一种连续制备轻烃脱氢反应用催化剂的工艺和系统

本发明涉及催化剂制备，尤其涉及一种连续制备轻烃脱氢反应用催化剂的工艺和系统。

背景技术：

1、乙烯是世界上最大的化工产品，也是衡量一个国家石油化工行业发展水平的重要标志之一。由于页岩气革命的推进，将天然气中分离的乙烷资源直接转化为乙烯工艺被认为是当前最高效的乙烯制备工艺，环境友好，设备投资较低。

2、目前，乙烷制备乙烯过程通常采用乙烷蒸汽热裂解或直接脱氢工艺，但是相应的反应特性导致能耗、装置运行稳定性仍然存在问题。相比来说，乙烷氧化脱氢工艺在反应过程当中为放热反应，氧气的引入避免了积炭的产生，反应不受热力学平衡限制，流程较短，反应温度较低(400℃)。

3、在乙烷氧化脱氢制乙烯过程当中，钼、钒、铌、碲多元金属氧化物体系(movnbteox)的m1相催化剂被认为是性能最优异的催化体系，在较低的反应温度下具有较高的乙烯选择性，并且能够实现较高的乙烯收率。

4、但是，由于催化剂制备能力不足，现有movnbteox m1相催化剂的制备以间歇水热合成工艺为主。间歇法制备的催化剂具有较差的可重复性，并且间歇制备过程催化剂的产量较低，放大制备过程会严重影响催化剂产品的性能，种种因素限制了movnbteox m1相催化剂的大规模制备。

5、如何实现工业规模催化剂的连续化、规模化制备是目前迫切需要解决的问题之一。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种连续制备轻烃脱氢反应用催化剂的工艺和系统，采用连续流合成工艺制成movnbteoxm1相催化剂，在乙烷氧化脱氢过程中具有优异的催化性能。

2、具体
技术实现要素：
如下：

3、第一方面，本发明提供一种连续制备轻烃脱氢反应用催化剂系统，包括高压反应装置，所述高压反应装置内设置有盘管式反应器，所述盘管式反应器的出料口连接有产物冷却装置，以对反应产物进行降温；

4、所述产物冷却装置的出口连接有压力控制装置，以控制所述盘管式反应器内的气体压力在0.5-15mpa之间，且大于反应料液当下的饱和蒸汽压；

5、所述压力控制装置的出口连接有产物收集装置。

6、可选地，所述盘管式反应器的内径为1-10mm，外径为2-12mm。

7、可选地，所述盘管式反应器的持液量为10–10000ml。

8、可选地，所述压力控制装置为背压阀。

9、可选地，所述盘管式反应装置的进料口连接反应原料泵送装置，以使反应料液进入所述高压反应装置。

10、第二方面，本发明提供一种上述第一方面所述的连续制备轻烃脱氢反应用催化剂的工艺，包括：

11、将高压反应装置、产物冷却装置、压力控制装置和产物收集装置通过管件连通，构成完整的系统；

12、设置高压反应装置的温度为100-350℃，并通过压力控制器调节盘管式反应器内的压力为0.5-15mpa，然后用泵送装置连续输送流量为1-1000ml/min的反应料液到反应装置内的盘管式反应器中进行反应；

13、获得的反应产物通过盘管式反应器的出料口流向产物冷却装置进行冷却，使其温度低于100℃；

14、冷却后的反应产物流向压力控制装置，并进一步流入产物收集装置；

15、收集得到的产物经抽滤、洗涤、烘干、研磨后，置于300-650℃惰性气体氛围下焙烧1-5h，获得轻烃脱氢反应用催化剂。

16、可选地，所述洗涤包括：采用去离子水进行3-5次冲洗；

17、所述烘干的温度为80-100℃。

18、可选地，所述反应料液的制备工艺包括：

19、按照钼、钒和碲的摩尔比为1：0.25-0.4：0.15-0.25来称取钼酸铵、硫酸氧钒、碲酸，然后在60～80℃水浴条件下，混合溶解于去离子水中，得到溶液a；

20、将草酸铌铵溶解于去离子水中，得到溶液b；

21、将溶液a与溶液b冷却至30～50℃后进行混合，形成反应料液；

22、可选地，所述溶液b中的铌与所述溶液a中钼的摩尔比为0.16-0.24。

23、可选地，所述溶液a与所述溶液b的体积比为4：1-2。

24、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

25、本发明提供一种连续制备轻烃脱氢反应用催化剂系统，包括反应装置，所述反应装置内设置有盘管式反应器，所述盘管式反应器的出料口连接有产物冷却装置，以对反应产物进行降温；所述产物冷却装置的出口连接有压力控制装置，以控制所述盘管式反应器内的气体压力在0.5-15mpa之间，且大于反应料液当下的饱和蒸汽压；所述压力控制装置的出口连接有产物收集装置。本发明通过引入微通道盘管式反应器作为水热合成反应器，代替常规以反应釜作为movnbteox m1相催化剂水热合成的反应器，实现在更高的温度、压力条件下，水热合成过程的连续、快速发生。本发明提供的反应系统进行工业化规模的放大后，具有广阔的工业应用前景。

26、本发明还提供一种依托于上述连续制备轻烃脱氢反应用催化剂系统的催化剂制备工艺，该工艺实现在高温、高压条件下，实现movnbteoxm1相催化剂的连续、快速制备。明显缩短了原料液水热合成花费的反应时间，节约合成成本。并且，获得催化剂活性明显优于传统实验室间歇釜制备工艺获得的催化剂。

技术特征：

1.一种连续制备轻烃脱氢反应用催化剂系统，其特征在于，包括高压反应装置，所述高压反应装置内设置有盘管式反应器，所述盘管式反应器的出料口连接有产物冷却装置，以对反应产物进行降温；

2.根据权利要求1所述的连续制备轻烃脱氢反应用催化剂系统，其特征在于，所述盘管式反应器的内径为1-10mm，外径为2-12mm。

3.根据权利要求1所述的连续制备轻烃脱氢反应用催化剂系统，其特征在于，所述盘管式反应器的持液量为10–10000ml。

4.根据权利要求1所述的连续制备轻烃脱氢反应用催化剂系统，其特征在于，所述压力控制装置为背压阀。

5.根据权利要求1所述的连续制备轻烃脱氢反应用催化剂系统，其特征在于，所述盘管式反应装置的进料口连接反应原料泵送装置，以使反应料液进入所述高压反应装置。

6.一种权利要求1-5任一所述的连续制备轻烃脱氢反应用催化剂的工艺，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的连续制备轻烃脱氢反应用催化剂的工艺，其特征在于，所述洗涤包括：采用去离子水进行3-5次冲洗；

8.根据权利要求6所述的连续制备轻烃脱氢反应用催化剂的工艺，其特征在于，所述反应料液的制备工艺包括：

9.根据权利要求8所述的连续制备轻烃脱氢反应用催化剂的工艺，其特征在于，所述溶液b中的铌与所述溶液a中钼的摩尔比为0.16-0.24。

10.根据权利要求8所述的连续制备轻烃脱氢反应用催化剂的工艺，其特征在于，所述溶液a与所述溶液b的体积比为4:1-2。

技术总结
本发明提供一种连续制备轻烃脱氢反应用催化剂工艺和系统，属于催化剂制备技术领域，该系统包括反应装置，所述反应装置内设置有盘管式反应器，所述盘管式反应器的出料口连接有产物冷却装置，以对反应产物进行降温；所述产物冷却装置的出口连接有压力控制装置，以控制所述盘管式反应器内的气体压力在0.5‑15MPa之间，且大于反应料液当下的饱和蒸汽压；所述压力控制装置的出口连接有产物收集装置。本发明通过引入微通道盘管式反应器作为水热合成反应器，代替常规以反应釜作为MoVNbTeO<subgt;x</subgt; M1相催化剂水热合成的反应器，实现在更高的温度、压力条件下，水热合成过程的连续、快速发生。本发明提供的反应系统进行工业化规模的放大后，具有广阔的工业应用前景。

技术研发人员：程易,陈雨鑫
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21