[发明专利]一种用于二氧化碳一步加氢制备芳烃的催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种用于二氧化碳一步加氢制备芳烃的催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂包括纳米金属氧化物和ZSM‑5分子筛，所述纳米金属氧化物占所述催化剂的质量分数为10%～90%，所述ZSM‑5分子筛占所述催化剂的质量分数为10%～90%。本发明获得的催化剂具有优良的催化性能，反应稳定性好，目标产物选择性高，烃类产物中的C₅₊最高达80%以上、芳烃最高达75%。

技术领域

本发明涉及煤化工领域及温室气体减排利用领域，特别是涉及一种用于二氧化碳一步加氢制备芳烃的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

二氧化碳(CO₂)作为一种自然界大量存在的“碳源”化合物，将其转化为有价值的化学品或燃料，不仅能解决过多CO₂排放导致的环境问题，而且能够缓解化石燃料过度依赖的问题。采用新能源制得的氢气对CO₂进行加氢转化，可以将CO₂转化为化学品(甲醇、甲酸和二甲醚等)、合成气、材料和液体燃料等产物。在众多产物中，芳烃作为一种重要的燃油添加剂和有机化工原料，目前主要通过石油精炼过程产生，因此被认为是更具潜力的目标产物。但是由于CO₂的化学惰性，CO₂加氢转化为甲烷、甲醇和一氧化碳等碳一分子相对容易，但是很难转化为含有两个以上碳原子的化合物。

CO₂加氢合成烃类有多种可能的路径，主要分为间接路径与直接路径。由CO₂间接合成烃类通常需要两个或多个独立的过程，例如，CO₂加氢先转化为甲醇，然后甲醇再通过MTH(甲醇制烃类)反应生成不同烃类化合物。不同于传统的工业合成气制甲醇，CO₂的活化非常困难，因而需要开发更有效的催化剂来提升反应活性与稳定性。另外，MTH反应通常采用分子筛催化剂，然而，积碳问题严重，导致催化剂快速失活，所以，高选择性、高稳定性地将甲醇转化为不同烃类仍面临很大挑战。相对于间接法，CO₂加氢直接合成烃类的反应路径则更加经济、能效更高。现有的研究主要围绕改性的铁基费托催化剂开展，在同一反应器中，首先，CO₂先通过逆水煤气变换(RWGS)反应生成CO，然后CO加氢再发生费托合成(FTS)反应。CO₂基FTS的催化组分通常与传统FTS类似，工业FTS合成催化剂主要有钴基和铁基催化剂两类，钴基催化剂在CO₂加氢气氛下一般作为甲烷化催化剂而不是FTS催化剂，且钴基催化剂对RWGS反应没有活性，铁基催化剂对WGS和RWGS变化反应均具有活性，因此，CO₂基FTS的研究集中在对铁基催化剂的改性，尤其是对合成烯烃类产物具有很高的活性。然而，铁基催化剂物相结构复杂、寿命短，且费托活性较低导致副产物CO的选择性较高，更重要的是费托产物以链烃为主，基本不生成芳烃产物，另外，尽管铁基催化剂对CO₂甲烷化的活性比钴基催化剂低很多，但是仍有不少副产物甲烷生成，甲烷选择性通常高于20％。因而，需要发展更为有效的催化剂体系。

发明内容

本发明提供一种用于二氧化碳一步加氢制备芳烃的催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂包括纳米金属氧化物和ZSM-5分子筛，所述纳米金属氧化物占所述催化剂的质量分数为10％～90％，所述ZSM-5分子筛占所述催化剂的质量分数为10％～90％。本发明获得的催化剂具有优良的催化性能，反应稳定性好，目标产物选择性高，烃类产物中的C₅₊最高达80％以上、芳烃最高达75％。

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于二氧化碳一步加氢制备芳烃的催化剂及其制备方法和应用，该催化剂具有优良的催化性能，转化率高，副产物少，芳烃产物选择性高，反应稳定性好。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案实现的：