[发明专利]重整纳米催化剂以及制备和使用这类催化剂的方法

说明书

发明领域

本发明一般涉及重整纳米催化剂以及制备和使用这类催化剂的方法。这类重整催化剂包括负载型纳米催化剂颗粒，可用于石脑油重整和形成BTX。

相关技术

石脑油是从石油或其它化石燃料源蒸馏得到的挥发性易燃液体烃混合物。石脑油可用作燃料、溶剂，或者用于制备各种化学品。通常石脑油是沸点在约65℃至195℃之间的烃的混合物，通过处理粗油和重油馏分得到。

石脑油催化重整是重要的石油精炼操作，在石脑油催化重整中，催化剂用于重整石脑油，制备更有价值的烃类产品。

例如，重整催化剂可用于提高石脑油混合物的辛烷值，从而使其更适用于汽油混合物。重整的产物或重整产品是动力汽油的两个最重要的组分之一。通过催化重整获得的辛烷值随着进料品质和反应条件的不同而变化，但是通常在30-70之间。

石脑油重整的另一种应用是生产苯、甲苯和二甲苯，它们也统称为BTX。这些化合物可以用于提高辛烷值，同时在各种化学工业领域具有重要应用价值。当对重整工艺进行优化，以生产苯、甲苯、二甲苯、乙苯和其它芳族化合物时，重整过程称为BTX操作。

石脑油重整的另一个优点是产生氢。氢可用于许多其它精炼操作，一般说来，石脑油重整是净产生氢的唯一精炼过程。

石脑油催化重整通常包括许多在合适的催化剂上发生的不同气相反应。重要的重整反应包括：环烷脱氢产生芳烃，直链石蜡异构化形成支链石蜡或异石蜡，石蜡脱氢环化形成芳烃。

各反应的有利反应条件略有不同，可在不同的催化活性部位发生。这些反应中的一些如脱氢反应在金属部位被催化，而其它反应如异构化和脱氢环化大部分通过双官能机理进行，意味着它们同时需要金属催化部位和酸催化部位。

也可能发生不利的反应。不利反应的例子包括焦化和氢解，焦化会使催化剂失活，而氢解是高放热反应，会由大分子石蜡产生轻质烃气体。

氢化裂解是石脑油重整过程中会发生的另一种反应。氢化裂解涉及C-C键的断裂，结果由较重的石蜡形成较轻的石蜡并且导致环烷开环。对于一些烃分子，氢化裂解是所需的，而对于其它一些烃分子，氢化裂解是不需要的。然而，在典型的重整条件下，通常会发生一定程度的氢化裂解。

对石脑油重整催化剂进行设计，从而最大程度地减少不利的反应，使失活变慢，对于所需的产物表现出高活性和高选择性。为了得到这些性质，石脑油重整催化剂通常由铂之类的贵金属制得。

因为目前的重整催化剂由非常贵的金属如贵金属制成，因此需要提高重整催化剂的活性、选择性和长期稳定性。虽然近年来已经对重整催化剂进行了许多改进，但是仍然需要进一步提高这些催化剂和其它催化剂的活性、选择性和稳定性，以降低重整过程的成本。

发明概述

本发明涉及负载型重整催化剂，其包含载体和固定在载体上的分散的纳米催化剂颗粒。这类催化剂用于石脑油的催化重整，从而提高辛烷值和/或形成BTX。由于纳米颗粒的分散性和固定效果得到提高，且/或催化剂组分在纳米催化剂颗粒中的分布得到改善，从而增加了催化剂的使用寿命、活性和/或选择性，克服了现有催化剂的缺点。

依据一个实施方式，本发明的负载型重整催化剂包括具有(111)晶面暴露(exposure)的催化剂颗粒。具有(111)晶面暴露的催化剂尤其被期望用于形成芳烃，因为催化剂原子(例如Pt)围绕一个中心催化剂原子以六元环形式排列。与常规重整催化剂相比，本发明的重整催化剂表现出更高的提高辛烷值和/或形成芳族化合物的能力，从而证实了上述猜想。与常规重整催化剂相比，本发明的重整催化剂还能促进净产生氢的过程。

用于形成具有固定在载体上的分散良好的纳米催化剂颗粒的负载型重整催化剂的示例性实施方式包括：(i)提供多个催化剂原子；(ii)提供一种分散剂，该分散剂包含多个具有至少一个能与催化剂原子结合的官能团的有机分子；(iii)使分散剂与催化剂原子反应，形成一种催化剂络合物，该络合物能够与载体形成键或者以其它方式固定在载体上；(iv)使催化剂络合物附着在载体上，形成中间体催化剂组合物，其中催化剂原子处于非零氧化态；(v)在催化剂原子处于非零氧化态时，在超过约50℃的温度下对中间体催化剂组合物进行热处理，从而形成一种负载型催化剂，该催化剂具有固定在载体上的粒度小于约100纳米的分散良好的纳米催化剂颗粒，以挥发除去至少一种不需要的组分。