[發明專利]一種用于合成氣直接制備烯烴和芳烴的催化劑及其應用

有效

• 申請號: 201811585619.8
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109569704B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 劉小浩;胥月兵;姜楓;劉冰
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B01J29/48
• 分類號: B01J29/48;B01J29/46;C07C1/04;C07C11/02;C07C9/04;C07C9/00;C07C15/04;C07C15/06;C07C15/08;C07C15/02
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種用于合成氣直接制備烯烴和芳烴的催化劑及其應用，屬于CO、CO₂催化轉化技術領域。本發明的催化劑由由費托合成活性組分、助劑、惰性材料和具有片狀的分子篩組成，其中，一部分助劑負載在分子篩上，分子篩外層包覆有惰性材料，費托合成活性組分和另一部分助劑負載在惰性材料上。在該催化劑體系上CO₂或CO或兩者混合物可在適宜的反應條件下，氣相烴產物中烯烴(C₂～C₅)含量可達70％，液態烴中芳烴總含量達95％以上，其中對二甲苯含量高達60％，且催化劑的穩定性有了大幅度的改善。本發明提供了一條可從CO₂、CO加氫直接制備烯烴和芳烴的新路線。

技術領域

本發明涉及一種用于合成氣直接制備烯烴和芳烴的催化劑及其應用，屬于CO、CO₂催化轉化技術領域。

背景技術

低碳烯烴包括乙烯、丙烯和丁烯，以及輕質芳烴(Benzene-Toluene-Xylene，BTX)包括苯、甲苯和二甲苯均是重要的化工原料，其主要來源于石腦油的裂解。隨著原油資源的減少和環境問題的日益突出，使得從石油路線獲得烯烴和芳烴受到挑戰，也變得不可持續。有限的石油資源和環境危機刺激了非石油基碳資源轉化化學的相關研究和發展，因此，非石油路線制取低碳烯烴和芳烴越來越受到重視，合成氣(CO+H₂或CO₂+H₂)是貫通非石油基碳資源和其他基本化學品的關鍵連接點。

經合成氣可將煤炭、天然氣和生物質等含碳資源轉化為燃料、醇、烷/烯烴等化學品，使用合成氣、二氧化碳直接制備低碳烯烴或芳烴作為一條替代技術路線，對于利用我國較為豐富的煤炭資源以緩解對石油資源的依賴，具有重要意義。

目前已有報道的合成氣或二氧化碳直接制芳烴的工藝過程主要通過將具有合成氣轉化功能和脫氫芳構化功能的兩種催化劑先后置于串聯雙床反應器、或以顆粒間或顆粒內混合的方式置于單床反應器中實現的，如專利CN106540740A和CN106518591A；國內山西煤化所采用兩段反應器分別裝有兩種類型催化劑，可將合成氣經二甲醚轉化為芳烴(CN101422743B)；南開大學關乃佳課題組報道將費托合成(FTS)催化劑Fe/MnO與Ga/HZSM-5催化劑物理混合，在1.1MPa、270℃下芳烴選擇性接近50％(Catalysis Today，30(1-3)：207-213，1996)。然而直接采用分子篩和費托合成混合催化劑時，分子篩催化劑易發生失活，不易從高活性的費托催化劑中及時分離出來，會影響費托合成催化劑的性能；此外，當分子篩的含量超過一定量時，也會嚴重影響費托催化劑的活性。此外，費托反應和芳構化反應的最佳操作條件往往不能夠進行很好的匹配。這些問題都將有可能限制合成氣或二氧化碳轉化為芳烴的應用；進一步，在目前的報道中，在利用合成氣制備烯烴和輕質芳烴的生產或研究中，氣相中低碳烯烴和液相中芳烴不能同時或者較高的選擇性。

發明內容

為解決目前費托合成催化劑和芳構化催化劑相互混合容易出現費托合成催化劑活性降低、以及合成得到的芳烴異構化的問題，本發明提供了一種用于合成氣直接制備烯烴和芳烴的催化劑及其應用，該催化劑能實現從含有CO或CO₂或兩者混合物的合成氣一步高選擇性地加氫聯產烯烴和芳烴。本發明制備得到的催化劑具有很高的氣相低碳烯烴選擇性和液相芳烴選擇性，特別是輕質芳烴中的對二甲苯，有望在工業上應用，同時有效地避免了費托活性組分和芳構化活性組分之間相互影響。