[发明专利]一种高效裂解异构一步制备短链异构烷烃的催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高效裂解异构一步制备短链异构烷烃的催化剂及其制备方法和应用。该催化剂以内部充满介孔和大孔，表面为微介孔的ZSM‑5分子筛为载体，将金属单质Ni、Pt、Pb或Mo中一种或者多种负载于载体的表面或表层上形成的复合型材料；所述的金属单质Ni、Pt、Pb或Mo占催化剂总重量的2％～75％。本发明的催化剂具有表面金属中心和酸性位点共存的异构区和内部只有强L酸的裂解区，可实现裂解和异构过程在催化剂不同区域协同进行，催化油脂高效裂解异构一步向短链异构烷烃的转化，可广泛适用于以动植物油、长链饱和及不饱和脂肪酸、轻油馏分、重油馏分为原料的短链异构烷烃的工业生产。

技术领域

本发明涉及油脂加氢催化剂技术领域，具体涉及一种高效裂解异构一步制备短链异构烷烃的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

碳链长度在C8-C16区间的异构烷烃在航空燃料组分中占比为70%-85%，因此将油脂加氢高效转化为短链异构烷烃具有重要的意义。油脂的加氢脱氧过程在金属中心如：镍、铂等，专利CN106635118 B公开了一种颗粒直径为50~100 μm的NiO/SiO₂-Al₂O₃催化剂，该类催化剂虽然可以达到脱氧加氢获得烷烃的目的，但是产物中以长链正构烷烃为主，无法满足航空燃料的需要。金属中心主要作用是实现油脂的脱氧和加氢，B/L酸性位点是实现长直链烷烃裂解和异构的关键。专利CN103289824 B公开了一种双活性位点负载型催化剂，该催化剂以SAPO-11，MeAPO-11，ZSM-22，ZSM-23，ZSM-48中的一种或者几种为载体，异构烷烃的选择性大于60wt.%，但是该方法组分产物分布为C11-C24并不适合直接用于航空燃料。CN1351123 A公开了一种涉及ZSM-5的加氢催化剂，但是该催化剂强调用于油脂的加氢裂化，主要涉及酸溶液处理对载体酸性位点的调控，产物组分不局限于烷烃，这与本发明中强调的裂解异构形成短链异构烷烃明显不同。CN101081370 A公开了一种ZSM-5/SAPO-11复合型催化剂，该类催化剂虽然兼顾了ZSM-5的催化裂解活性和SAPO-11的异构活性，但是该类催化剂一般产物组分复杂，均达不到本发明一步获得高纯度短链异构烷烃的效果。

传统的金属负载型ZSM-5催化剂为单一催化界面催化剂，存在很大的局限性。B酸位点的酸性强度相对于L酸位点较强更有利于长链烷烃裂解为短链烷烃，但是强B酸位点往往会引起芳构化反应的发生，从而造成产物中芳烃含量较高而产物附加值降低。如果消除强B酸位点，L酸位点相对于金属中心活性较弱，长链烷烃的裂解会被大大削弱，造成产物中长链烷烃含量过高。这就是油脂一步法加氢制备航空燃料的难点所在。

发明内容

本发明针对现有的催化剂在油脂加氢制备航空燃料过程中裂解与异构相互抑制，进而造成短链异构烷烃（C8-C14）产率低的问题，而提供一种高效裂解异构一步制备短链异构烷烃的催化剂及其制备方法和应用。该催化剂是具有双协同催化区域的金属负载型分子筛催化剂，能分别在不同活性区域进行裂解和加氢异构以实现油脂到短链（C8-C14）异构烷烃的高效一步转化。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种含有双协同催化区域的金属负载型分子筛催化剂，是以内部充满介孔和大孔，表面为微介孔的ZSM-5分子筛为载体，将金属单质Ni、Pt、Pb或Mo中一种或者多种负载于载体的表面或表层上形成的复合型材料；所述的金属单质Ni、Pt、Pb或Mo占催化剂总重量的2%~75%。

优选，所述的金属单质Ni、Pt、Pb或Mo占催化剂总重量的2%~20%。

本发明的含有双协同催化区域的金属负载型分子筛催化剂的催化原理，为如下：