催化氧化丙烷制備丙烯和一氧化碳的V-Fe系列催化劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種催化氧化丙烷制備丙烯和一氧化碳的V-Fe系列催化劑及其制備方法，催化劑為復(fù)合金屬氧化物，含有V和Fe兩種金屬元素，其組分含量摩爾比為FeVxOy(0≤x≤0.2)。采用溶膠-凝膠法，按一定摩爾比配置偏釩酸鹽和六水合三氯化鐵的無(wú)水乙醇混合液，滴加溶解有F-127的無(wú)水乙醇溶液，調(diào)節(jié)溶液pH至澄清，蒸干后在馬弗爐中450℃下焙燒3小時(shí)。本發(fā)明是一種新的反應(yīng)，以價(jià)格低廉易得的丙烷為原料，大大降低了生產(chǎn)成本，丙烷選擇氧化制備丙烯和CO這一新的反應(yīng)將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和更高的能源利用率。
【專利說明】催化氧化丙烷制備丙烯和一氧化碳的V-Fe系列催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種催化氧化丙烷制取丙烯和一氧化碳的改性催化劑，具體涉及的含有Fe和V兩種元素的金屬氧化物的催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]丙烷是一種化學(xué)性質(zhì)不活潑的烷基化合物，大量存在于天然氣、油田輕烴和煉廠氣等，地球含量相對(duì)豐富。但當(dāng)前絕大多數(shù)被開采的天然氣資源主要用作燃料，用于進(jìn)行化學(xué)加工轉(zhuǎn)化為高附加值化合物的部分相對(duì)較少，利用還不夠充分。丙烯是一類用途廣泛的工藝產(chǎn)品，其在工業(yè)上主要用來(lái)生產(chǎn)聚丙烯、丙烯腈、環(huán)氧丙烷、丙酮等；此外，丙烯還可用以生產(chǎn)多種重要有機(jī)化工原料、生成合成樹脂、合成橡膠及多種精細(xì)化學(xué)品等。而CO也是一系列基本有機(jī)化工產(chǎn)品和中間體的重要原料，CO也是能源和化工的重要原料，由其出發(fā)可制取幾乎所有的基礎(chǔ)化學(xué)品，如光氣、醇、酸、酯、醚、胺等。
[0003]丙烯主要來(lái)源于石油裂化，因其具有多種用途供應(yīng)日趨緊張，價(jià)格遠(yuǎn)高于丙烷。因此，催化氧化丙烷制備丙烯受到了研究人員的廣泛關(guān)注。目前所研究的催化氧化丙烷制取丙烯的催化劑中，大多是一些復(fù)合金屬氧化物，據(jù)研究報(bào)道[1-6]，釩系列催化劑如V-Mg-0，V-Mo-0, N1-V-0, V-Al-O等在催化氧化丙燒制備丙稀反應(yīng)過程中，丙燒容易深度氧化生成COXO2等副產(chǎn)物，使丙烯的產(chǎn)率降低；尤其是當(dāng)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率提高時(shí)，CO2含量明顯升高，甚至高達(dá)38%左右。使得丙烯選擇性大幅度降低，同時(shí)浪費(fèi)了丙烷資源，產(chǎn)生了溫室氣體CO2,經(jīng)濟(jì)效益低，同時(shí)造成資源浪費(fèi)。如果能以價(jià)格低廉易得的丙烷為原料，開發(fā)一種新反應(yīng)，即催化氧化丙烷制備丙烯和CO ;那么生產(chǎn)成本大大降低，丙烷資源得到充分利用。所以，丙烷選擇氧化制備丙烯和CO這一反應(yīng)將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和更高的能源利用率。
[0004]參考文獻(xiàn):
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中副產(chǎn)物以氣體CO2為主而造成資源浪費(fèi)的技術(shù)缺陷，提供一種能催化氧化丙烷制備丙烯和CO的催化劑及其制備方法，含有V和Fe兩種元素的金屬氧化物催化劑，在一定反應(yīng)條件下催化氧化丙烷，制備丙烯和CO，最高選擇性超過90%。
[0013]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0014]本發(fā)明公開了一種催化氧化丙烷制取丙烯和CO的改性催化劑，催化劑為復(fù)合金屬氧化物，含有V和Fe兩種金屬元素，其組分含量摩爾比為FeVxOy (O < x < 0.2)。
[0015]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的Fe元素含量為1.0摩爾比。
[0016]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的V元素含量為O~0.20摩爾比。
[0017]本發(fā)明還提供一種催化氧化丙烷制取丙烯和CO的催化劑的制備方法，采用溶膠-凝膠法，按一定摩爾比配置偏釩酸鹽和六水合三氯化鐵的無(wú)水乙醇混合液，滴加溶解有F-127的無(wú)水乙醇溶液，調(diào)節(jié)溶液pH至澄清，蒸干后在馬弗爐中450°C下焙燒3小時(shí)。
[0018]本發(fā)明還提供一種催化劑適用于催化氧化丙烷制取丙烯和CO反應(yīng)，反應(yīng)的基本原料為丙烷和氧氣，反應(yīng)條件為催化劑V/Fe摩爾比為O~0.2，丙烷與氧氣的體積比為
0.5~3，反應(yīng)溫度為450~520°C，常壓下進(jìn)行，空速為3000~7500ml/ (g.h)。
[0019]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的反應(yīng)條件為催化劑V/Fe摩爾比為0.1，丙烷與氧氣的體積比為2，反應(yīng)溫度為520°C，常壓下進(jìn)行，空速為6000ml/(g.h)。
[0020]本發(fā)明的有益效 果在于:
[0021]本發(fā)明是一種新的反應(yīng)，以價(jià)格低廉易得的丙烷為原料，產(chǎn)物丙烯和CO的選擇性高達(dá)85%至92%，丙烷資源得到充分利用，丙烯的選擇性略高于CO，CO2幾乎可以忽略掉；這為以復(fù)合金屬氧化物為催化劑，催化氧化丙烷制備丙烯，同時(shí)副產(chǎn)物為具有廣泛工業(yè)用途的CO而非溫室氣體CO2提供了依據(jù)，本發(fā)明大大降低了生產(chǎn)成本，丙烷選擇氧化制備丙烯和CO這一新的反應(yīng)將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和更高的能源利用率。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明提供了一種催化氧化丙烷制取丙烯和CO的改性催化劑、催化劑的制備方法及其應(yīng)用，催化劑為復(fù)合金屬氧化物，含有V和Fe兩種金屬元素，其組分含量摩爾比為FeVxOy(O^x^0.20)，采用溶膠凝膠法制備:兩組分按一定比例配制六水合三氯化鐵、偏釩酸銨的無(wú)水乙醇混合溶液(溶液A)，另滴加無(wú)水乙醇溶解的F-127溶液(溶液B)。溶液A與溶液B混合均勻后，40°C條件下滴加鹽酸(含量(HCl)為36.0 %~38.0% )攪拌至混合溶液澄清。然后溶液在電熱恒溫干燥箱中蒸干及干燥后，再在馬弗爐中450°C下焙燒3小時(shí)，即可得到所需催化劑。
[0023]本發(fā)明的催化劑適用于丙烷選擇性氧化制備丙烯和CO，在反應(yīng)前無(wú)需進(jìn)行任何處理，工藝簡(jiǎn)單、操作方便。催化劑V/Fe摩爾比為O~0.15，反應(yīng)溫度為450~520°C，空速為3000~7500ml/(g*h)，原料氣的組成為丙烷/氧氣(體積)比為=0.5~3，常壓下進(jìn)行。
[0024]以下通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0025]實(shí)施例1
[0026]溶膠凝膠法制備本發(fā)明的催化劑:
[0027]原料:六水三氯化鐵=FeCl3.6H20
[0028]偏釩酸銨=NH4VO3[0029]無(wú)水乙醇C2H5OH
[0030]將5.406g六水三氯化鐵和V/Fe摩爾比分別為0，0.008,0.010,0.1,0.15的NH4VO3固體加入到20ml無(wú)水乙醇中，40°C條件下攪拌，滴加溶解有0.5gF_127的20ml無(wú)水乙醇溶液，混合均勻后，滴加鹽酸(含量(HCl)為36.0%~38.0% )至溶液澄清。溶液在65°C條件下攪拌直至蒸干，然后在電熱恒溫干燥箱中65°C、120°C和150°C條件下分別干燥處理8、12和12小時(shí)，冷卻后研磨，再將粉末置于馬弗爐中焙燒，，升溫速率為1°C /min，至450°C恒溫3小時(shí)，即可得到本催化劑。
[0031]實(shí)施例2
[0032]用0.2g催化劑在連續(xù)進(jìn)料的固定床石英管反應(yīng)器中進(jìn)行丙烷氧化反應(yīng)。催化反應(yīng)條件:丙烷/氧氣(體積比)=1/1，反應(yīng)溫度為520°C，常壓下進(jìn)行，空速為6000ml/(g.h)，V/Fe摩爾比為O~0.15，催化劑的評(píng)價(jià)結(jié)果如表1:
[0033]表1
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種催化氧化丙烷制取丙烯和CO的改性催化劑，其特征在于，所述的催化劑為復(fù)合金屬氧化物，含有V和Fe兩種金屬元素，其組分含量摩爾比為FeVxOy (O ^ x ^ 0.20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述催化氧化丙烷制取丙烯和CO的改性催化劑，其特征在于，所述的Fe元素含量為1.0摩爾比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述催化氧化丙烷制取丙烯和CO的改性催化劑，其特征在于，所述的V元素含量為O~0.2摩爾比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述催化氧化丙烷制取丙烯和CO的改性催化劑的制備方法，其特征在于，采用溶膠-凝膠法，按一定摩爾比配置偏釩酸鹽和六水合三氯化鐵的無(wú)水乙醇混合液，滴加溶解有F-127的無(wú)水乙醇溶液，調(diào)節(jié)溶液pH澄清，蒸干后焙燒處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述催化劑適用于催化氧化丙烷制取丙烯和CO反應(yīng)，其特征在于，所述反應(yīng)的基本原料為丙烷和氧氣，反應(yīng)條件為催化劑V/Fe摩爾比為O~0.20，丙烷與氧氣的體積比為0.5~3，反應(yīng)溫度為450~520°C，常壓下進(jìn)行，空速為3000~7500ml/(g.h)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述催化劑適用于催化氧化丙烷制取丙烯和CO反應(yīng)，其特征在于，所述的反應(yīng)條件為催化劑V/Fe摩爾比為0.1，丙烷與氧氣的體積比為2，反應(yīng)溫度為520°C，常壓下進(jìn)行，空速為600 0ml/ (g.h)。
【文檔編號(hào)】B01J23/847GK103990466SQ201410214165
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】陸維敏, 李彥花 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)