[发明专利]一种用于丙烷芳构化的核壳结构催化剂及其制备方法和应用

说明书

一种用于丙烷芳构化的核壳结构催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂核层为ZSM‑5分子筛，壳层为Silicate‑1分子筛，Pt和助剂M金属元素被封装于壳层Silicate‑1分子筛内。以质量百分比计，壳层Silicate‑1分子筛的质量百分含量为30％～70％，金属Pt的质量百分含量为0.01％～3％，M金属元素的质量百分含量为0.01％～10％，余量为核层ZSM‑5分子筛。催化剂制备采用水热合成法，制备方式简单，可直接用于丙烷芳构化反应中，芳烃产物选择性可达70％，其中轻质芳烃占比可达80％以上。催化剂制备过程简单，成本低廉，催化性能具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及催化材料制备及低碳烷烃转化和利用领域，尤其涉及一种用于丙烷芳构化的核壳结构催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

芳烃是一种极为重要的基础化学品，在化学化工、生物医药、轻工电子等国民经济的各个方面有着广泛的应用。当前芳烃的主要来源为石脑油重整和煤焦油分馏，生产效率较低且能耗较大，又因全球环境问题的日益凸显和原油资源的减少，市场上的芳烃供给变得不可持续。而丙烷作为一种处理天然气或精炼原油得到的副产物，且在页岩气中占有较大比重，因此利用丙烷芳构化制得芳烃的技术开发具有重要意义。

ZSM-5分子筛因其优异的择形催化能力而被广泛应用于各类芳构化反应中，当前文献报道的用于丙烷芳构化的催化剂大多也是在ZSM-5分子筛上进行进一步的改性。尽管此类催化剂表现出了一定的催化活性，但仍无法满足工业需求。一方面，产物中低碳烃类产物占有较大比重，芳烃选择性不高；另一方面，生成的芳烃易于在ZSM-5分子筛表面的酸性位点上进一步发生芳构化，生成附加值较低的重质芳烃，且易发生积碳反应。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种用于丙烷芳构化的核壳结构催化剂及其制备方法和应用，该核壳结构催化剂有着更高的丙烷芳构化性能，且能抑制催化剂表面的进一步芳构化。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于丙烷芳构化的核壳结构催化剂，所述催化剂的核层为ZSM-5分子筛，壳层为Silicate-1分子筛，金属Pt和助剂M金属元素被封装于壳层Silicate-1分子筛内；以质量百分比计，壳层Silicate-1分子筛为30％～70％，金属Pt为0.01％～3％，M金属元素为0.01％～10％，余量为核层ZSM-5分子筛。

所述M金属元素为Sn、Zn、Ga、Ir、Cu、Ag、Co中的至少一种。

一种用于丙烷芳构化的核壳结构催化剂的制备步骤如下：

1)将硅源、模板剂、铝源、去离子水混合后在一定温度下搅拌形成混合溶胶，将混合溶胶移至水热釜内晶化，对所得产物进行离心、洗涤、干燥、焙烧，得到ZSM-5分子筛；

2)将硅源、模板剂、去离子水混合后在一定温度下搅拌，加入计量的Pt盐溶液和M金属前驱体溶液，搅拌后加入步骤1)所制备的计量的ZSM-5分子筛得到混合物，将所得混合物移至水热釜内晶化，对所得产物进行离心、洗涤、干燥、焙烧，得到核壳结构催化剂。

在步骤1)中，所述硅源为正硅酸四乙酯、硅溶胶、白炭黑中的至少一种，模板剂为四丙基氢氧化铵、四丙基溴化铵、四丁基氢氧化膦中的至少一种，铝源为异丙醇铝、九水合硝酸铝、六水合氯化铝中的至少一种，模板剂摩尔量为硅源摩尔量的0.01～2倍，铝源摩尔量为硅源摩尔量的1/300～1/10，去离子水摩尔量为硅源摩尔量的10～300倍；搅拌温度20～80℃，搅拌时间为3～48h。

在步骤1)中，所述水热晶化过程的温度为120～220℃，晶化时间为24～120h；干燥包括真空干燥、鼓风干燥的至少一种，干燥温度为50～120℃，干燥时间为3～12h；焙烧温度为400～650℃，焙烧时间为3～10h。