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异丁烯是一种重要的化工原料,它可用来生产甲基叔丁基醚(MTBE)、甲基丙烯酸甲酯、叔丁醇、丁基橡胶、异戊橡胶等化学品。随着异丁烯应用领域的日益拓宽,异丁烯的需求量也越来越大。若能实现异丁烷的高效脱氢制异丁烯,将既有利于资源的利用又可满足市场需求。然而,异丁烷脱氢反应在高温下存在着裂解反应和催化剂表面积炭的问题,导致催化剂选择性和稳定性降低。为了有效解决这一问题,需要对催化剂的催化性能做进一步改进。
1.在PtSnK/Al2O3催化剂基础上,添加适量的Mg助剂可以提高活性组分Pt的分散度,促进催化剂金属功能与酸性功能的匹配,提高催化剂的异丁烷脱氢性能。而过量Mg的加入易促使锡氧化物还原为Sn0,并可能形成PtSn合金,使催化剂活性降低。当Mg的含量为0.4wt.%时,催化剂脱氢活性和稳定性最佳。
2.适量镧助剂的引入,降低了PtSnK/Al2O3催化剂的表面酸性,提高了金属Pt的分散度,有利于锡氧化态的稳定。PtSnKLa/Al2O3催化剂的最佳La含量为0.9wt.%,此时La和K助剂之间的协同作用可进一步增强催化剂的抗积炭能力,提高催化反应的稳定性。不同反应条件对PtSnK/Al2O3催化剂脱氢性能影响明显。提高反应温度、降低反应压力、减小氢烃比和降低体积空速均能有效提高催化剂的反应活性。PtSnKLa/Al2O3催化剂的稳定性试验表明,该催化剂具有优良的脱氢性能,反应了120 h后,异丁烷转化率仍维持在40%以上,异丁烯选择性达到97.5%。
3.不同竞争吸附剂的添加会显著影响PtSnKLa/Al2O3催化剂的结构及异丁烷脱氢性能。其根本原因在于不同竞争吸附剂会对铂的前驱体在载体上的分布产生不同影响。其中,以盐酸为竞争吸附剂制备的催化剂催化性能最佳。盐酸能有效地促进活性组分在催化剂表面的分散,提高催化活性。盐酸在浸渍液中的浓度对催化剂脱氢性能亦有重要影响。随着盐酸浓度的增加,催化剂的反应活性及稳定性得到了提高,但浓度过高会使载体的酸性增加,催化剂表面积炭加剧,反应稳定性下降。当浸渍液中盐酸浓度为1.0wt.%时,催化剂的催化性能最佳。