[发明专利]甲苯择形歧化反应制对二甲苯的催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种甲苯择形歧化反应制对二甲苯的催化剂。

背景技术

甲苯歧化反应是工业上常见的反应之一，它能将甲苯转化成应用价值更高的苯和二甲苯，其中二甲苯产物是其三个异构体的平衡组成混合物，价值最高的对二甲苯仅占24％。因此有人提出择形歧化的新工艺，使反应体系选择性地生成对二甲苯。常规的甲苯歧化催化剂以丝光沸石为主活性组分，由于丝光沸石孔道直径较大，对二甲苯的三种异构体起不到择形化的效果。自从70年代初ZSM-5被合成以后，由于它对烷基化、异构化、歧化、选择裂化和由甲醇合成汽油等反应具有独特的催化性能，被广泛重视。ZSM-5沸石10元硅氧环构成孔道体系，具有三维孔道。ZSM-5沸石的孔径特点允许分子直径为0.63纳米的对二甲苯迅速扩散，而分子直径为0.69纳米的邻二甲苯和间二甲苯扩散系数低的多。在甲苯歧化反应体系中，各物种在ZSM-5孔道中的扩散系数存在如下关系：苯≥甲苯＞乙苯≈对二甲苯＞邻二甲苯≈间二甲苯。这一事实意味着对甲苯歧化反应进行择形化选择的可能性，即可获得二甲苯产物中远远高于热力学平衡浓度的对二甲苯异构体含量。但是由于外表面酸性位对从孔道内扩散出来的富对位产物无选择性的异构化反应速度远远比歧化速度快，使最终产物很快达到平衡组成。虽然有研究表明，在高空速及低转化率的条件下，采用大晶粒的ZSM-5也能得到一定的择形性，但是没有实用价值。综上所述，对ZSM-5的外表面进行修饰是有必要的。

文献美国专利US5367099、US5607888、US5476823中，提出了对ZSM-5分子筛结构的修饰，即减小孔口尺寸和屏蔽外表面酸性活性位，制备选择性甲苯歧化催化剂。实现的方法是选用具有热分解性质的大分子化合物，通过一定的方法沉积在分子筛外表面，再通过高温处理，将这些大分子化合物热分解，转化为惰性涂层，屏蔽分子筛外表面的酸性中心，同时也一定程度地缩小了孔口尺寸。这样的表面改性处理大大地提高了催化剂的对二甲苯选择性。

在美国专利US5365003中叙述使用异位选择化过程，它是先采用沸石、有机硅或者还加上粘接剂的混合物在捏和机上成型，焙烧得到聚结物。遇到改性步骤多，焙烧有大量的硅油分解而无法沉积到催化剂中分子筛表面。由于实际工业上使用的分子筛催化剂在固定床反应器使用都需要用粘接剂将分子筛细小晶体颗粒粘接在一起加工成一定的外型大颗粒后才能应用。分子筛晶体颗粒及粘接剂间会形成孔径大于ZSM-5分子筛微孔(＜7A)的中孔孔道(＞2nm)。这些中孔孔道起着将反应物或产物在催化剂内部与反应器气相间的传送作用，对催化剂性能有重要决定作用，在以往的文献与专利中却未给予应有的重现与研究，限制了催化剂性能的提高。另一方面，为了达到催化剂高对二甲苯选择性，催化剂分子筛表面经惰性表面涂层处理，覆盖外表酸性和缩小分子筛微孔孔径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决以往技术中催化剂催化活性与对二甲苯选择性不能同时兼顾的问题，提供一种新的甲苯选择性歧化制对二甲苯的催化剂。该催化剂不仅具有有利于反应物/产物扩散性能的中孔孔道和大孔孔道，从而形成传送反应物或产物作用的网络，能达到高的反应催化活性，降低产物中苯与对二甲苯比例；而且具有经适当硅改性修饰缩小微孔孔道的孔径，表现出高的对二甲苯选择性，达到能提高对二甲苯产量的特点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一种甲苯择性歧化反应制对二甲苯的催化剂，以重量百分比计包括以下组份：a)45～95％硅铝摩尔比SiO₂/Al₂O₃为20～120的ZSM-5分子筛；b)4～54％的粘结剂，粘结剂选自惰性氧化物；c)1～25％的二氧化硅惰性表面涂层；其中催化剂的总孔容为0.27～0.45毫升/克，孔径≥2nm的中孔部分孔容占总孔容的55～75％，孔径≥20nm的大孔部分孔容占总孔容的10～25％，催化剂的比表面积为360～550米²/克。

在上述的技术方案中粘结剂优选方案为选自硅溶胶、TiO₂钛溶胶或经酸处理后的粘土中的至少一种。ZSM-5分子筛的硅铝摩尔比SiO₂/Al₂O₃优选范围为25～50，粒径优选范围为0.3～6微米，以重量百分比计ZSM-5分子筛在催化剂中的用量优选范围为75～95％。孔径≥2nm的中孔部分孔容占总孔容的量优选范围为65～75％，孔径≥20nm大孔部分孔容占总孔容的量优选范围为15～20％。