一种乙烷化学链制乙烯的新型载氧体及其制备方法和应用技术

技术编号：40248619 阅读：6 留言：0更新日期：2024-02-02 22:43

本发明专利技术公开一种乙烷化学链制乙烯的载氧体及其制备方法和应用，载氧体以CeO<subgt;2</subgt;为载体，以Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;为活性组分，活性组分Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;在载氧体中的质量含量为5～30％，载氧体的孔径为0.5～50um。载氧体的制备方法包括采用乳液聚合法制备模板、大孔CeO<subgt;2</subgt;的制备及负载活性组分等过程。载氧体在乙烷化学链制乙烯中的应用，其中在燃料反应器中的反应温度为600～1000℃，在空气反应器中的反应温度为600～1000℃，反应压力为0.1～10MPa。本发明专利技术载氧体具有三维有序大孔结构、活性组分分散均匀、制备方法简单等特点，该载氧体在乙烷化学链制乙烯反应中具有反应床层压降低、活性高，扩散效果好等优点。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种乙烷化学链制乙烯的载氧体及其制备方法和应用，具体地说是涉及到一种乙烷化学链制乙烯的三维有序大孔氧化物载氧体及其制备方法和应用，属于乙烷化学链制乙烯领域的载氧体技术。

技术介绍

1、乙烯工业是石化产业的重要组成部分，是衡量一个国家石化发展水平的重要标志之一。目前，蒸汽裂解制乙烯是乙烯生产的主流工艺，煤制乙烯技术是重要的补充技术，但是前者存在能耗高和原料结构不合理等不足，后者受到环保要求、油价等因素的限制，这些现有技术的限制促进了乙烯生产技术的发展。近年来，研究人员在廉价原料利用、催化剂创新、低能耗短流程工艺开发等多个方面开展了大量工作，探索了多种乙烯生产新技术，并取得了有效进展。乙烷化学链氧化脱氢制乙烯技术(乙烷cl-odh)是利用金属氧化物基载氧体的晶格氧来促进乙烷转化。由于其反应过程不需要氧气和惰性气体稀释，极大地改善了反应过程的安全环境，并降低了工艺过程投资和操作费用。乙烷cl-odh过程由两个步骤组成：首先，乙烷被载氧体氧化生成乙烯和水，同时载氧体被乙烷还原；然后，通入空气将载氧体氧化并释放热量，完成一次循环。通常该技术中的载氧体要进行多次氧化还原循环。该技术具有载氧体价格低廉、过程自热连续运行、打破烷烃脱氢热力学平衡的特点，能够大幅提高烯烃收率，并且工艺流程短，节省了投资和操作费用，所以具有良好的发展和应用前景。

2、目前，乙烷化学链氧化脱氢制乙烯技术还没有工业应用，主要原因是载氧体还存在载氧体孔径小、载氧率有限和活性低的问题。haribal等模拟结果表明采用乙烷cl-odh预计能减少82％

3、三维有序大孔氧化物因为具有规则的孔道排列，孔径在几百纳米至几十微米之间的特点，所以近年来在催化方面得到广泛关注，但把三维有序大孔材料作为乙烷cl-odh技术中的载氧体还未见报道。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种乙烷cl-odh的载氧体及其制备方法和应用。该载氧体具有三维有序的大孔结构、活性组分分散均匀并且制备方法简单，该载氧体在乙烷cl-odh反应中具有反应床层压降低、活性高、扩散效果好等优点。

2、本专利技术一种乙烷cl-odh的载氧体，所述的载氧体以ceo2为载体，以fe2o3为活性组分，活性组分fe2o3在载氧体中的质量含量为5～30％，载氧体的孔径为0.5～50um。

3、本专利技术一种乙烷cl-odh的载氧体的制备方法，包括以下过程：

4、1)采用乳液聚合法制备模板：

5、以苯乙烯为单体，加入质量为单体质量的0.1～2％的过硫酸钠引发剂，在50～80℃水浴锅中聚合8～24小时后，把聚合物放入干燥箱干燥12～24小时。将模板在90～120℃下热处理，增强模板的机械强度。

6、2)大孔ceo2的制备：

7、以ce(no3)3·6h2o为铈源、加入摩尔量为铈摩尔量的0.2～0.4倍的柠檬酸为鳌合剂，加入到无水乙醇中，搅拌至呈透明颜色。将步骤1)制得的聚苯乙烯模板浸渍到该溶液中，浸渍5～20min后真空抽率、干燥，然后重复上述浸渍-抽率-干燥过程3～6次，然后在管式马弗炉中以0.1～5℃/min的升温速率升温至600～900℃，恒温焙烧2～4小时，得到三维有序大孔ceo2。

8、3)负载活性组分：

9、取浓度为0.2～2.0mol/l的硝酸铁溶液，将步骤2)制备的三维有序大孔ceo2等体积浸渍在硝酸铁溶液中，然后在室温下干燥，再于70～100℃干燥8～20小时然后在700～900℃焙烧，得到三维有序大孔fe2o3/ceo2载氧体。

10、本专利技术三维有序大孔fe2o3/ceo2载氧体在乙烷cl-odh技术中的应用，其中在燃料反应器中的反应温度为600～1000℃，在空气反应器中的反应温度为600～1000℃，反应压力为0.1～10mpa。

11、与现有技术相比本专利技术具有如下优点：

12、1、本专利技术fe2o3/ceo2载氧体具有三维有序的大孔结构，有利于乙烷和氧气在fe2o3/ceo2载氧体内的扩散，提高乙烷的转化率，降低反应床层的压降，提高载氧体的稳定性。

13、2、本专利技术fe2o3/ceo2载氧体中ceo2具有大量的氧空位，在空气反应器内，ceo2的氧空位能够吸附氧分子，提高fe2o3/ceo2载氧体内表面上氧分子的浓度并活化氧分子，有利于活性组分的氧化反应，提高乙烷cl-odh所需循环氧量；在燃烧反应器中ceo2和fe2o3的协同作用能够使fe2o3/ceo2载氧体中的氧与乙烷进行快速反应，提高循环氧的利用率。

14、3、ceo2的氧空位有利于铁在其表面的均匀分布，此外ceo2氧空位上的吸附氧也能够促进乙烷反应。

15、4、本专利技术fe2o3/ceo2载氧体制备方法简单易行，有利于工业上大规模生产应用。

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【技术保护点】

1.一种乙烷化学链制乙烯的载氧体，其特征在于所述的载氧体以CeO2为载体，以Fe2O3为活性组分，活性组分Fe2O3在载氧体中的质量含量为5～30％，载氧体的孔径0.5um～50um。

2.按照权利要求1所述的乙烷化学链制乙烯的载氧体制备方法，其特征在于包括如下步骤：

3.按照权利要求1或2所述的载氧体在乙烷化学链制乙烯中的应用，其中在燃料反应器中的反应温度为600～1000℃，在空气反应器中的反应温度为600～1000℃，反应压力为0.1～10MPa。

【技术特征摘要】

1.一种乙烷化学链制乙烯的载氧体，其特征在于所述的载氧体以ceo2为载体，以fe2o3为活性组分，活性组分fe2o3在载氧体中的质量含量为5～30％，载氧体的孔径0.5um～50um。

2.按照权利要求1所述的乙烷化学链制乙烯的载...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁皓，孟锦宏，孙杰，
申请(专利权)人：沈阳理工大学，
类型：发明
国别省市：

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