[發明專利]利用金屬氧化物進行低碳烷烴脫氫的方法

在審

• 申請號: 201710071080.3
• 申請日: 2017-02-09
• 公開（公告）號: CN108409523A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 鞏金龍;曾亮;伍騰芳;喻俊杰;陳賽
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C07C11/06
• 分類號: C07C11/06;C07C5/48;B01J23/22
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發明公開利用金屬氧化物進行低碳烷烴脫氫的方法，以金屬氧化物為氧載體，在絕氧條件下作為催化劑的金屬氧化物與低碳烷烴發生氧化脫氫反應，金屬氧化物的晶格氧與氧化脫氫反應的產物氫氣結合從而促使該反應的進行。由于產物氫氣或中間產物氫與活性晶格氧結合生成水，可以有效拉動反應平衡向右移動，從而提高反應的轉化率和產品收率，同時在一個氧化脫氫的過程中避免氧氣的直接使用，并可通過與空氣反應再生，補充晶格氧，實現循環。

技術領域

本發明屬于低碳烷烴脫氫反應技術領域，更加具體地說，涉及利用金屬氧化物進行低碳烷烴脫氫的方法。

背景技術

低碳烯烴及二烯烴(碳數在4個以下)是重要的化工原料，在合成樹脂，塑料，汽油調和組分等多種重要化工路線中應用廣泛。低碳烯烴的制備主要通過烴類的蒸汽裂解，烯烴的催化裂化，重油的催化裂解及重油熱解等技術得到，近年來直接利用對應烷烴(乙烷，丙烷，異丁烷等)通過脫氫反應得到相應烯烴已經得到大幅的發展，成為一種新型的低碳烯烴制備技術，如下反應方程式所示：

C_nH_2n+2＝C_nH_2n+H₂

烷烴的催化脫氫有利于提高反應的轉化率和選擇性，以丙烷脫氫為例，通常的脫氫催化劑主要分為Cr系催化劑和Pt系催化劑，但其中Pt價格昂貴，而六價Cr作為有毒重金屬，一旦泄露危害環境。烷烴的脫氫反應過程吸熱，受熱力學平衡限制，單程轉化率低。為了突破熱力學平衡限制和反應的自熱運行，研究人員開展了在有氧條件下的烷烴脫氫研究，氧氣與部分氫氣反應生成水，放出熱量用于丙烷脫氫，同時化學平衡向烯烴產物生成方向移動，提高烯烴單程收率。但氧氣與可燃性反應氣的混合存在安全隱患，對反應器的設計和操作提出了嚴苛的要求，工業推廣難度大。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供利用金屬氧化物進行低碳烷烴脫氫的方法，將含有晶格氧的金屬氧化物催化劑應用在烷烴脫氫反應體系中，由于產物氫氣或中間產物氫與活性晶格氧結合生成水，可以有效拉動反應平衡向右移動，從而提高反應的轉化率和產品收率，同時在一個氧化脫氫的過程中避免氧氣的直接使用，如下反應方程式所示：

C_nH_2n+2+MO_x＝C_nH_2n+MO_x-1+H₂O

經一段反應時間后，金屬氧化物中的晶格氧需要在另一反應器或反應步驟內與空氣反應再生，補充晶格氧，并釋放熱量供上一反應進行，如下反應方程式所示：

MO_x-1+0.5O₂＝MO_x

本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現：

利用金屬氧化物進行低碳烷烴脫氫的方法，以金屬氧化物為氧載體，在絕氧條件下與低碳烷烴發生氧化脫氫反應，金屬氧化物的晶格氧與氧化脫氫反應的產物氫氣結合從而促使該反應的進行。

利用作為催化劑活性組分的金屬氧化物中晶格氧對低碳烷烴進行氧化脫氫，以得到低碳烯烴，要求作為活性組分的金屬氧化物既可以與載體進行負載，例如分子篩、沸石、三氧化二鋁等載體；也可以單獨進行使用。要求金屬具有多種化合價態，且金屬氧化物為烷烴脫氫活性組分，在持續加入物料的反應過程中，由于晶格氧參與低碳烷烴的氧化脫氫，金屬氧化物中氧含量下降，該金屬由高價態下降為低價態，可以選擇金屬釩、鉻、鎢、鉬和鉍。