[發明專利]一種耦合芳構化催化劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202011472130.7
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112517055B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 吳志偉;樊衛斌;董梅;焦衛勇;秦張峰;朱華青;王建國
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: B01J29/44
• 分類號: B01J29/44;B01J37/00;B01J37/30;B01J37/02;B01J37/08;C07C2/86;C07C15/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉瀟

本發明提供了一種耦合芳構化催化劑及其制備方法與應用，屬于催化劑技術領域。本發明提供的耦合芳構化催化劑載體為分子篩和氧化鋁的混合物，活性組分包括Pt、Ir、Ga₂O₃和P₂O₅。本發明提供的催化劑利用多種活性中心的相互作用，提高催化劑的活性以及對原料種類的適配性，使催化劑能夠適用于種類和組分復雜的低碳烷烴。利用本發明的耦合芳構化催化劑催化低碳烷烴?甲醇混合物或低碳烷烴?二甲醚混合物進行耦合芳構化反應，能夠在實現甲醇(或二甲醚)完全轉化的同時，大幅提高芳烴收率，同時還能提高低碳烷烴轉化率，降低低碳烷烴轉化溫度。

技術領域

本發明涉及催化劑技術領域，尤其涉及一種耦合芳構化催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

在石油煉制以及煤制油、烯烴反應過程中會產生大量的低碳烷烴，主要為C₃～C₅烷烴，包括大量的丙烷、正丁烷、異丁烷以及較低含量的C₅低餾分的烷烴。這些低碳烷烴目前利用途徑有限，主要作為工業或民用燃料氣使用。而隨著全球BTX(苯、甲苯、二甲苯)需求量的與日俱增，由低碳烷烴直接芳構化越來越受到人們的重視。其中關于低碳烷烴直接芳構化的技術中，以BP-UOP公司在20世紀80年代開發的Cyclar工藝(Hydrocarbon Processing1989，68(9),72-76)最為著名，它采用鎵改性的微米級分子篩和移動床技術，可實現C₃-C₄烷烴的高效芳構化。同期日本和歐洲也發明了Z-Foring、Aroforming、Alpha等固定床工藝，采用Zn或Ga改性的HZSM-5催化劑實現烷烴的高效轉化制芳烴，但由于該反應工藝溫度高，催化劑積碳嚴重導致再生周期過短未得到大規模應用。

國內洛陽石化工程公司開發了GAP固定床工藝(化工進展，2005，24(11):1287-1291)，采用鎵改性的HZSM-5催化劑，利用液化氣、裂解輕烴、抽余油等輕質烴制備芳烴和高辛烷值汽油，催化劑的壽命可達到10天，該技術進行了萬噸級工業示范，芳烴收率達到45～49％。大連理工大學(CN201210490526.3、CN200410050202.3)采用10～500納米級HZSM-5分子篩，臨氫環境下可實現低碳烷烴的高效轉化制芳烴，催化劑單程壽命大幅提高至30天以上。

關于甲醇制芳烴技術開始于20世紀70年代美國Mobil公司，他們在開發甲醇制汽油過程中同時開展以芳烴為目標產物的甲醇轉化技術。該技術采用金屬改性的ZSM-5分子篩為催化劑，利用固定床技術，可實現甲醇完全轉化和30％左右的芳烴收率(US,P4590321)。中國科學院山西煤炭化學研究所開發了一段法和兩段法固定床工藝(CN200610048298.9、CN200610012703.1)，采用La、Ga改性的催化劑，芳烴含量最高可達33.8％。清華大學開發了一種流化床甲醇制芳烴的技術(CN200810102684.0)，并進行了萬噸級中試，芳烴收率可達32.6％。

烷烴芳構化是一個吸熱反應，而且反應溫度一般高于500℃，這就需要消耗大量的能量，而甲醇制芳烴反應是一個強放熱反應。兩者耦合能夠實現能量上的耦合，有利于降低整個反應能耗。不僅如此，兩個反應耦合還能降低干氣的產生、減少氫轉移形成的烷烴、提高芳烴的收率。此外，由于甲醇分壓的減少，產物生成的水減少，還能延緩水對分子篩熱穩定性的破壞，提高催化劑的壽命。但是，烷烴和甲醇的耦合芳構化反應對催化劑的要求較高，催化劑需要對烷烴和甲醇都有較好的催化活性，因此，耦合芳構化反應中耦合催化劑的設計尤為關鍵。