微波脱氢催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及微波催化剂领域，公开了一种微波脱氢催化剂及其制备方法，所述微波脱氢催化剂一种微波脱氢催化剂包含金属和/或金属氧化物，以及碳化硅；其中，所述催化剂具有柱体结构，且沿所述催化剂的高度方向，所述催化剂分成n层蜂窝结构，其中，n≥4，每层蜂窝结构具有孔密度为3

【技术实现步骤摘要】
微波脱氢催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及微波催化剂领域，具体涉及一种微波脱氢催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]长期以来，我国以石脑油制备低碳烯烃产品，随着石化企业生产装置规模的大型化，我国单套炼油装置的处理能力已经超过1000万吨/年，而与之配套的乙烯装置的乙烯生产能力也达到了80～120万吨/年。但随着石化资源的日益减少，以原油为基础的石化工业生产成本逐年提高，在此背景下，开发更为广泛的低碳烯烃原料资源受到各国化工企业的广泛关注。微波是一种高效而清洁的加热能源，为现有技术中催化反应的高能耗和物耗提供了一种绿色高效的解决方案，但是传统的催化剂在微波催化中的催化效果并不理想。
[0003]当前石化工业应用使用催化剂通常为片状、环状、球形等等，为克服传统催化剂床层空隙小和压降大的缺陷，专利CN201871380U提出空心齿球型载体的设计，虽能提高催化剂床层空隙率，降低催化剂床层压降，但是也降低了反应过程中催化剂与反应物之间的传质和传热作用。因此，亟需寻找一种适用于微波催化的、具有高床层空隙率、低压降，利于催化剂与反应物之间的传质和传热的新型催化剂。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的微波催化脱氢催化剂床层空隙小和压降大、催化剂与反应物之间的传质和传热作用差，低碳烯烃收率低的问题，提供一种微波脱氢催化剂及其制备方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种微波脱氢催化剂，其中，所述催化剂包含金属和/或金属氧化物，以及碳化硅；
[0006]其中，所述催化剂具有柱体结构，且沿所述催化剂的高度方向，所述催化剂分成n层蜂窝结构，其中，n≥4，每层蜂窝结构具有孔密度为3
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23个/cm2的通孔；
[0007]其中，任意相邻的两层蜂窝结构各自所具有的通孔之间相互错位设置。
[0008]本专利技术另一方面提供了一种上述微波脱氢催化剂的制备方法，其中，包括以下步骤：
[0009](1)用含有活性金属的溶液D浸渍碳化硅粉末；
[0010](2)将步骤(1)中获得的产物在惰性气氛下进行干燥，得到负载型碳化硅粉末；
[0011](3)将所述负载型碳化硅粉末通过3D打印技术打印成型；
[0012](4)将步骤(3)得到的成型催化剂在氧化或还原气氛下进行活化。
[0013]本专利技术提供的微波脱氢催化剂，分成n层蜂窝结构，床层孔隙率高，床层压降小，与惰性气体间的传热效率高。
[0014]本专利技术采用3D打印方法获得具有可设计微观结构的微波催化剂，制备工艺简单可控，与传统催化剂相比能够明显提高低碳烯烃收率。
附图说明
[0015]图1是实施例1中3D打印制备的催化剂微观结构逐层拆解的示意图；
[0016]图2是实施例1中3D打印制备的催化剂从催化剂顶部观察的上下两层蜂窝结构的孔偏移结构示意图。
具体实施方式
[0017]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0018]本专利技术中，如无相反说明，说明书中术语“高度方向”是指催化剂具有的柱体的中心轴延伸方向，“催化剂顶部”为垂直于柱体中心轴的柱体的两端面，使用的方位词如“上、下”是指沿高度方向的相对位置。
[0019]本专利技术一方面提供了一种微波脱氢催化剂，其中，所述催化剂包含金属和/或金属氧化物，以及碳化硅；
[0020]其中，所述催化剂具有柱体结构，且沿所述催化剂的高度方向，所述催化剂分成n层蜂窝结构，其中，n≥4，每层蜂窝结构具有孔密度为3
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23个/cm2的通孔；
[0021]其中，任意相邻的两层蜂窝结构各自所具有的通孔之间相互错位设置。
[0022]本专利技术中提供的催化剂分成n层蜂窝结构，蜂窝结构具有垂直分布的通孔，相邻的蜂窝结构的通孔为错位排布，形成曲折的微流道，沿高度方向，所述催化剂分成6层蜂窝结构，逐层拆解的示意图如图1所示，其中，每层蜂窝结构孔密度为14
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15个/cm2；任意相邻的两层蜂窝结构中，下层蜂窝结构的孔中心相对于上层蜂窝结构的对应孔中心沿孔边长方向偏移，偏移量为孔边长的0.1
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0.8倍，例如，从顶部观察可见的上下两层蜂窝结构的孔偏移如图2所示。在提高催化剂空隙率的同时，利用各蜂窝结构的交错的孔壁提供更多的活性位点，可以实现床层分段分区域反应，进一步提高烷烃脱氢制备低碳烯烃的烯烃收率。
[0023]根据本专利技术的一种优选的实施方式，所述蜂窝结构的层数n为4
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12，优选为6
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10。在上述优选的条件下，有利于提升催化剂与物料接触效率。
[0024]根据本专利技术，所述蜂窝结构的通孔可以选为任意规则的开孔形状，优选地，所述蜂窝结构的通孔选自截面为圆形、正三角形、正方形、正六边形的通孔中的一种或多种。在上述优选的情况下，可以获得更大的比表面积，进一步增加催化剂的活性位点。
[0025]根据本专利技术，所述催化剂中，对于任意相邻的两层蜂窝结构各自所具有的通孔之间相互错位设置的方向没有具体的限定，只要满足上述结构要求即可。任意相邻的两层蜂窝结构中，下层蜂窝结构的孔中心相对于上层蜂窝结构的对应孔中心的偏移方向可以相同或不同。例如，沿催化剂的高度方向，每个蜂窝结构层的孔中心可以沿相同方向依次偏移，形成阶梯状部分重叠的蜂窝孔结构。优选地，任意相邻的两层蜂窝结构中，下层蜂窝结构所具有的通孔的孔中心，相对于上层蜂窝结构中对应的通孔的孔中心，沿通孔的孔边长或孔直径方向偏移。
[0026]根据本专利技术的一种优选的实施方式，其中，所述蜂窝结构的通孔的孔中心的偏移量为孔边长或孔直径的0.1
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0.8倍，优选为0.1
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0.5倍，进一步优选为0.1、0.125、0.25、
0.33、0.5倍。
[0027]根据本专利技术，所述催化剂的尺寸大小可以依据具体的催化反应要求进行调控，例如，作为整体催化剂进行装填或使用小尺寸的催化剂颗粒进行填充。当作为小尺寸的催化剂颗粒进行填充时，所述催化剂的直径优选为5
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10mm，高度为5
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10mm；进一步优选地，所述催化剂的直径为6
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8mm，高度为6
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8mm。在上述优选的情况下，有利于提高整体催化系统的空隙率、比表面积并降低堆积密度，进一步有利于降低反应器压降，提高反应空速。
[0028]根据本专利技术的一种优选的实施方式，所述金属和金属氧化物中的金属元素选自VB族、VIII族、IB族元素中的至少一种，优选为钒、铌、钽、铁、钴、镍、钌、铑、钯、铱、铂、铜、银、金中的至少一种，进一步优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波脱氢催化剂，其特征在于，所述催化剂包含金属和/或金属氧化物，以及碳化硅；其中，所述催化剂具有柱体结构，且沿所述催化剂的高度方向，所述催化剂分成n层蜂窝结构，其中，n≥4，每层蜂窝结构具有孔密度为3
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23个/cm2的通孔；其中，任意相邻的两层蜂窝结构各自所具有的通孔之间相互错位设置。2.根据权利要求1所述的催化剂，其中，所述蜂窝结构的层数n为4
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12，优选为6
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10；和/或，所述蜂窝结构的通孔选自截面为圆形、正三角形、正方形、正六边形的通孔中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的催化剂，其中，任意相邻的两层蜂窝结构中，下层蜂窝结构所具有的通孔的孔中心，相对于上层蜂窝结构中对应的通孔的孔中心，沿通孔的孔边长或孔直径方向偏移；优选地，偏移量为孔边长或孔直径的0.1
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0.9倍，优选为0.1
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0.5倍。4.根据权利要求1
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3中任意一项所述的催化剂，其中，所述催化剂的直径为5
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10mm，高度为5
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10mm；优选地，所述催化剂的直径为6
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8mm，高度为6
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8mm。5.根据权利要求1
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4中任意一项所述的催化剂，其中，所述金属和金属氧化物中的金属元素选自VB族、VIII族、IB族元素中的至少一种；优选地，所述金属和金属氧化物中的金属元素选自铂、金、钯、银、铜、镍和钒中的至少一种；和/或，以催化剂总量为基准，以元素计，所述金属和/或金属氧化物的含量为0.1
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【专利技术属性】
技术研发人员：李蔚，周先锋，王国清，张利军，彭晖，张兆斌，蒋冰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：