照如下与附图结合的详细说明，将最佳地理解描述的实施方案，以及另外的优点。本专利技术的一个方面包括将烷烃脱氢成烯烃的方法，包括：(a)将烷烃原料和CO进料到反应器中，该反应器含有包含Cr2O3的催化剂；和(b)使烷烃原料与催化剂接触以形成烯烃和H2；其中，在反应器中：进料到反应器中的CO的一部分将CrO3还原以形成Cr2O3和CO2。本专利技术的第二方面包括将烷烃脱氢成烯烃的方法，包括：(a)将烷烃原料和CO进料到反应器中，反应器含有(i)包含Cr2O3的催化剂和(ii)包含CuO的热释放材料；以及(b)使烷烃原料与催化剂接触以形成烯烃和H2；其中，在反应器中：进料到反应器中的CO的第一部分将CrO3还原以形成Cr2O3和CO2；并且进料到反应器的CO的第二部分将CuO还原以形成Cu和CO2。本专利技术的第三方面包括将烷烃脱氢成烯烃的方法，包括：(a)将烷烃原料和第一量的CO进料到反应器中，反应器含有包含Cr2O3的催化剂；和(b)使烷烃原料与催化剂接触以形成烯烃和H2；其中，在反应器中：进料到反应器中的第一量的CO的一部分将CrO3还原以形成Cr2O3，且CO2的一部分与H2反应以形成H2O和第二量的CO；并且第二量的CO的一部分将CrO3还原以形成Cr2O3和CO2。本专利技术的第四方面包括将烷烃脱氢成烯烃的方法，包括：(a)将烷烃原料和第一量的CO进料到反应器中，该反应器含有(i)包含Cr2O3的催化剂和(ii)包含CuO的热释放材料；以及(b)使烷烃原料与催化剂接触以形成烯烃和H2；其中，在反应器中：进料到反应器中的第一量的CO的第一部分将CrO3还原以形成Cr2O3和CO2；进料到反应器的第一量的CO的第二部分将CuO还原以形成Cu和CO2；CO2的一部分与H2反应以形成H2O和第二量的CO；第二量的CO的第一部分将CrO3还原以形成Cr2O3和CO2；并且第二量的CO的第二部分将CuO还原以形成Cu和CO2。在将烷烃脱氢成烯烃的方法的另一方面中，烷烃原料包括C2-C10烷烃。在将烷烃脱氢成烯烃的方法的另一方面中，烷烃原料包括C3-C5烷烃。在将烷烃脱氢成烯烃的方法的另一方面中，烷烃原料包括异丁烷。在将烷烃脱氢成烯烃的方法的另一方面中，包含Cr2O3的催化剂包含氧化铝或氧化锆载体。本专利技术的第五方面包括通过在氧化铬催化剂的存在下，将烷烃脱氢获得的含烯烃组合物。本专利技术的第六方面包括通过用CO再生催化剂获得的含氧化铬的催化剂。附图说明将容易获得本公开的更完全的理解和其许多伴随的优点，因为当关联附图考虑时，通过参照如下详细说明其变得更好理解，其中：图1示出了比较对于三种还原气体CO、H2和CH4，相对于温度的与CuO的反应的焓的图表。图2示出了根据本专利技术的一个实施方案的烷烃脱氢方法的示意图。具体实施方式用于将烷烃催化脱氢成烯烃的常规方法在还原循环中使用含氢气体，例如H2和CH4，以还原催化剂。本专利技术的方面在脱氢反应过程中，将CO替代用作还原气体以还原催化剂。如下所示的，和如由热化学分析所示的，将CO作为还原气体用于脱氢过程的还原循环可向反应器床提供比使用H2更多的热量。该额外的热量可有助于烷烃到烯烃的吸热脱氢反应。基于标准的生成焓计算用H2还原CrO3的焓变化：CrO3(s)+3/2H2(g)→1/2Cr2O3(s)+3/2H2O(g)ΔHR°＝-336kJ/mol(R2)其中kJ/mol是千焦/摩尔。基于标准的生成焓类似地计算用CO还原CrO3的焓变化：CrO3(s)+3/2CO(g)→1/2Cr2O3(s)+3/2CO2(g)ΔHR°＝-397kJ/mol(R3)两种还原反应都是高度放热的。然而，基于计算，基于结晶的CrO3，与用H2还原CrO3相比，用CO还原CrO3提供约18％的更大的焓变化。由于与用H2还原CrO3相比，在用CO还原CrO3中更大的焓变化，CO可有利地用于原位还原在吸热的烷烃脱氢反应中使用的氧化铬催化剂。通过用CO还原CrO3产生的额外的热量和在反应器中保持该热量意味着当在反应器中进行并行烷烃脱氢时需要供应较少的能量。在本专利技术的方面中，获得了与用H2还原CrO3相比，基于用CO将CrO3还原成Cr2O3的总焓的2至20％，优选4至18％，6至16％，8至14％或10至12％的量的额外的热量。使用CO作为还原气体还原CrO3催化剂除了如上描述的焓益处外，还提供了其它益处。当将烷烃脱氢成其对应的烯烃时，除了焦炭，还可能作为分解副产物产生其它不希望的烷烃和烯烃。例如，异丁烷(i-C4H10)脱氢以形成异丁烯(i-C4H8)也可以通过如下反应产生包括丙烷(C3H8)、丙烯(C3H6)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)和甲烷(CH4)的分解副产物：i-C4H10→i-C4H8+H2(R4)i-C4H10+H2→C3H8+CH4(R5)C3H8→C3H6+H2(R6)2CH4→C2H6+H2(R7)C3H8→C2H4+CH4(R8)C2H6→C2H4+H2(R9)这些分解副产物的产生要求氢的存在(参见例如反应(R5))。因此，在本专利技术中有利的是提供氢的替代反应途径，使得除了焦炭形成，分解反应如(R5)至(R9)也被抑制或被消除。在本专利技术的方面中，在异丁烷(i-C4H10)脱氢以形成异丁烯的过程中，CH4、C3H6、C3H8、C2H6或C2H4的任一种的产率为基于经受脱氢反应的异丁烷的总体积计小于0.1体积百分比(v本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将烷烃脱氢为烯烃的方法，包括：将烷烃原料和第一量的CO进料到反应器中，所述反应器含有包含Cr2O3的催化剂；以及使所述烷烃原料与所述催化剂接触以形成烯烃和H2；其中，在所述接触过程中：进料到所述反应器中的所述第一量的CO的第一部分将CrO3还原以形成Cr2O3和CO2；所述CO2的一部分与所述H2反应以形成H2O和第二量的CO；并且所述第二量的CO的第一部分将所述CrO3还原以形成Cr2O3和CO2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.26 US 62/085,2341.一种将烷烃脱氢为烯烃的方法，包括：将烷烃原料和第一量的CO进料到反应器中，所述反应器含有包含Cr2O3的催化剂；以及使所述烷烃原料与所述催化剂接触以形成烯烃和H2；其中，在所述接触过程中：进料到所述反应器中的所述第一量的CO的第一部分将CrO3还原以形成Cr2O3和CO2；所述CO2的一部分与所述H2反应以形成H2O和第二量的CO；并且所述第二量的CO的第一部分将所述CrO3还原以形成Cr2O3和CO2。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反应器进一步含有包含CuO的热释放材料；并且另外其中，在所述接触过程中：进料到所述反应器中的所述第一量的C...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔容满，拉姆齐·布纳马，哈立德·M·埃尔叶海亚维，
申请(专利权)人：沙特基础工业全球技术有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL