使用包含镓金属氧化物的混合催化剂生产C2至C5链烷烃的方法技术

一种用于制备C2至C5链烷烃的方法包括将包含氢气和选自一氧化碳、二氧化碳以及它们的混合物的含碳气体的进料流引入反应器的反应区中。在存在混合催化剂的情况下，将所述进料流转化为包含C2至C5链烷烃的产物流。所述混合催化剂包含微孔催化剂组分；以及选自以下项的金属氧化物催化剂组分：(A)由氧化镓组成的本体材料，(B)存在于二氧化钛载体材料上的氧化镓，以及(C)存在于载体材料上的氧化镓和至少一种助催化剂的混合物，所述载体材料选自IUPAC元素周期表第4族。IUPAC元素周期表第4族。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用包含镓金属氧化物的混合催化剂生产C2至C5链烷烃的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2018年12月28日提交的美国临时专利申请第62/785,831号的优先权，该申请的全部公开内容特此通过引用并入。


[0003]本说明书整体涉及包含镓金属氧化物组分的催化剂以及有效地将各种含碳流转化为C2至C5链烷烃的方法。具体地，本说明书涉及包含镓的混合催化剂以及实现合成气体进料的高转化率从而产生碳的良好转化率和所需产物的高产率的方法。合成气体包含氢气和选自由一氧化碳、二氧化碳以及它们的混合物组成的组的含碳气体。混合催化剂通常包含串联操作的金属氧化物组分和微孔催化剂组分的组合。

技术介绍

[0004]在许多工业应用中，链烷烃用于生产塑料、燃料和各种下游化学品，或是用于生产塑料、燃料和各种下游化学品的起始材料。此类链烷烃包括C2至C5材料，诸如乙烷、丙烷、丁烷和戊烷。已开发了用于生产这些低链烷烃的多种工艺，包括石油裂化和各种合成工艺。
[0005]用于将进料碳转化为所需产物诸如链烷烃的合成工艺是已知的。这些合成工艺中的一些开始使用混合催化剂。还探索了不同类型的催化剂以及不同种类的进料流和进料流组分的比例。然而，这些合成工艺中的许多具有低碳转化率，并且许多进料碳(1)并未被转化并以与进料碳相同的形式离开工艺；(2)被转化为CO2；或者(3)这些合成工艺随时间推移具有低稳定性并且催化剂迅速失去其碳转化活性和/或其对所需产物的选择性。例如，许多合成工艺随时间推移往往会增加甲烷产量，从而降低C2至C5链烷烃产量。
[0006]因此，需要既具有进料碳到所需产物(诸如C2至C5链烷烃)的高转化率又具有催化剂的高稳定性的混合催化剂和方法。

技术实现思路

[0007]根据一个实施方案，一种用于制备C2至C5链烷烃的方法包括：将包含氢气和选自由一氧化碳、二氧化碳以及它们的混合物组成的组的含碳气体的进料流引入反应器的反应区；以及在存在混合催化剂的情况下，在所述反应区中将所述进料流转化为包含C2至C5链烷烃的产物流，所述混合催化剂包含：微孔催化剂组分；以及选自由以下项组成的组的金属氧化物催化剂组分：(A)由氧化镓组成的本体材料，(B)存在于二氧化钛载体材料上的氧化镓，以及(C)存在于载体材料上的氧化镓和至少一种助催化剂的混合物，所述载体材料包含至少一种选自IUPAC元素周期表第4族的金属的氧化物。
[0008]根据实施方案，一种用于制备C2至C5链烷烃的方法包括：将包含氢气和选自由一氧化碳、二氧化碳以及它们的混合物组成的组的含碳气体的进料流引入反应器的反应区中；以及在存在混合催化剂的情况下，在所述反应区中将所述进料流转化为包含C2至C5链烷烃
的产物流，所述混合催化剂包含：微孔催化剂组分；以及金属氧化物催化剂，其中所述金属氧化物催化剂组分是由氧化镓组成的本体材料。
[0009]根据实施方案，一种用于制备C2至C5链烷烃的方法包括：将包含氢气和选自由一氧化碳、二氧化碳以及它们的混合物组成的组的含碳气体的进料流引入反应器的反应区中；以及在存在混合催化剂的情况下，在所述反应区中将所述进料流转化为包含C2至C5链烷烃的产物流，所述混合催化剂包含：微孔催化剂组分；以及金属氧化物催化剂，其中所述金属氧化物催化剂组分是存在于二氧化钛载体材料上的氧化镓。
[0010]根据实施方案，一种用于制备C2至C5链烷烃的方法包括：将包含氢气和选自由一氧化碳、二氧化碳以及它们的混合物组成的组的含碳气体的进料流引入反应器的反应区；以及在存在混合催化剂的情况下，在所述反应区中将所述进料流转化为包含C2至C5链烷烃的产物流，所述混合催化剂包含：微孔催化剂组分；以及金属氧化物催化剂组分，其中所述金属氧化物催化剂组分是存在于载体材料上的氧化镓和至少一种助催化剂的混合物，所述载体材料包含至少一种选自IUPAC元素周期表第4族的金属的氧化物。
[0011]另外的特征和优点将在以下具体实施方式中进行阐述，并且部分将从该实施方式中对本领域技术人员变得显而易知或通过实践本文所描述的实施方案(包括以下具体实施方式和权利要求书)而认识到。
[0012]应当理解，前述整体描述和以下详细描述两者都描述了各种实施方案，并且旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特征的概述或框架。
具体实施方式
[0013]现将详细参考混合催化剂和使用所述混合催化剂来制备C2至C5链烷烃的方法的实施方案。在一个实施方案中，一种用于制备C2至C5链烷烃的方法包括：将包含氢气和选自由一氧化碳、二氧化碳以及它们的混合物组成的组的含碳气体的进料流引入反应器的反应区；以及在存在混合催化剂的情况下，在所述反应区中将所述进料流转化为包含C2至C5链烷烃的产物流，所述混合催化剂包含：微孔催化剂组分；以及选自由以下项组成的组的金属氧化物催化剂组分：(A)由氧化镓组成的本体材料，(B)存在于二氧化钛载体材料上的氧化镓，以及(C)存在于载体材料上的氧化镓和至少一种助催化剂的混合物，所述载体材料包含至少一种选自IUPAC元素周期表第4族的金属的氧化物。
[0014]使用混合催化剂来将包含碳的进料流转化为所需产物诸如C2至C5链烷烃是已知的。然而，许多已知的混合催化剂效率低下，因为它们在使用时表现出低进料碳转化率并且/或者快速失活，诸如通过增加甲烷产量，这导致在给定的时间量内在给定的一组操作条件下链烷烃产率较低且稳定性较低。相比之下，本文公开和描述的混合催化剂表现出提高的C2至C5链烷烃产率，即使在催化剂反应时间增加时也是如此。下文讨论了在实施方案中使用的此类混合催化剂的组成。
[0015]总之，混合催化剂在两种独立催化剂中的每一种上紧密偶联顺序反应。在第一步骤中，将包含氢气(H2)以及一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)或CO和CO2的混合物(诸如合成气)中的至少一种的进料流转化为含氧烃。在第二步骤中，将这些含氧物转化为烃(大部分为短链烃诸如C2至C5链烷烃)。通过第二步骤的反应持续排出在第一步骤中形成的含氧物确保了不存在实现进料碳接近100％(>99.9％)地转化为烃的热力学极限。
[0016]混合催化剂体系包含将进料流转化为含氧烃的金属氧化物催化剂组分以及将含氧物转化为烃的微孔催化剂组分(诸如沸石组分)。已知的混合催化剂体系基于铬
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锌金属氧化物或铜
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锌
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铝金属氧化物催化剂，并且随着催化剂反应时间增加，通常在C2至C5链烷烃的初始产率与C2至C5链烷烃的持续产率之间表现出折衷(也称为稳定性)。因此，需要在混合催化剂工艺中与微孔催化剂组分组合时产生高初始产率以及高稳定性的金属氧化物催化剂组分。应当理解，如本文所用，“金属氧化物催化剂组分”包括各种氧化态的金属。在一些实施方案中，金属氧化物催化剂组分可包含不止一种金属氧化物，并且金属氧化物催化剂组分内的各个金属氧化物可具有不同的氧化态。因此，金属氧化物催化剂组分不限于包含具有均匀氧化态的金属氧化物。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制备C2至C5链烷烃的方法，所述方法包括：将包含氢气和选自由一氧化碳、二氧化碳以及它们的混合物组成的组的含碳气体的进料流引入反应器的反应区中；以及在存在混合催化剂的情况下，在所述反应区中将所述进料流转化为包含C2至C5链烷烃的产物流，所述混合催化剂包含：微孔催化剂组分；以及选自由以下项组成的组的金属氧化物催化剂组分：(A)由氧化镓组成的本体材料，(B)存在于二氧化钛载体材料上的氧化镓，以及(C)存在于载体材料上的氧化镓和至少一种助催化剂的混合物，所述载体材料包含至少一种选自IUPAC元素周期表第4族的金属的氧化物。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属氧化物催化剂组分是由氧化镓组成的本体材料。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属氧化物催化剂组分是存在于二氧化钛载体材料上的氧化镓。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属氧化物催化剂组分是存在于载体材料上的氧化镓和至少一种助催化剂的混合物，所述载体材料包含选自IUPAC元素周期表第4族的金属的氧化物。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述载体材料选自由二氧化钛(TiO2)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化铪(HfO2)以及它们的混合物组成的组。6.根据权利要求4所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：