[发明专利]一种改性IM-5分子筛及催化剂和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种烷基化反应催化剂及烷基化方法，具体地说，是一种甲苯烷基化反应催化剂及甲苯烷基化方法。

背景技术

甲苯甲醇烷基化反应的工业应用价值很高，可以使价格低廉的甲苯和甲醇发生烷基化反应而生成二甲苯，特别是生成重要的基本有机原料对二甲苯。

20世纪70年代美国Mobil公司开发了ZSM-5择形分子筛，由于ZSM-5分子筛具有良好的热稳定性和水热稳定性，且孔道直径与对二甲苯分子的大小接近，有利于对二甲苯的扩散，因此使甲苯与甲醇烷基化高选择性地制备对二甲苯成为可能。但以ZSM-5分子筛作为催化剂活性组元时，甲苯转化率较低，仅为28～35%；ZSM-5分子筛的外表面酸性位使对二甲苯发生异构化，降低了对位产物的收率；二甲苯的歧化反应和烷基化反应使二甲苯选择性下降。为提高对二甲苯的选择性，人们对ZSM-5分子筛进行了改性处理。

CN1060099C、USP4950835A和USP6504072B1对ZSM-5分子筛进行了磷、镁或稀土元素的改性，来调变分子筛的表面酸性，使分子筛表面强酸中心减少，弱酸中心相对增加，抑制二甲苯异构化、歧化和烷基化等副反应的发生，提高对-二甲苯和二甲苯的选择性，但甲苯的转化率明显下降，仅为10～14%，活性稳定性变差。

此外人们还在寻找比ZSM-5分子筛有更好催化性能的催化材料。IM-5分子筛由法国（IFP公司）的Benazzi等人首次合成，它具有10元环二维孔道结构，良好的热和水热稳定性，在FCC、尾气脱氮、加氢裂化等方面都有应用，催化性能显著。

CN1214962A公开了使用改善含有10个以上碳原子的链烷烃物料流点的方法，包括在温度170～500℃、压力1～250巴和每小时体积速度0.05～100h-¹条件下，在每升物料50～2000升氢的存在下将待处理物料与以IM-5沸石为主要成分的催化剂和至少一种加氢-脱氢元素进行接触。该发明还指出催化剂中可含有磷，以相对于载体的五氧化二磷表示的磷含量低于15重量%，所述载体为分子筛加基质的混合物。

CN102040460A公开了一种甲苯甲醇甲基化反应的方法，包括：将甲苯和甲醇与含有HIM-5分子筛的催化剂接触反应，其中HIM-5分子筛的SiO₂/Al₂O₃摩尔比为20～150。所述催化剂用于甲苯甲醇甲基化反应过程中，甲苯转化率有所提高，但对二甲苯选择性选择性仍偏低，为22质量%左右。

CN102205251A公开了一种用于甲苯烷基化反应的磷改性IM-5分子筛，其以P₂O₅计的磷含量为5～9质量%，用该分子筛制备的催化剂用于甲苯甲基化反应，具有较高的二甲苯选择性。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性IM-5分子筛及催化剂和应用，该改性IM-5分子筛及用其制备的催化剂，用于甲苯甲基化反应，可显著提高催化剂的活性稳定性，并提高二甲苯选择性和对二甲苯选择性。

本发明提供的改性IM-5分子筛，包括IM-5分子筛和改性元素，所述的改性元素为贵金属、磷和硅，以IM-5分子筛为基准计算的贵金属含量为0.01～1.0质量%，以P₂O₅计的磷含量为2～15质量%，以SiO₂计的硅含量为5～15质量%。

本发明使用贵金属改性的IM-5分子筛，同时含有改性元素磷和硅，使制得的分子筛用于甲苯甲基化反应，可在氢气和水存在下反应，从而提高催化活性稳定性，并提高二甲苯选择性和对二甲苯选择性。

具体实施方式

本发明将IM-5分子筛用磷硅复合改性后，IM-5分子筛的孔径和孔口得到修饰，内外表面的强酸中心消失，对二甲苯和二甲苯的选择性提高；再在磷硅复合改性后的IM-5分子筛中引入适量贵金属改性，在临氢的环境下，可降低积炭前驱物的生成，催化剂的活性稳定性得到大幅度提高，磷硅和贵金属改性的结合，可显著提高改性分子筛的甲苯转化率和目的产物的选择性。

本发明采用磷硅贵金属复合改性的IM-5分子筛作为活性组分制得催化剂，可有效减少烷基转移和二甲苯与甲醇烷基化等副反应，提高对二甲苯的选择性，改善催化剂的活性稳定性。