[发明专利]将甲烷和丙烷转化为芳烃的催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及烷烃芳构化的催化剂技术领域，是一种将甲烷和丙烷转化为芳烃的催化剂及其制备方法，前者包括硅源、铝源、模板剂、碱源和水，按下述方法得到：向反应釜中加入硅源、铝源、模板剂、碱源和水搅匀，再加入含锌物质搅匀，将反应釜密闭后进行水热晶化，然后，再依次经过冷却、抽滤、洗涤、干燥和焙烧，将得到的具有核壳结构的钠型ZnO/ZSM‑5分子筛置于铵盐溶液中交换，然后，再经过烘干和焙烧后得到。本发明将甲烷和丙烷转化为芳烃的催化剂降低了催化剂的成本，活性组分不易流失，将其用于甲烷和丙烷混合芳构化反应中，芳烃选择性高，催化剂寿命长。

技术领域

本发明烷烃芳构化的催化剂技术领域，是一种将甲烷和丙烷转化为芳烃的催化剂及其制备方法。

背景技术

将天然气转化为芳烃等高附加值的化学品是改善我国能源结构的重要途径。甲烷的无氧催化转化制芳烃是较为理想的路线，成为近年来研究的热点，但是其转化率低（10%）反应温度高（700℃）使此项研究面临很大挑战；同时，在石油化工生产过程中，常会副产不少丙烷资源，这类资源难以高效利用，有报道可用C2-C4烷烃与甲烷共进料反应能够降低甲烷的活化温度（600℃），这为甲烷的充分利用和芳烃的增产提供了一个有效的途径。

现阶段，甲烷的无氧芳构化研究主要集中在Mo基催化剂上，而将Zn用于甲烷和低碳烷烃混合无氧芳构化的报道较少，郑海涛等研究了甲烷在6%Zn/HZSM-5催化剂上的低温转化（催化学报,2004,25(4)，255-256），以HZSM-5分子筛为载体，采用浸渍法负载6%Zn，用于甲烷和丙烷共进料芳构化反应中，甲烷的转化率可达32.4%，芳烃选择性达到89.7%；

中国专利申请号为03150496.5专利名称为《低碳混合烷烃芳构化的催化剂及其制备方法》公开了一种低碳混合烷烃芳构化的催化剂的制备方法，该方法虽改善了低碳烷烃芳构化催化剂的性能，但采用双金属甚至贵金属，成本高，在较高反应温度下，低碳烷烃转化率低（丙烷转化率90%），芳烃选择性差(85%)，且采用常规浸渍法负载活性金属，易造成金属组分流失使得催化剂寿命短（一般小于20小时）。

尽管有甲烷和丙烷混合芳构化反应的相关报道，但催化剂通常采用常规ZSM-5分子筛上负载多金属组分的方式来改进催化剂性能，由于常规ZSM-5分子筛酸性较强，积碳严重，且采用常规浸渍法负载活性金属，活性金属与载体间的连接不牢固，易造成金属组分流失，从而导致寿命短；而通过改进催化剂载体，形成核壳型的金属氧化物和载体间的紧密连接，以少量Zn为活性组分的甲烷和丙烷混合芳构化催化剂还未见有报道。

发明内容

本发明提供了一种将甲烷和丙烷转化为芳烃的催化剂及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有用于甲烷和丙烷混合芳构化的催化剂存在的成本高、活性组分易流失和催化剂寿命短的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种将甲烷和丙烷转化为芳烃的催化剂，原料包括摩尔比为1：0.10至0.02：0.06至0.40：0至0.2：5至100的硅源、铝源、模板剂、碱源和水，按下述方法得到：

第一步，将所需量的硅源、铝源、模板剂、碱源和水搅拌均匀后，得到悬浮液；

第二步，向悬浮液中加入含锌物质搅拌均匀后，得到凝胶混合物，其中，含锌物质的添加量为锌元素质量占硅源中二氧化硅质量的1%至5%；

第三步，向反应釜中加入凝胶混合物，将反应釜密闭后进行水热晶化，然后，再经过冷却、抽滤和洗涤，得到完全结晶产物，再将完全结晶产物经过干燥和焙烧后，得到具有核壳结构的钠型ZnO/ZSM-5分子筛；

第四步，将具有核壳结构的钠型ZnO/ZSM-5分子筛置于铵盐溶液中进行交换，然后，再经过烘干和焙烧后，得到具有核壳结构的ZnO/ZSM-5分子筛催化剂。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述硅源为硅溶胶、活性二氧化硅、白炭黑、正硅酸乙酯和硅胶中的一种以上。