[發明專利]碳基催化劑及其制備方法和應用以及乙苯脫氫制備苯乙烯的方法

在審

• 申請號: 201910972208.2
• 申請日: 2019-10-14
• 公開（公告）號: CN112717971A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 繆長喜;危春玲;陳銅;劉岳峰;馮璐
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J27/228;B01J35/10;C07C5/333;C07C15/46
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉亭亭;劉依云

本發明涉及催化劑制備領域，公開了一種碳基催化劑及其制備方法和應用以及乙苯脫氫制備苯乙烯的方法，該碳基催化劑包括載體及負載在載體上的活性組分，所述活性組分包括納米金剛石以及改性元素，所述改性元素選自氮元素、磷元素和硼元素中的至少一種。本發明提供的碳基催化劑為整體式催化劑，方便于運輸，制備方法簡單，不需要特殊的設備和復雜的操作步驟，用于乙苯脫氫反應過程中，可以在相對較低反應溫度下生產苯乙烯。

技術領域

本發明涉及催化劑制備領域，具體涉及碳基催化劑及其制備方法和應用以及乙苯脫氫制備苯乙烯的方法。

背景技術

苯乙烯是生產聚苯乙烯樹脂、ABS樹脂、合成橡膠等產品的重要有機原料，用途非常廣泛。乙苯脫氫制苯乙烯是目前工業上制備苯乙烯的主要路線。目前，該反應是在鐵系催化劑的作用下，高溫和過量水蒸氣的條件下進行的。水蒸氣在苯乙烯生產過程中可以提供反應所需的能量，起到降低乙苯分壓、促使反應正向移動的作用，還可以自動除焦、防止催化劑活性成分被還原等。因此苯乙烯生產過程需要耗用大量過熱水蒸汽作為脫氫介質，而大量水蒸氣的耗用使得該工藝能耗大、產物冷凝量大、過程設備費用高，生產成本居高不下。在全球能源與環境問題日益突出的形勢下，能耗大的問題一直困擾著苯乙烯工業的健康發展。

與直接脫氫反應相比，乙苯氧氣氧化脫氫反應為放熱反應，可以在較低的溫度下進行，節約了能源，又克服了熱力學平衡的限制，同時還能使反應工藝大大簡化。但是會出現產物深度氧化，產物分布難以控制的問題。若能使乙苯在少量氧氣即貧氧的條件下進行反應，則既能降低能耗又能保證產物的選擇性，因此，乙苯貧氧脫氫反應成為一條具有潛在競爭力的新工藝路線。

近年來，納米碳材料因其穩定性和優異的催化活性而被廣泛研究。如CN105330502A(一種雜原子修飾的納米碳材料作為正丁烯氧化脫氫反應催化劑的應用)中公開了一種雜原子修飾的納米碳材料作為催化劑，正丁烯的轉化率為25～60％，丁二烯選擇性為56～90％。

目前，使用納米碳材料作為催化劑，活性、選擇性和穩定性有待進一步提高。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的納米碳材料催化劑活性、選擇性和穩定性較差的問題，提供一種碳基催化劑及其制備方法和應用以及乙苯脫氫制備苯乙烯的方法，該催化劑用于乙苯氧化脫氫反應時具有活性高，選擇性高和穩定性好的特點。

本發明的發明人在研究過程中發現，納米碳材料一般為粉末狀，如果能將該材料復合到載體上，得到整體式催化劑，則一方面能充分分散表面的活性組分，另一方面有助于避免固定床反應器壓降的產生，從而提高該類材料用于脫氫反應過程的競爭力。

為了實現上述目的，本發明第一方面提供一種碳基催化劑，該碳基催化劑包括載體及負載在載體上的活性組分，所述活性組分包括納米金剛石以及改性元素，所述改性元素選自氮元素、磷元素和硼元素中的至少一種。

優選地，所述載體為碳化硅，進一步優選為β-SiC。

本發明第二方面提供一種碳基催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將納米金剛石、含改性元素的化合物、葡萄糖、分散劑以及溶劑混合，得到活性組分懸濁液；所述含改性元素的化合物選自氮源、硼源和磷源中的至少一種；

(2)將載體浸漬于步驟(1)所述的活性組分懸濁液中，依次進行干燥、預煅燒和煅燒。

本發明第三方面提供上述制備方法制得的碳基催化劑。

本發明第四方面提供上述碳基催化劑在乙苯脫氫反應中的應用。

本發明第五方面提供一種乙苯脫氫制備苯乙烯的方法，該方法包括：

在乙苯脫氫反應條件下，將含有乙苯、稀釋劑和氧化劑的混合氣與上述碳基催化劑接觸。

本發明提供的技術方案具有以下優勢：