[发明专利]用于苯与乙烷进行烷基化反应的催化剂

说明书

本发明涉及用于苯与乙烷进行烷基化反应的催化剂、催化剂的制备方法、及其应用，主要解决分子筛负载Pt催化剂用于苯与乙烷之间的烷基化应中苯和乙烷的转化率低的问题，本发明通过采用用于苯与乙烷进行烷基化反应的催化剂，以重量份数计，包括以下组分：(a)0.1～5份的Pt元素；(b)0.1～5份的Sn元素；(c)90～99.8份的分子筛的技术方案，较好地解决了该技术问题，可以用于苯与乙烷进行的烷基化反应中。

技术领域

本发明涉及用于苯与乙烷进行烷基化反应的催化剂、催化剂的制备方法，及应用。

背景技术

页岩气是近年来兴起的一种重要非常规天然气资源。美国的“页岩气革命”已经动摇了世界天然气市场格局，并且这一影响还将愈发显著，进而改变世界能源格局。页岩气的开发利用，已成为低碳经济战略发展机遇的重要推动力和世界油气地缘政治格局结构性调整的催化剂。我国页岩气资源丰富，页岩气伴生大量乙烷，天然气、油田气及炼厂气中也含大量乙烷等低碳烷烃，价格便宜。但由于乙烷结构非常稳定，难于活化，很难作为工业原料直接应用。目前，在化学工业里乙烷主要用来通过裂解生产乙烯。乙烷要与蒸汽混合被加到900℃或以上的高温时进行裂解，耗能极高。在温和条件下高效转化利用乙烷一直是催化领域研究的热点。近年来，国外文献提出了一种用于乙烷等低碳烷烃利用的新方法，将乙烷与苯进行烷基化反应，可以在较低的温度下合成乙苯，二乙苯、甲苯、二甲苯等烷基苯。其中，乙苯是当前化工产业中苯的重要商业化衍生物，主要用于生产苯乙烯，还用于有机合成工业和医药上用作合成中间体，也可作溶剂使用。乙苯产量在基本有机化学工业中占有相当大的比重，年消耗量巨大。苯乙烯是石化行业的重要基础原料，主要用于生产苯乙烯系列树脂及丁苯橡胶，也是生产离子交换树脂及医药品的原料之一。苯乙烯的均聚物聚苯乙烯是五大通用热塑性合成树脂之一，广泛用于注塑制品、挤出制品及泡沫制品3大领域。而乙苯是生产苯乙烯的关键原料，工业生产中90％以上的苯乙烯由乙苯制得。因此，利用乙烷与苯一步烷基化反应合成乙苯等烷基苯，可以实现以页岩气等为原料向下游大宗石油化工产品的直接转化，具有重大的研究意义和应用价值。

目前，国外只有少量的研究报道了乙烷与苯烷基化制乙苯的反应。文献Journalof the American Chemical Society,1975,97:6807–6810最早报道了超强酸催化剂HF-SbF₅上乙烷与苯的烷基化反应，乙苯选择性76％，但乙苯收率仅1％。文献CatalysisLetters,2001,73:175–180报道了6.8wt％的Pt负载的ZSM-5分子筛催化剂上乙烷与苯的烷基化反应，500℃时乙苯收率最高为7.3％，此时苯的转化率为8.3％，此外还有乙烯和少量苯乙烯生成，文献中未给出产物的选择性数据。文献Journal of Molecular Catalysis A:Chemical,2008,279:128–132报道在1wt％Pt负载的ZSM-5分子筛催化剂上，苯比乙烷摩尔比为1/9，质量空速为3.1h^-1时，乙烷转化率低于2％，生成的烷基苯中，乙苯的选择性为92.6％，甲苯的选择性为0.99％，二乙苯的选择性为2.3％。

在以上公开报道的文献中，Pt/ZSM-5分子筛催化剂均采用为单一的Pt元素负载在ZSM-5分子筛上，乙烷和苯的转化率较低，而且贵金属Pt用量较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是分子筛负载Pt催化剂用于苯与乙烷之间的烷基化应中苯和乙烷的转化率低的问题，提供一种新的用于苯与乙烷进行烷基化反应的催化剂，该催化剂具有苯和乙烷的转化率高的优点。

本发明所要解决的技术问题之二是提供上述技术问题之一中所述催化剂的制备方法。

本发明所要解决的技术问题之三是提供采用上述技术问题之一所述催化剂的苯与乙烷之间的烷基化反应方法。

为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案如下：用于苯与乙烷进行烷基化反应的催化剂，以重量份数计，包括以下组分：

(a)0.1～5份的Pt元素；