丙烷脫氫制丙烯催化劑研究進(jìn)展及發(fā)展前景

1、    丙烷脫氫制丙烯催化劑研究進(jìn)展及發(fā)展前景    劉小文 劉旭 張譽(yù)文摘要：本文主要介紹了cr系、pt系、氧化物、非金屬氮化物催化劑在丙烷催化脫氫和氧化脫氫反應(yīng)中的應(yīng)用研究進(jìn)展情況，同時(shí)對(duì)cr系、pt系、氧化物、非金屬氮化物催化劑的發(fā)展前景和方向進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：丙烷脫氫;催化劑;cr系;pt系丙烯作為當(dāng)下石油化工領(lǐng)域缺一不可的原料，傳統(tǒng)生產(chǎn)方法包括裂解以及作為煉油廠副產(chǎn)物得到。為了滿足日益增長(zhǎng)的需求，丙烷脫氫的工藝有兩種，包括催化脫氫和氧化脫氫，下面將對(duì)每一種工藝的催化劑進(jìn)行介紹。工藝所用催化劑主要有cr系、pt系、氧化物催化劑、非金屬氮化物催化

2、劑等。1 cr系催化劑cr系催化劑具有十分突出的活性，成本較低，常用于丙烷脫氫制丙烯過(guò)程中。一般工業(yè)上常選取cr系催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%-15%的負(fù)載量，因?yàn)槌^(guò)這一范圍的負(fù)載量將會(huì)導(dǎo)致cr系催化劑的活性組份失活，大大降低了催化效率。對(duì)于cr系催化劑的活性成分來(lái)說(shuō)，具體可分為以下幾種，單核cr（）、雙核cr（）、三核cr（）、多核cr（）或cr2o3簇等具有不同氧化性和不同配位數(shù)的cr物種。kang k等人驗(yàn)證了單核cr（）是反應(yīng)的活性位，同時(shí)轉(zhuǎn)化速率與cr含量無(wú)關(guān)，主要是基于crox/zro2催化體系用于丙烷脫氫的研究得到的。delley m f等人驗(yàn)證了多核cr（）對(duì)催化反應(yīng)起著重要作用

3、，其中“還原cr3+”具有催化活性，“非還原cr3+”具有催化惰性。2 pt系催化劑工業(yè)化丙烷直接脫氫制丙烯的催化劑還有pt系催化劑。其中比較出名的是美國(guó)uop公司自主研發(fā)的oleflex工藝，該工藝使用的是pt系催化劑，主要基于高活性，低污染，低磨損率的優(yōu)點(diǎn)。楊維慎等人驗(yàn)證了基于pt-sn/al2o3中加入助劑mg金屬后發(fā)現(xiàn)sn、mgo的加入不僅能夠改善pt-sn/al2o3催化劑的穩(wěn)定性，而且有利于提高催化劑的活性。上述的丙烷催化脫氫制丙烯的過(guò)程中，沒有引入氧化劑，其實(shí)也可以在制丙烯過(guò)程中引入適量的催化劑，常見的氧化劑有o2、co2、n2o等。3 氧化物催化劑o2、co2是研究中最常用的用

4、于丙烷脫氫制丙烯的氧化物催化劑。其中，o2催化活性非常高，這就使得反應(yīng)可以向制取丙烯的方向進(jìn)行，從而提高反應(yīng)效率。另外，常用的氧化物催化劑還有co2，這種催化劑無(wú)毒無(wú)害，反應(yīng)溫和，同時(shí)二氧化碳是一種溫室氣體，在一定程度上可以減少溫室效應(yīng)。張凌峰等人探究了co2在較低溫度下，依舊能提高反應(yīng)活性，未來(lái)的發(fā)展前景一定是可以期待的。4 非金屬氮化物催化劑非金屬氮化物也可以用于催化劑，常見的非金屬氮化物催化劑以n2o、氮化硼為主，這兩種催化劑在高溫下能分解生成氮?dú)夂脱鯕猓С秩紵?。研究表明以n2o為氧化劑時(shí)，則不會(huì)產(chǎn)生過(guò)度氧化的問題，同時(shí)還能提高反應(yīng)活性，并可以得到較高的c4烯烴收率。張艷惠等人驗(yàn)證了在

5、n2o氣氛下，即使在連續(xù)反應(yīng)2000min后丙烯收率依然維持在20%以上，這與一開始的25%的丙烯收率相似。nawaz z等人驗(yàn)證了以n2o為氧化劑更有利于丙烷氧化脫氫反應(yīng)的進(jìn)行。n2o用作氧化劑用于丙烷氧化脫氫的研究目前還比較少，用于工業(yè)生產(chǎn)還有一定的限制。上述介紹了目前cr系、pt系、氧化物催化劑、非金屬氮化物催化劑四大類催化劑在丙烷催化脫氫和氧化脫氫反應(yīng)中的應(yīng)用研究進(jìn)展情況，詳細(xì)陳述了每種催化劑的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，以及如何提高催化劑活性的方法，基于此，這四種催化劑將在丙烷脫氫制丙烯領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用，也為一些新興催化劑的開發(fā)提供借鑒。參考文獻(xiàn)：1 劉尚，趙金波，房德仁，等.再生過(guò)程對(duì)cr2o3

6、-al2o3催化劑性能的影響j.石油化工，2016（01）.2 delley m f， silaghi m c， nunez zarur f， et al. x-h bond activation on cr （iii） ，o sites ： key stepsin dehy-drogenation and hydrogenation processes j. organomentallics ，2017（01）.3 王振宇，鄭步梅，張淑梅.cuo、ga2o3改性cr2o3-al2o3催化劑丙烷脫氫反應(yīng)性能研究j.天然氣化工（c1化學(xué)與化工），2016（05）.4 張凌峰，劉亞錄，胡忠攀，等.丙烷脫氫制丙烯催化劑研究的進(jìn)展j.石油學(xué)報(bào)（石油加工），2015（02）.5 張艷惠，田愛珍，張忠東，等.丙烷脫氫制丙烯催化劑中國(guó)專利技術(shù)進(jìn)展j.應(yīng)用化工，2014（06）.6 nawaz z.light alkane dehydrogenation to light olefin tech-nologies：a comprehensive reviewj.reviews in chemical engineer