逆水煤气变换耦合乙烷脱氢反应中载体对氧化铬催化剂性能的影响

葛欣

（南京大学化学化工学院，江苏南京210093）

摘要：研究了在逆水煤气变换耦合乙烷脱氢反应中担载型氧化铬催化剂的活性，考察了多种载体对于催化剂反应性能的影响。结果表明，不同的载体所担载的氧化铬催化剂具有不同的催化性能。其中二氧化硅担载的氧化铬催化剂具有较高的乙烷转化率和乙烯选择性，在700℃时分别达到30.7%和96.5%。CO2的作用是通过与H2反应促进乙烷脱氢、并减少催化剂表面积炭。运用XRD、TPR、XPS、UV-DRS和微量吸附量热技术对催化剂体相与表面结构、表面酸性和铬物种价态等进行了表征，结果显示催化剂表面酸中心适当的强度、数量和分布有利于乙烷的活化和催化转化，Cr3+和Cr6+物种是反应的活性中心。

关键词：乙烷脱氢；乙烯；二氧化碳；氧化铬；催化剂载体

乙烷综合利用的途径之一是催化脱氢生产乙烯。受化学平衡限制，乙烷脱氢反应需要低压、高温。然而，高温有利于热裂解反应而生成积炭和甲烷等产物，并且能耗高。人们曾试图利用氧气或者空气进行乙烷的氧化脱氢，以取代高温水蒸气热裂解工艺[1-3]，但由于难以避免深度氧化，导致乙烯的选择性不易控制和提高。近年来，通过采用温和氧化剂CO2进行乙烷氧化脱氢，发现担载型氧化铬催化剂展示了较好的反应性能[4-5]。Mimura等[6-7]在Cr/H-ZSM-5催化剂上研究了在CO2气氛中乙烷脱氢反应，刘立成等[8-9]研究了Cr/MSU-x上的催化活性并在700℃获得了68.1%乙烷转化率和55.6%乙烯收率。……