本技术涉及一种钒基氧化铝催化剂及其制备方法和应用。该方法包括将偏钒酸铵与羟基氧化铝混合后加入球磨罐,添加研磨球和去离子水后密封,随后将球磨罐固定于球磨机中进行10至15小时的研磨过程。
背景技术
丙烷是一种重要的化工原料,广泛应用于生成聚丙烯、丙烯酸、聚丙烯腈、苯酚、羰基合成醇、环氧丙烷、丙烯醛,下游应用于生产加工成医疗器械,汽车用品和零部件,建筑材料、电子通信材料以及航空航天材料等,我国的丙烯生产和需求位居全球第一,目前急需新型丙烯低碳生产技术,推动化工过程的绿色低碳转型,由于石油资源日益的紧张,仅靠石油蒸汽裂化和催化裂化技术已无法满足迅速增长的丙烯需求。我国有储量巨大的液化石油气资源,基本由60%丙烷和20%丁烷组成,如果通过低碳烷烃催化脱氢技术生产相应的低碳烯烃,能有效提高低碳烷烃附加值,得到高附加值的丙烯等,且该技术投资低、产品收率高,市场发展潜力巨大。目前国内外较成熟的工业制取丙烯的工艺有:乙烯制丙烯(ETP)、蒸汽裂解(SC)、费托合成(F-T)、甲醇制烯烃(MTO)、丙烷直接脱氢(PDH),以及石脑油蒸汽裂解副产物和炼油副产物等。
其中丙烷直接脱氢最常用的工艺技术为霍尼韦尔UOP的Oleflex工艺和ABB Lumus公司的Catofin工艺。然而,这些工艺存在以下问题:(1)丙烷直接脱氢过程因受热力学平衡限制,PDH反应须高温,平衡转化率难以提高,过程能耗仍较大;(2)在高温条件下,丙烷C-C键易断裂,加剧催化剂表面积碳和结焦,导致催化剂失活快,须频繁再生;(3)使用的铂基催化剂成本高昂,铬基催化剂有毒性且对生态环境和人体有害;因此,研究者一方面通过提高活性位分散性(如单原子,双原子合金、非贵金属掺杂等)或调节催化剂酸性或碱性等策略提高丙烷直接脱氢催化剂的活性、稳定性、选择性和抗积碳能力;另一方面,也积极探索其他可能的丙烷制丙烯路径。其中,丙烷氧化脱氢制丙烯反应可克服丙烷直接脱氢过程热力学平衡限制,具有反应温度低,积碳少、成本低等优点,是一条极具应用潜力的丙烯生产新途径。
在丙烷直接脱氢反应(PDH)中加入适当比例的O2
,即氧气与丙烷脱氢产生的氢气发生氧化生成水,能使反应平衡右移,同等温度下可大大提高平衡转化率,同时氢气与氧气反应放出的热量可供反应,降低外部热供量,达到节能减排的目的,具有较大的开发前景。其存在的缺点是氧气易使丙烷、丙烯发生深度氧化,从而导致其丙烯选择性较低。
传统金属基催化剂普遍存在随反应温度升高丙烷或丙烯深度氧化为COx
而导致丙烯选择性快速降低的难题。近年来,含硼催化剂在催化丙烷氧化脱氢反应中表现出较高的丙烯选择性,且主要副产物为乙烯,COx
则很少(Science,2016,354,1570;Science,2021,372,76 80)
体相含硼催化剂表面活性位点有限,有效反应温度普遍高于500℃,且丙烯单程收率小于1gC3H6
/(gcat
·h),不能满足工业化要求。中国发明(申请号201910569416.8)公开了一种等体积浸渍法(初湿浸渍法)制备无定型氧化硅(主要是SBA 15)负载氧化硼催化剂的方法,并应用于低碳烷烃氧化脱氢反应。丙烷氧化脱氢反应起活温度可低至400℃。但因硼化合物溶解度限制,制备高负载量催化剂时需要多次浸渍。因此开发便于大规模生产的,低温下(<400℃)具有高丙烷氧化脱氢活性和高丙烯选择性的负载型催化剂仍面临极大挑战。
实现思路