适用于脱氢反应的催化剂体系制造技术

本公开涉及可以适用于使烃脱氢的催化剂体系。所述催化剂体系包含硅酸锌载体材料、一种或多种碱金属或碱土金属以及一种或多种铂族金属。所述硅酸锌载体材料呈现掺入有至少硅和锌的MFI骨架类型结构。本公开还涉及用于产生此类催化剂体系的方法以及用于使用此类催化剂体系进行烃脱氢的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】适用于脱氢反应的催化剂体系相关申请的交叉引用本申请要求于2018年3月2日提交的美国实用专利申请第15/910,291号的权益，所述美国实用专利申请的全部内容通过引用并入本文。
本公开的实施例总体上涉及可以用于脱氢反应的催化剂体系，并且更具体地，涉及可以用于烃脱氢的催化剂体系、化学反应系统和方法。
技术介绍
脱氢是涉及将氢从有机烃分子中去除的化学反应。脱氢是重要的反应，因为其将如烷烃等相对惰性并且因此价值较低的物种转化为更具反应性并且因此通常更有价值的烯烃。例如，链烷烃和烯烃的脱氢可以产生有价值的产物，如在正戊烷和异戊烯被分别转化为戊烯和异戊二烯时。另外，烯烃和二烯烃是用于产生醛、醇、聚合物和芳烃的有价值的前体。此类脱氢反应可以在500℃下使用氧化铬(III)作为催化剂。然而，稳定性较大的催化剂可以更高效，或在工业上期望选择性更好的催化剂用于进行烃脱氢。
技术实现思路
因此，存在对适合于使烃(如烷烃)脱氢的对线性烯烃的选择性较高的新催化剂的持续需求。本公开涉及可以用于使至少烷烃脱氢的催化剂体系以及包含此类当前所描述的催化剂体系的工艺和系统。当前所描述的催化剂体系可以包含包括MFI骨架类型的硅酸锌(zincosilicate)载体。另外，催化剂体系可以包含碱金属或碱土金属并且可以另外包含一种或多种铂族金属催化剂。虽然本公开中所描述的催化剂体系在功能上不一定受限，但是所述催化剂体系可能对氢化烷烃(如包括2个到10个碳原子的正烷烃(C2-C10正烷烃))具有催化活性。根据本公开中所描述的实施例，一种催化剂体系可以适用于使烃脱氢。所述催化剂体系可以包括硅酸锌载体材料、一种或多种碱金属或碱土金属以及一种或多种铂族金属。所述硅酸锌载体材料可以包括掺入有至少硅和锌的MFI骨架类型结构。根据本公开中所描述的另一个实施例，一种催化剂体系可以通过一种方法制造，所述方法可以包括将一种或多种碱金属或碱土金属引入到硅酸锌载体材料。所述方法可以进一步包括将一种或多种铂族金属引入到所述硅酸锌载体材料。所述硅酸锌载体材料可以包括掺入有至少硅和锌的MFI骨架类型结构。根据本公开中所描述的又另一个实施例，可以通过一种方法使一种或多种反应物烃脱氢，所述方法可以包括使所述一种或多种反应物烃与催化剂体系接触以使所述反应物烃的至少一部分脱氢。所述催化剂体系可以包括硅酸锌载体材料、一种或多种碱金属或碱土金属以及一种或多种铂族金属。所述硅酸锌载体材料可以包括掺入有至少硅和锌的MFI骨架类型结构。本文所描述的实施例的另外的特征和优点将在随后的具体实施方式中阐述，并且部分地对于本领域技术人员来说将从所述实施方式中变得显而易见，或者通过实践本文所描述的实施例而被认识到，包含下面的具体实施方式以及权利要求。附图说明当结合以下附图阅读时，可最好地理解本公开的具体实施例的以下详细描述，其中相似的结构用相似的附图标记指示，并且其中：图1以图形方式描绘了根据当前公开的一个或多个实施例的MFI骨架类型硅酸锌载体结构的X射线粉末衍射图；并且图2以图形方式描绘了根据当前公开的一个或多个实施例的MFI骨架类型硅酸锌载体结构的傅立叶变换红外(FTIR)光谱法读数。现在将更详细地参考各个实施例，其中的一些实施例在附图中展示。只要可能，将贯穿附图使用相同附图标记来指代相同或相似的部分。具体实施方式本公开的实施例涉及包含在使烷烃脱氢中具有活性的硅酸锌负载的铂族催化剂的催化剂体系，所述催化剂体系可以对使正烷烃(即“正”烷烃或“线性”烷烃)脱氢到对应的线性烯烃或二烯烃具有特别高的选择性。根据一个或多个实施例并且在不受理论约束的情况下，对线性烯烃形成的增强的选择性可以通过使硅酸锌载体上的相对较弱的酸位点与一种或多种碱金属或碱土金属(如但不限于钠(Na)、钾(K)或铯(Cs))离子交换来抑制催化剂上的骨架异构化和裂化副反应来实现。在另外的实施例中，与铯或钾的离子交换还可以赋予催化剂对汽蒸的另外的稳定性，从而使得能够使用蒸汽作为进料流中的稀释剂。根据一个或多个另外的实施例，将相对较小量的氢(例如，5体积％(vol.％)到30vol.％)添加到稀释剂气体流可以增强至少C4到C6烷烃脱氢中的催化活性，可以提高对产物中的线性烯烃和二烯的催化选择性，并且可以进一步提高催化稳定性。应当理解，如本文所描述的，“催化剂体系”是指具有催化活性的材料并且可以包括载体材料和一种或多种具有催化活性的材料(有时被称为“催化剂”)。例如，在当前所描述的催化剂体系中，硅酸锌可以充当催化剂载体并且铂族金属可以充当催化剂。然而，应当理解，载体材料可以具有催化活性，并且如本领域技术人员将理解的，催化剂体系(包含载体和一种或多种另外的材料)在本公开的一些部分中可以被简称为“催化剂”。当前所描述的催化剂体系可以用于使烷烃(如正戊烷)脱氢以产生包括双碳键部分的烃，如对这种转换的选择性相对较高的正戊烯(例如，1-戊烯、2-顺式-戊烯和2-反式-戊烯)。在另外的实施例中，当前所描述的催化剂体系可以用于使C2-C10烷烃(如C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9或C10支链或直链烷烃)脱氢。如此，本文所描述的催化剂体系有时可以被称为“脱氢催化剂”或“脱氢催化剂体系”。本公开还涉及用于产生此类催化剂体系的方法以及所产生的催化剂体系的性质和结构。如本公开中所使用的，“催化剂”或“催化剂体系”是指提高特定化学反应的速率的任何物质。本公开中所描述的催化剂和催化剂体系可以用于促进各种反应，如但不限于脱氢。然而，应当理解，根据本文所描述的一些实施例，所公开的催化剂体系可以具有其它催化功能并且可以在除使烃脱氢以外的其它工艺中使用。因此，虽然当前所描述的催化剂体系有时可以被称为脱氢催化剂体系，但是所述催化剂体系不必限于烃脱氢功能并且可以根据需要在其它工艺中或在其它材料中使用。根据一个或多个实施例，催化剂体系可以包括硅酸锌载体、一种或多种碱金属或碱土金属以及一种或多种铂族金属。硅酸锌载体可以是包括微孔结构的沸石型材料，所述微孔结构包括直径小于2nm的孔。根据一个或多个实施例，硅酸锌可以充当催化剂载体，并且一种或多种碱金属或碱土金属和一种或多种铂族金属可以附着于硅酸锌载体。例如，通过碱金属或碱土金属与硅酸锌载体材料的另一种材料(如钠、氢质子或氨离子)的离子交换，碱金属或碱土金属可以附着于硅酸锌载体。根据一个或多个实施例，铂族金属可以通过如浸渍等方法掺入到呈颗粒形式的脱氢催化剂体系中。如先前所公开的，硅酸锌载体可以是沸石。如贯穿本公开所使用的，“沸石”是指具有由一个或多个骨架结构限定的分子尺寸的规则的晶体内的腔和通道的含有微孔(即，包括直径为2nm或更小的孔)的无机材料。沸石的微孔结构(例如，0.3nm到1nm的孔大小)可以提供大表面积和期望的大小/形状选择性，这可以有利于进行催化。当前所描述的硅酸锌材料可以包含此类重复的微孔结构。如本公开中所描述的，“硅酸锌”是指主要由锌原子、硅原子和氧原子组成的材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于使烃脱氢的催化剂体系，所述催化剂体系包括：/n硅酸锌(zincosilicate)载体材料，所述硅酸锌载体材料包括掺入有至少硅和锌的MFI骨架类型结构；/n一种或多种碱金属或碱土金属；以及/n一种或多种铂族金属。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180302 US 15/910,2911.一种适用于使烃脱氢的催化剂体系，所述催化剂体系包括：
硅酸锌(zincosilicate)载体材料，所述硅酸锌载体材料包括掺入有至少硅和锌的MFI骨架类型结构；
一种或多种碱金属或碱土金属；以及
一种或多种铂族金属。


2.根据权利要求1所述的催化剂体系，其中所述MFI骨架类型结构中的锌与硅的摩尔比为1:30到1:5。


3.根据权利要求1或2所述的催化剂体系，其中所述硅酸锌载体在其骨架结构中包括至少95wt.％的硅、锌和氧。


4.根据权利要求1到3中任一项所述的催化剂体系，其中所述一种或多种碱金属或碱土金属选自K、Na或Cs。


5.根据权利要求1到4中任一项所述的催化剂体系，其中所述催化剂体系包括的所述碱金属或碱土金属的总量为所述催化剂体系的0.1wt.％到3wt.％。


6.一种用于制造催化剂体系的方法，所述方法包括：
将一种或多种碱金属或碱土金属引入到硅酸锌载体材料；以及
将一种或多种铂族金属引入到所述硅酸锌载体材料；并且
其中所述硅酸锌载体材料包括掺入有至少硅和锌的MFI骨架类型结构。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述一种或多种碱金属或碱土金属和所述一种或多种铂族金属同时被引入到所述硅酸锌载体材料。


8.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆罕默德·阿卜杜勒马吉德·阿尔达乌斯，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA