[发明专利]一种纳米复合催化剂及其制备方法和应用

说明书

一种纳米复合催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂领域，由固溶体氧化物、尖晶石氧化物和多级孔沸石分子筛组成，以质量百分比计，固溶体氧化物的含量为5％～40％，尖晶石氧化物的含量为5％～40％，余量为多级孔沸石分子筛。该催化剂的制备方法如下：1)制备固溶体氧化物A；2)制备尖晶石氧化物B；3)称取计量的多级孔沸石分子筛与步骤1)的固溶体氧化物A混合，研磨，压片成型，得固体C；将步骤2)的尖晶石氧化物B与固体C物理混合，所得样品即为所述纳米复合催化剂。该催化剂可用于固定床、浆态床或流化床中一氧化碳/二氧化碳气氛转化反应，具有优异的催化性能，产物分布呈低甲烷、低重质烃，低碳烯烃特别是乙烯选择性高的特点，且催化剂寿命长。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，尤其涉及一种纳米复合催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

低碳烯烃(乙烯、丙烯和丁烯)是最重要的基础化工原料，可用来生产聚乙烯、聚氯乙烯、乙二醇、聚丙烯、丙烯酸、丙烯腈、环氧丙烷、橡胶等下游产品。目前，国内低碳烯烃主要来源于石脑油的催化裂解。随着国际上石油资源的日益耗竭及对烯烃的需求量持续增加，采用非石油资源制备低碳烯烃的路径引起广泛关注。基于我国富煤、贫油、少气的资源禀赋特点，利用我国丰富的煤炭经合成气制取低碳烯烃的过程成为重要的研究方向。

合成气制取低碳烯烃主要工艺有间接法和直接法。间接法工艺包括合成气制备甲醇、甲醇脱水制二甲醚、二甲醚转化为低碳烯烃，该过程工艺路线长，所需设备多，生产成本高。直接法是指以H₂和CO为原料，在一定条件和催化剂作用下直接转化为低碳烯烃。与间接法相比，直接法工艺简单，设备投入少，前景广阔。

合成气一步法制低碳烯烃反应要求催化剂能够具有较高的催化活性、限制碳链增长、抑制甲烷生成、同时阻止反应生成的低碳烯烃发生二次反应，使产物更多的分布在目标范围内，提高烯烃选择性。研究的关键在于高选择性催化剂的研制。目前主要报道的体系有：ZnCrO_x与SAPO-34复合催化剂(Science,2016,351,1065)；MnO_x与MSAPO复合催化剂(ACSCatalysis,2017,7,7610)；ZnZrO_x与分子筛复合催化剂(Angew.Chem.Int.Ed.,2016,55,4725)。这些催化剂均可实现合成气高选择性制低碳烯烃，但往往转化率不超过30％，且难以维持较好的寿命，因此开发新型高性能、高稳定性的合成气直接低碳烯烃催化剂迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种纳米复合催化剂及其制备方法和应用，所述纳米复合催化剂应用于一氧化碳/二氧化碳混合气氛转化，显示出优异的催化性能，且稳定性良好，具有较好的应用前景。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种纳米复合催化剂，由固溶体氧化物、尖晶石氧化物和多级孔沸石分子筛组成，以质量百分比计，固溶体氧化物的含量为5％～40％，尖晶石氧化物的含量为5％～40％，余量为多级孔沸石分子筛。

所述固溶体氧化物为含Zr的固溶体氧化物Zr_aO_b-M_cO_d，其中M为Ti、Mn、Mg、Fe、W、Zn、Ce、Al中的一种元素。

所述固溶体氧化物Zr_aO_b-M_cO_d中的Zr_aO_b为Zr₂O₃。

所述尖晶石氧化物为由Mg、Ca、Sr、Mn、Zn、Cd、Fe、Cu、Co、Ni中的一种与Ga、Al、La、Dy、In、Cr中的一种组成具有AB₂O₄结构的尖晶石氧化物。