半负载的脱氢催化剂制造技术

本发明专利技术公开了可用于使烷基芳香烃脱氢形成烯基芳香烃的催化剂和其使用方法。所述催化剂包含３０－９０重量％铁化合物，１－５０重量％碱金属化合物和至少５重量％氧化铝化合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总地涉及用于转化烃的催化剂。
技术介绍
本领域熟知利用各种催化剂组合物对烃进行催化脱氢。人们一直在不断地开发在烷基芳香烃至烯基芳香烃，如乙苯至苯乙烯的脱氢过程中具有较高转化率、选择性且稳定性提高的催化剂。目前用于苯乙烯生产的乙苯催化剂的工业标准是金属氧化物催化剂本体和铁/ 钾(Fe/K)活性相和一种或多种促进剂如铈。也可向所述脱氢催化剂中加入其他组分，以便进一步促进、活化或稳定。正常的催化剂失活往往降低转化水平和/或选择性水平，任何一种降低情况都会导致不利的生产效率损失。造成脱氢催化剂失活的原因有很多。这些原因可包括催化剂表面被(例如)焦炭或焦油堵塞，也称为碳化；催化剂结构发生物理降解；催化剂中的促进剂损失，例如碱金属化合物的物理损失，或者钾在催化剂内发生团聚。根据催化剂和使用的各种操作参数，可能是这些机理中的一种或多种。催化剂表面碳化时可对催化剂进行蒸汽处理或加热处理(称为除焦)，但这些再生操作可能导致催化剂结构发生物理降解。在高温下，特别是蒸汽中，钾可以移动。在蒸汽除焦工艺中，钾的移动和损失可能造成问题，可能进一步伴以催化剂结构的物理降解。脱氢催化剂的催化剂寿命常常取决于反应器中的压降。压降提高会降低所需产物的产率和转化率。催化剂的物理降解通常会提高反应器中的压降。因此，催化剂的物理完整性至关重要。含氧化铁的脱氢催化剂在降低其物理完整性的工艺条件下可能发生显著改变。例如，在乙苯至苯乙烯的脱氢过程中，使催化剂在高温(例如500°C至700°C)下接触氢气和蒸汽，在这些条件下，用于产生苯乙烯催化剂的铁的优选来源Fe2O3可能被还原成 Fe3O40这种还原引起氧化铁晶格结构的变化，导致催化剂结构的物理完整性降低，以至于在低于100°C的温度下与水接触时更易于发生降解。这种与水接触时的降解的特征是催化剂本体(如团块或颗粒)变软和/或膨胀和/或开裂。接触催化剂的水可以是液体或湿气， 例如高湿度空气的形式。本文所用术语“高湿度”指相对湿度约高于50%。脱氢催化剂的活性随时间降低。最终，催化剂失活，以至于必须更换或再生该催化剂。由于更换期间的产量损失和/或再生催化剂所涉及的花费，这代价昂贵。有利于延长催化剂寿命的催化剂稳定性的任何提高都会提高使用该催化剂的工艺的经济性。因此，需要提高催化剂的稳定性以便延长催化剂寿命、提高催化剂对除焦操作所致降解的耐受性、辅助将反应器上的压降保持在最低水平和提高催化剂耐受高湿度环境的能力。
技术实现思路
本专利技术实施方式总地包括含有30-90重量％铁化合物、1-50重量％碱金属化合物和至少5重量％氧化铝化合物的催化剂。所述铁化合物可包含氧化铁，并且可以是铁酸钾。所述氧化铝化合物可选自下组氧化铝、金属改性的氧化铝和金属铝酸盐。所述催化剂可包含至少10重量％氧化铝化合物。所述碱金属化合物可选自下组碱金属氧化物、硝酸盐、氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐和其组合，并可包含钠或钾化合物。所述碱金属化合物可以是铁酸钾。所述催化剂还可包含0. 5至25. 0重量％铈化合物。所述催化剂还可包含0. Ippm 至IOOOppm的贵金属化合物。所述催化剂还可包含0. 1重量％至10. 0重量％的至少一种选自下组的元素的来源铝、硅、锌、锰、钴、铜、钒和其组合。本专利技术一个实施方式是使烷基芳香烃脱氢形成烯基芳香烃的方法。该方法包括向脱氢反应器中提供由10-90重量％铁化合物、1-50重量％碱金属化合物和至少5重量％氧化铝化合物组成的脱氢催化剂。向所述脱氢反应器中提供由烷基芳香烃和蒸汽组成的烃原料。在能使至少一部分所述烷基芳香烃有效脱氢的条件下，使所述烃原料和蒸汽与所述脱氢催化剂在所述反应器内相接触，以产生烯基芳香烃。从脱氢反应器回收烯基芳香烃产物。原料中的烷基芳香烃可包括乙苯，产物中的烯基芳香烃可包括苯乙烯。脱氢催化剂中的所述氧化铝化合物可选自下组氧化铝、金属改性的氧化铝和金属铝酸盐。所述铁化合物可以是氧化铁，所述碱金属化合物可以是钾化合物。所述脱氢催化剂还可包含铁酸钾。 所述脱氢催化剂可包含0. 5至25. 0重量％铈化合物。附图简述附图说明图1说明使用第2批产生的催化剂时EB至苯乙烯转化反应中的苯乙烯选择性与 EB转化率关系图。图2说明使用第5批产生的催化剂时EB至苯乙烯转化反应中的苯乙烯选择性与 EB转化率关系图。专利技术详述为了实现较高性能、较长运行时间和较低的蒸汽烃比值，努力开发具有改进的物理特性的催化剂。本专利技术方法包括向传统的混合型金属氧化物配方中加入载体材料如氧化铝、金属改性的氧化铝或金属改性的铝酸盐，以便稳定活性物质和改进物理特性。已经制备了包含约25%氧化铝和狗/K/Ce成分的一系列催化剂。已经用此种方法制备了具有良好表面积和孔隙率的催化剂。χ-射线衍射数据显示已经由氧化铁原料形成铁酸钾相。铁酸盐相通常被认为是脱氢反应的活性物质。观察到，加入氧化铝能促进这些催化剂制剂中形成铁酸盐相。本专利技术实施方式总地包括含有30-90重量％铁化合物、1-50重量％碱金属化合物和至少5重量％氧化铝化合物的催化剂。所述铁化合物可包含氧化铁，并且可以是铁酸钾。 所述氧化铝化合物可选自下组氧化铝、金属改性的氧化铝和金属铝酸盐。所述碱金属化合物可选自下组碱金属氧化物、硝酸盐、氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐和其组合，并可包含钠或钾化合物。所述碱金属化合物可以是铁酸钾。所述催化剂还可包含0. 5至25. 0重量％铈化合物。所述催化剂还可包含0. Ippm5至IOOOppm的贵金属化合物。所述催化剂还可包含0. 1重量％至10. 0重量％的至少一种选自下组的元素的来源铝、硅、锌、锰、钴、铜、钒和其组合。本专利技术一个实施方式是使烷基芳香烃脱氢形成烯基芳香烃的方法。该方法包括向脱氢反应器中提供由10-90重量％铁化合物、1-50重量％碱金属化合物和至少5重量％氧化铝化合物组成的脱氢催化剂。向所述脱氢反应器中提供由烷基芳香烃和蒸汽组成的烃原料。在能使至少一部分所述烷基芳香烃有效脱氢的条件下，使所述烃原料和蒸汽与所述脱氢催化剂在所述反应器内相接触，以产生烯基芳香烃。从脱氢反应器回收烯基芳香烃产物。原料中的烷基芳香烃可包括乙苯，产物中的烯基芳香烃可包括苯乙烯。脱氢催化剂中的所述氧化铝化合物可选自下组氧化铝、金属改性的氧化铝和金属铝酸盐。所述铁化合物可以是氧化铁，所述碱金属化合物可以是钾化合物。所述脱氢催化剂还可包含铁酸钾。 所述脱氢催化剂可包含0. 5至25. 0重量％铈化合物。表面积、孔隙率和孔径发生较小改变就能显著影响混合型金属氧化物苯乙烯催化剂本体。例如，较大的孔径和提高的钾稳定性可降低对催化剂除焦的需求。降低对除焦操作的需求可减少钾的移动和损失。减少的除焦操作也可降低对进入系统的蒸汽的需求，从而减少能源成本。所用试剂的加入顺序和种类(是金属氧化物或成孔剂)可显著影响这些物理特性。以加入钾作为最后一步，制备第1批和第2批催化剂。下一系列，第3批和第4批研究了利用一步制备的另一种方法，其中包括使用钾化合物的单步制备。第5批用氧化铝镁代替氧化铝。这些制备过程中没有抑制在最终催化剂中出现的绿色，这是1(和狗相互作用生成单铁酸钾相的结果。以氧化铁为原料时研究了两种不同选择。传统使用的氧化铁红狗203是用于第1批和第3批的一种底物本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种催化剂，其包含：３０－９０重量％铁化合物；１－５０重量％碱金属化合物；和至少５重量％氧化铝化合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·E·佩拉蒂，
申请(专利权)人：弗纳技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US