[发明专利]用铝化合物处理沸石以制备用于生产芳族化合物的催化剂的方法及由其制备的催化剂

说明书

技术领域

本公开涉及用于制备用于由甲烷生产芳族化合物(aromatic)的催化剂的方法及由其制备的催化剂。

背景技术

芳烃(芳族烃，aromatic hydrocarbon)，例如，苯、甲苯、乙苯、二甲苯、和多环芳烃如萘，是石化行业中的重要的通用化学品。目前，通过各种方法，包括催化重整和催化裂化，芳族化合物通常产生自石油类原料。然而，随着石油原料的供应减少，对于找到用于制备芳烃的替代方法存在不断增长的需求。

制备芳烃的替代方法是通过甲烷的脱氢环化，这是因为甲烷是地球上最丰富的有机化合物之一。例如，甲烷是天然气的主要成分；大量的甲烷被截留在海洋沉积物中作为水合物以及被截留在煤矸石中作为煤层甲烷；并且它还可以源自生物质作为生物气。

因此，将有益的是，提供催化剂组合物，其具有对于将甲烷转化成芳族化合物的改善的选择性，例如，在生产中随着时间增加。

发明内容

本文公开了用于制备用于将甲烷转化成芳族化合物的催化剂的方法以及从其制备的催化剂。

在一种实施方式中，制备催化剂的方法包括使沸石与包含铝化合物的铝溶液(aluminum solution)在2至6的pH下接触，煅烧沸石以形成催化剂；其中，基于将任何粘合剂或挤出助剂除外的催化剂的总重量，催化剂包含0.1至5wt％的铝。

在一种实施方式中，使甲烷芳构化(aromatize)的方法包括在芳构化条件下在催化剂的存在下，使包含甲烷的进料芳构化。

通过以下详细描述来举例说明上述和其它特征。

具体实施方式

本公开涉及形成用于将甲烷转化成芳族化合物的催化剂的方法。具体地，本申请人惊奇地发现，脱氢环化催化剂(在本文中还称为催化剂)通过下述制备：首先使载体(其中载体可以是沸石)铝化合物在例如2至6的pH下接触，随后与包含镓化合物的金属溶液接触，产生对于芳族化合物具有改善的选择性的催化剂。基于将任何粘合剂或挤出助剂除外的催化剂的总重量，最终催化剂可以包含1至5重量百分比(wt％)的铝并且可以进一步包含0.1至3wt％的镓。可以利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)来测量最终催化剂中的金属含量。

载体可以包含硼、铝、硅、磷、钛、钪、铬、钒、镁、锰、铁、锌、镓、锗、钇、锆、铌、钼、铟、锡、钡、镧、铪、铈、钽、钨、铀后元素(transuranium element)、或包含前述项的一种或多种的组合的氧化物、碳化物、和/或氮化物。载体可以包含多孔材料，包括但不限于微孔结晶材料或中孔材料。如在本文中所使用的，术语”微孔”是指直径小于2纳米的孔，而术语“中孔”是指直径为2至50纳米的孔。微孔结晶载体可以包含硅酸盐、铝硅酸盐、钛硅酸盐、铝磷酸盐、金属磷酸盐、硅铝磷酸盐、或包含前述项的一种或多种的组合。

具体来说，载体可以包含沸石，其可以是多种沸石中的任何沸石，其中沸石是具有包含硅石(SiO₄)和矾土(AlO₄)四面体的三维构架的结晶铝硅酸盐并且可以是天然存在或合成的。通常，沸石构架含有通道和互连空隙或孔，其可以由阳离子和水分子占据。取决于孔和通道的尺寸和几何形状，可以将沸石分类为小、中、或大孔沸石，以及还分类为一、二、或三维孔结构沸石。沸石可以包含ZSM-5、ZSM-22、ZSM-8、ZSM-11、ZSM-12、ZSM-35、或包含前述项的一种或多种的组合。沸石可以包含ZSM-5。

沸石可以来自一系列的五元环(pentasil)沸石，其在框架(构架，framework)结构中含有五个成员的环单元或五元环单元。这样的沸石包括ZSM-5、ZSM-11、ZSM-23等。还可以包括硅质岩，其含有ZSM-5的同型框架。具体来说，沸石可以是五元环沸石，其在结构中含有10元环孔开口。

沸石可以是ZSM-5，还被称为MFI(ZSM-5的国际沸石协会命名)。ZSM-5沸石具有二维孔结构，其具有直通道(例如，5.4埃x5.6)，其通过正弦通道(例如，5.1x5.7)相交，在交叉处具有约9的最大直径。ZSM-5沸石催化剂和它们的制备例如描述于美国专利号3,702,886。这样的ZSM-5沸石是铝硅酸盐，其在结晶结构中含有硅和铝。