[发明专利]整体式催化剂、制备方法及其使用方法

说明书

本发明涉及一种整体式催化剂、制备方法及其使用方法，特别是涉及合成气转化生产芳烃和/或轻烃的工艺以及所使用的催化剂。催化剂体系具有合成气转化、芳烃和/或轻烃合成的催化活性。其中合成气转化活性由金属氧化物提供，芳烃和/或轻烃合成活性由核壳结构分子筛提供。针对催化剂成型过程中添加粘结剂导致活性降低的问题，本发明提供一种整体式催化剂的制备方法。在该整体式催化剂的作用下，合成气可以高效转化生成芳烃和/或轻烃产物。本发明提供了一条非费托路线、一步法实现合成气直接转化制芳烃和/或轻烃的新路线。

技术领域

本发明涉及一种合成气转化生产芳烃和/或轻烃的催化剂、制备方法及其使用方法，具体涉及采用整体式催化剂，由合成气转化生产芳烃和/或轻烃的工艺。

背景技术

烃类作为能源组成以及合成材料单体，在国民经济和人民生活中具有不可或缺的作用。随着石油资源的日益短缺，开发烃类生产新路线，降低对石油资源的依赖得到了广泛关注。作为煤炭资源转化利用的主要中间体，合成气的催化转化已有悠久的历史，由合成气制烃类的技术路线主要包括费托合成路线、基于甲醇平台的间接合成路线。其中，费托合成的产物分布较宽且受Anderson-Schulz-Flory分布限制，烯烃/芳烃产物选择性较低；基于甲醇平台的间接合成路线可借鉴现有成熟工艺，但其生产路线较长，在实际生产中设备投资较高。

为克服上述两种路线的缺点，将CO加氢催化剂与中间体转化催化剂耦合，通过中间产物(如烃类或甲醇)的二次转化，可高选择性地生成特定产物。S.Kang等,CatalysisLetter,2008,125,264-270；S.Kang等,Fuel Processing Technology,2010,91,399-403将Fe或Fe-Cu-K负载于硅铝比Si/Al＝25的ZSM-5分子筛上，与体相Fe或Fe-Cu-K催化剂相比，ZSM-5负载催化剂较强的酸性有利于提高产物中C₂-C₄选择性，此外产物烯烃/烷烃比也有所提高。X.Peng,Angewandte Chemie International Edition,2015,54,4553-4556提供了介孔Y分子筛负载Co催化剂的设计思路，利用介孔Y分子筛较弱的酸性和较大的孔道结构(相比于ZSM-5)，该负载型催化剂显著提高了C₁₀-C₂₀的选择性。除了负载型催化剂，将费托合成催化剂与酸性分子筛催化剂以不同形式混合而成的复合催化剂体系也有较多报道。Q.Lin,Journal of Catalysis,2016,344,378-388以HZSM-5包覆Co/Pd/SiO₂，提高了产物中C₅-C₁₁选择性。王德生等,催化学报,2002,23,333-335探讨了Fe/MnO与ZnZSM-5(Si/Al＝25)机械混合双功能催化剂在合成气直接转化制芳烃体系的应用，得到了50％左右的芳烃选择性。近年，中国专利201710875521.5公开了费托合成催化剂-改性分子筛用于合成气一步制轻质芳烃的应用。B.Zhao等,Chem,2017,3,1-11报道了Na-Zn-Fe₂C₅/ZSM-5催化剂，用于合成气转化体系可得到高于85％的CO转化率，芳烃选择性达51％。