[发明专利]苯和合成气烷基化催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种苯和合成气烷基化催化剂及其制备方法和应用。本发明的催化剂载体采用两种复合分子筛，优化了催化剂的孔结构以及酸分布，具有催化活性高且选择性好的优势，并通过采用大孔氧化铝作为粘结剂，增加了催化剂的比表面积以及孔容，改善了催化剂的传质和传热效果，提高了苯的转化率以及甲苯和C8芳烃的选择性和收率，且制备方法简单、原料来源充足、成本低、易于操作，适合大规模工业应用。

技术领域

本发明涉及苯和合成气的烷基化领域，具体地，涉及一种苯和合成气烷基化催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

芳烃中苯、甲苯和二甲苯(BTX)是重要的基本化工原料。甲苯和二甲苯，尤其是对二甲苯，其衍生物广泛用于聚酯、石化、塑料和橡胶等化工产品中。随着我国乙烯、重整和煤化工等行业近年来快速发展，国内纯苯的产量正在逐步增加；另一方面，我国对环保标准日趋严苛以及汽柴油标准的不断提升，汽油中苯含量从国V标准的1％下降到国VI标准的0.8％，苯很难再作为汽油的调和组分。

我国是“多煤少油”的国家，煤的储量巨大，价格低廉，煤化工的发展近年来得到了广泛的关注。合成气作为煤化工的主要产品之一，可以经过煤气化过程而得，相对资源丰富。因此，一方面利用价格低廉的合成气作为原料；另一方面扩大纯苯的用途，增产经济价值更高的甲苯和二甲苯，开辟出一条新的制取芳烃的路线意义重大。

目前工业上已有的甲醇烷基化反应所经历的路程为，合成气→甲醇→芳烃。而合成气烷基化反应可以直接跳过中间甲醇的合成过程，直接从合成气→芳烃，因此合成气烷基化反应不仅可以节省合成气制备甲醇的步骤，还可以缩短整个流程，节约整体投资。但是相对于甲醇的高活性，氢气和一氧化碳的活性较低，因此仍然需要更多的研究。

CN110116022A为一种用于苯与合成气一步法制备轻质芳烃的双功能复合催化剂的制备方法。该复合催化剂由酸性分子筛以及金属氧化物组成，其中酸性分子筛采用HZSM-5，金属氧化物是Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、In、W、Re中的一种或多种。通过球磨法将共沉淀的金属氧化物和分子筛混合，所得复合型催化剂可以将苯转化为甲苯和二甲苯。

US4487984公开了通过使芳族化合物与合成气在烷基化条件下在双功能催化剂存在下反应制备烷基芳族化合物的方法，所述双功能催化剂包含铜、锌和铝或铬的复合氧化物和硅铝酸盐。

Seulah Lee等人，在《An in situ methylation of toluene using syngas overbifunctional mixture of Cr₂O₃/ZnO and HZSM-5》文章中介绍了甲苯和合成气反应制备C8芳烃的结果。该文章采用Zn-Cr金属氧化物混合物与HZSM-5机械混合制得该催化剂。在400℃，3MPa的条件下，甲苯转化率达到41.2％，二甲苯选择性达到60％，但是其副产的C9+芳烃达到15％，同时还有10％的苯。

上述专利均采用金属共沉淀随后与分子筛共混制备成催化剂。然而通过此方法制备的催化剂，金属与酸性中心分布不均匀，因此导致反应活性较低，轻质芳烃选择性较低。

CN107999118A公开了一种芳烃和合成气烷基化催化剂，该催化剂包括载体和负载的活性组分，所述的载体包括20-80重量％的MFI或IMF结构氢型分子筛，以及20-80重量％的氧化铝，所述的活性组分包括第一金属和第二金属，所述的第一金属为锌，第二金属选自铬、铜、镁和银中的至少一种。所述催化剂可用于苯和合成气反应制备甲苯和二甲苯。

发明内容

本发明为了充分利用价格低廉的合成气，扩大纯苯的用途，增产经济价值更高的甲苯和二甲苯，提供了一种高活性高选择性的苯和合成气烷基化催化剂及其制备方法和应用。