[发明专利]低级烃芳构化催化剂和生产低级烃芳构化催化剂的方法

说明书

技术领域

本申请涉及将低级烃转化成芳香烃的催化剂。特别地，本发明涉及其中甲烷是主要组分的天然气、生物气和甲烷水合物的高度使用。

背景技术

天然气、生物气和甲烷水合物作为全球变暖的措施而被视为最有效的能源，且对它的使用技术的兴趣正在增加。利用其清洁性能的甲烷资源作为下一代新的有机资源和作为燃料电池的氢源受到关注。

作为由甲烷生产氢和芳香烃、例如苯的方法，已知其中甲烷在催化剂存在下反应的方法，例如非专利文献1。作为在其上的催化剂，在ZSM-5上负载的钼据说是有效的(例如专利文献1)。

然而，即使在使用这些催化剂的情况下，存在碳大量地沉积和甲烷的转化率低的问题。

为了改进以上提及的常规技术，将作为芳香烃的原料气体的低级烃(反应气)和作为维持催化活性或再生催化活性的气体的含氢气体或氢气(再生气)周期性且交替地转化以进行与催化剂的接触反应(例如专利文献2)。以该方式，通过交替反应气和再生气来进行催化接触反应,以在抑制催化剂随时间的劣化的同时维持催化反应。

而且，提出了通过限定催化接触反应中的反应温度而兼有高催化活性和长时间催化稳定性的技术(例如专利文献3)。

然而，为了使这些催化剂耐受长时间使用，重要的是不仅长时间维持催化剂的化学活性、而且长时间维持催化剂的物理耐久性。

通常，为了维持催化剂的物理耐久性，使用氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)等作为无机粘结剂。然而，如果使这些无机粘结剂存在于催化剂中，则存在降低催化剂功能的因素增加的风险、例如与催化反应不相关的副产物的产生、焦化的发生等。

与此相对的是，提出了不添加无机粘结剂地加压催化剂颗粒的技术，导致一定的催化活性的获得(例如专利文献4)。在该方法中，由于加压催化剂的容易性，因此在缩短在催化剂的开发中是重要的催化剂活性评价所需要的时间方面具有大的有利效果，同时，取决于作为催化剂使用的金属硅酸盐的颗粒直径的尺寸，存在由于金属硅酸盐之间的粘着强度弱而难以加压催化剂的风险。

作为负载催化剂金属的金属硅酸盐，从催化剂的反应效率观点考虑，优选作为金属硅酸盐特征的微孔结构的晶体结构稳定性优异且粒径大以在反应中具有许多有效的活性点的金属硅酸盐。然而，如果增大金属硅酸盐的粒径，则存在加压性能变差以在长时间使用过程中使加压体破碎和难以进行稳定的催化反应的风险。与此相对的是，如果减小金属硅酸盐的粒径，则虽然金属硅酸盐的加压性能得到改进，但与具有大的粒径的金属硅酸盐相比，在反应的起始阶段催化活性变得较低。

鉴于上述情况，本发明的目的是提供有助于将低级烃转化成芳香族化合物的低级烃芳构化催化剂的催化活性的改进和该催化剂的加压性能的改进的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利申请公开特开平10-272366

专利文献2:日本专利申请公开2003-26613

专利文献3:日本专利申请公开2010-209057

专利文献4:日本专利申请公开2010-125342

非专利文献

非专利文献1:JOURNAL OF CATALYSIS，1997，第165卷，第150-161页

发明内容

为实现以上目的的本发明的低级烃芳构化催化剂的实施方式的特征在于：通过将在其上负载催化剂金属的第一金属硅酸盐和在其上负载催化剂金属且具有比第一金属硅酸盐的粒径小的粒径的第二金属硅酸盐的负载催化剂的金属硅酸盐的混合物加压而形成。

而且，为实现以上目的的本发明的低级烃芳构化催化剂的另一实施方式的特征在于：在以上低级烃芳构化催化剂中，第二金属硅酸盐的粒径是第一金属硅酸盐的粒径的五分之一或更小。

而且，为了实现以上目的的本发明的低级烃芳构化催化剂的另一实施方式的特征在于：在以上低级烃芳构化催化剂中，第一金属硅酸盐的粒径为1.0μm至5.0μm。

而且，为了实现以上目的的本发明的低级烃芳构化催化剂的另一实施方式的特征在于：在以上低级烃芳构化催化剂中，第二金属硅酸盐的粒径为0.1μm至1.0μm。

而且，为了实现以上目的的本发明的低级烃芳构化催化剂的另一实施方式的特征在于：在以上低级烃芳构化催化剂中，相对于该混合物的质量，以20％至80％添加第二金属硅酸盐。