[发明专利]一种催化合成气直接转化制富含BTX的芳烃的催化剂及其应用

说明书

本发明属于合成气直接制备芳烃，具体涉及一种催化剂及合成气直接转化制富含苯、甲苯、二甲苯的芳烃的方法，其以合成气为反应原料，在固定床上进行转化反应，所述催化剂为复合催化剂I+II+III，三组分机械混合，优选为组分I与组分II以机械混合方式复合成I+II，组分III与I+II分层装填，置于下方，组成双床层催化剂，组分I的活性成份为金属氧化物，组分II为ZSM‑5分子筛，组分III为具有二维(2D)或三维(3D)十二元环孔道的分子筛中的一种或二种以上。反应过程具有很高的产品收率和选择性，芳烃选择性可以达到40‑80％，苯、甲苯、二甲苯在芳烃中比例可以达到50‑90％，同时副产物甲烷选择性低于15％，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于合成气制备芳烃领域，具体涉及一种催化剂及合成气直接转化制富含苯、甲苯、二甲苯的芳烃方法。

背景技术

苯、甲苯、二甲苯(合称为BTX)是重要的基础化学品，主要用于生产涤纶、聚氨酯等合成材料。此外，芳烃还作为汽油调和组份以及用于生产杀虫剂、除草剂、医药和染料等。虽然近年来我国芳烃的生产能力快速发展，但仍不能满足国民经济发展的要求，而且落后于下游精对苯二甲酸(PTA)、锦纶纺丝等行业的发展速度，国内的整体供应量仍存在较大缺口。2017年，对二甲苯的对外依存度达到60％。目前，BTX的大规模工业生产主要依赖于石油，70％以上的BTX来源于石脑油重整。而由于我国富媒贫油的能源结构，我国石油大量依赖于进口。随着我国经济的快速发展，原油需求量逐年增加，原油对外依存度超过65％。因此，从煤、天然气、生物质等非石油资源制备芳烃将具有重要的战略意义。通过先将煤、天然气、生物质等非石油资源转化为合成气(CO和H₂的混合气)，而后通过合成气制备芳烃可以实现从非石油资源制备芳烃。金属氧化物与ZSM-5分子筛的复合催化剂可以实现合成气直接制芳烃，但是其中BTX选择性很低，约为30％[1,2]。虽然，通过对ZSM-5分子筛外表面修饰可以提高BTX选择性，但是BTX选择性仍然较低。因此，开发可从合成气直接生产高BTX选择性的催化剂对我国能源、纺织、化纤、塑料等行业都具有十分重要的意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种催化剂及合成气直接转化制富含BTX的芳烃的方法。

本发明的技术方案为：

一种催化剂，其特征在于：所述催化剂包括组分Ⅰ、活性组分Ⅱ和组分Ⅲ，组分Ⅰ的活性成份为金属氧化物，组分Ⅱ为ZSM-5分子筛，组分Ⅲ为具有二维(2D)或三维(3D)的十二元环孔道的分子筛中的一种或二种以上。

基于以上技术方案，优选的，组分Ⅰ与组分Ⅱ以机械混合方式复合成Ⅰ+Ⅱ，组分Ⅲ与Ⅰ+Ⅱ分层装填，以原料流动方向，组分III置于I+II的下游。