[发明专利]一种用于提高甲烷无氧芳构化反应性能的催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于提高甲烷无氧芳构化反应性能的催化剂及其制备方法，首先将载体分子筛和辅助落位物三聚氰胺烘干备用；然后取四水钼酸铵溶于去离子水中超声分散，去离子水的体积为载体分子筛的饱和吸水量，然后用此溶液浸渍载体分子筛，搅拌混合均匀，于室温下浸渍后烘干，得到催化剂前驱体备用；然后称取三聚氰胺，与催化剂前驱体采固固混合或溶液混合蒸发的方式，使两者充分混合均匀；将混合物于氮气或空气气氛下升温焙烧，即得到用于提高甲烷无氧芳构化反应性能的催化剂。本发明制备方法简单，原料易得，绿色高效，经济效益高，易于满足工业化生产需求。

技术领域

本发明属于能源化工催化剂技术领域，具体涉及一种用于提高甲烷无氧芳构化反应性能的催化剂及其制备方法。

背景技术

芳香烃是石油工业中一种重要的有机反应中间体，广泛应用于医药、军工、材料、日用化妆品等众多行业领域。目前，芳烃的主要来源依旧依赖于石油化工中的催化重整等传统工艺。然而中国的石油资源短缺，对外依存度居高不下，因此开发出一种新型的芳烃制备工艺技术对于国家能源战略安全具有重大现实意义。1993年，大连化物所王胜林首次提出了高温无氧条件下甲烷在Mo/HZSM-5催化下能直接高选择性的转化为苯和氢气，引发了众多学者的广泛关注，也为芳烃的制备提供了一个新的工艺思路。甲烷，一种清洁高效的化石能源，广泛存在于天然气，油田伴生气以及页岩气中。近年来，随着关键技术的突破进展，我国页岩气探明储量及产量大幅增加，实现甲烷的高效转化利用具有重大应用前景。甲烷无氧芳构化(MDA)的主反应式为6CH₄→C₆H₆+9H₂，该反应具有原子利用率高，产物简单等优点，是实现芳烃替代制备工艺及甲烷高效转化利用的一种有效途径。

自王胜林首次提出以来，学者们对MDA反应的反应催化剂做了大量研究，认为具有二维孔道结构的HZSM-5，孔道直径与苯分子的动力学直径相当，担载活性组分Mo后具有较高的甲烷转化率与产物选择性，被广泛研究应用。但由于MDA受热力学平衡限制导致单程转化率较低，高温下催化剂易积碳失活，阻碍了其工业化的脚步。

为了提高催化性能，先前的学者针对Mo/HZSM-5催化剂做了许多优秀的工作，例如添加第二活性金属组分，对HZSM-5分子筛进行硅烷化处理、酸碱处理、重结晶等修饰与再处理，以及合成中空型HZSM-5、纳米HZSM-5、核壳型HZSM-5等，提高了甲烷的转化率，芳烃生成速率及选择性，通过改变分子筛孔道结构和降低B酸的数量来提升催化剂抗积碳能力，延长催化剂使用寿命。但是添加活性金属时，往往添加贵金属组分，提高了成本，进行修饰和再处理往往存在步骤繁琐，需要反复对分子筛进行处理修饰，费时费力；合成中空型HZSM-5、纳米HZSM-5、核壳型HZSM-5也需要外加昂贵的软硬模板来造孔，不仅条件苛刻，同时降低了催化剂在流化床中的耐磨损性能，使其难以在后续的工业化中应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于提高甲烷无氧芳构化反应性能的催化剂及其制备方法，以克服现有存在的问题，本发明制备方法简单，原料易得，绿色高效，经济效益高，易于满足工业化生产需求。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于提高甲烷无氧芳构化反应性能的催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将载体分子筛和辅助落位物三聚氰胺烘干备用；

步骤二：采用初湿浸渍法负载活性组分Mo物种，具体方法为：取四水钼酸铵溶于去离子水中超声分散，去离子水的体积为载体分子筛的饱和吸水量，然后用此溶液浸渍载体分子筛，搅拌混合均匀，于室温下浸渍后烘干，得到催化剂前驱体备用；

步骤三：掺杂辅助落位物三聚氰胺：称取三聚氰胺，与步骤二得到的催化剂前驱体采固固混合或溶液混合蒸发的方式，使两者充分混合均匀；

步骤四：将步骤四得到的混合物于氮气或空气气氛下升温焙烧，即得到用于提高甲烷无氧芳构化反应性能的催化剂。