[发明专利]乙烷和苯烷基化反应的催化剂

说明书

本发明涉及乙烷与苯烷基化反应的催化剂，主要解决分子筛负载Pt催化剂用于乙烷与苯烷基化反应中乙烷的转化率低的问题，本发明通过采用乙烷与苯烷基化反应的催化剂，包括以下组分：(a)Pt或其氧化物；(b)Zn的氧化物；(c)VIB或IIIA中金属氧化物中的至少一种；(d)分子筛的技术方案，较好地解决了该技术问题，可以用于乙烷与苯的基化反应中。

技术领域

本发明涉及乙烷和苯烷基化反应的催化剂。

背景技术

页岩气是近年来兴起的一种重要非常规天然气资源，特别是自从美国的“页岩气革命”后，页岩气开发利用显著影响并改变着世界能源化工产业的格局。我国页岩气资源丰富，而页岩气又伴生大量乙烷，天然气、油田气及炼厂气中也含大量乙烷等低碳烷烃，价格便宜。但乙烷结构非常稳定，难于活化，很难作为工业原料直接应用。目前，在化学工业里主要用来通过蒸汽裂解来转化乙烷制乙烯，要在900℃或以上的高温下进行，耗能极高。在温和条件下高效转化利用乙烷一直是催化领域研究的热点。近年来，国外文献提出了一种用于乙烷等低碳烷烃利用的新方法，将乙烷和苯进行烷基化反应，可以在较低的温度下合成乙苯，二乙苯、甲苯、二甲苯等烷基苯。其中，乙苯是当前化工产业中苯的重要商业化衍生物，主要用于生产苯乙烯，还用于有机合成和医药上的中间体，也可作溶剂使用。乙苯产量在基本有机化学工业中占有相当大的比重，年消耗量巨大。苯乙烯是石化行业的重要基础原料，主要用于生产苯乙烯系列树脂及丁苯橡胶，还用于制药、染料、农药以及选矿等行业。苯乙烯的均聚物聚苯乙烯是五大通用热塑性合成树脂之一，广泛用于注塑制品、挤出制品及泡沫制品等领域。而乙苯是生产苯乙烯的关键原料，工业上绝大部分的苯乙烯由乙苯制得。因此，利用乙烷和苯一步烷基化反应合成乙苯等烷基苯，可以实现页岩气直接转化为下游大宗石油化工产品，具有非常重要的研究意义和应用价值。

目前，国外只有少量的文献报道了乙烷和苯烷基化制乙苯等烷基苯反应的研究。文献Journal of the American Chemical Society,1975,97:6807–6810最早报道了在超强酸催化剂HF-SbF₅上的乙烷和苯烷基化反应，主产物乙苯的选择性76％，但收率仅为约1％。文献Catalysis Letters,2001,73:175–180报道了6.8wt％的Pt负载的ZSM-5分子筛催化剂上乙烷和苯的烷基化反应，在反应温度500℃时苯的转化率为8.3％，此外还有乙烯和苯乙烯生成，文献未明确给出各产物的选择性。文献Journal of Molecular Catalysis A:Chemical,2008,279:128–132报道在1wt％Pt负载的ZSM-5分子筛催化剂上，苯与乙烷摩尔比为1/9，质量空速为3.1h^-1时，乙烷和苯烷基化反应生成的烷基苯中，乙苯的选择性为92.6％，甲苯的选择性为0.99％，二乙苯的选择性为2.3％，但乙烷转化率低于2％。在以上公开报道的文献中，Pt/ZSM-5分子筛催化剂均采用为单一的Pt元素负载在ZSM-5分子筛上，用于乙烷和苯之间的烷基化应时，在贵金属Pt元素的重量份数大于等于1％的情况下，乙烷和苯的转化率依然较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是分子筛负载Pt催化剂用于乙烷和苯之间的烷基化应中苯和乙烷的转化率低的问题，提供一种新的乙烷和苯进行烷基化反应的催化剂，该催化剂具有乙烷和苯的转化率高的优点。

本发明所要解决的技术问题之二是提供上述技术问题之一中所述催化剂的制备方法。

本发明所要解决的技术问题之三是提供采用上述技术问题之一所述催化剂的乙烷和苯之间的烷基化反应方法。

为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案如下：乙烷和苯烷基化反应的催化剂，包括以下组分：

(a)Pt或其氧化物；

(b)Zn的氧化物；

(c)VIB或IIIA中金属氧化物中的至少一种；

(d)分子筛。