[发明专利]乙烷烷基化反应的催化剂

说明书

本发明涉及乙烷烷基化反应的催化剂，主要解决分子筛负载Pt催化剂用于苯与乙烷烷基化反应中乙烷的转化率低的问题，本发明通过采用乙烷烷基化反应的催化剂，包括以下组分：(a)Pt或其氧化物；(b)Zn的氧化物；(c)La系元素的单质或氧化物；(d)分子筛的技术方案，较好地解决了该技术问题，可以用于苯与乙烷烷基化反应中。

技术领域

本发明涉及一种用于苯与乙烷烷基化反应的催化剂。

背景技术

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，还用于有机合成和医药上的中间体，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。此外，苯乙烯还可用于制药、染料、农药以及选矿等行业。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，工业上90％以上的苯乙烯由乙苯制得。

页岩气是近年来受到广泛关注的一种重要的非常规天然气资源。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。我国的页岩气资源非常丰富，而页岩气中又伴生大量乙烷，天然气、油田气及炼厂气中也含有大量的乙烷等低碳烷烃，价格便宜。但乙烷由于结构非常稳定，难于活化，很难作为工业原料直接应用。在化学工业里乙烷主要通过裂解用以生产乙烯。乙烷要与蒸汽混合在900℃或以上的高温时进行裂解，条件苛刻、耗能极高。目前，尚未能实现乙烷催化脱氢的工业化生产。因此，温和条件下乙烷的高效转化一直是催化领域研究的难点与热点。

近年来，国外文献提出了一种利用乙烷等低碳烷烃的新方法，将乙烷与苯进行烷基化反应，可以在相对较低的温度下合成乙苯，同时还可以得到二乙苯、甲苯、二甲苯等烷基苯。该途径可以拓宽乙苯原料来源，实现原料的轻质化。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，有利于降低生产成本，具有重大的研究意义和应用价值。所以，利用乙烷与苯一步烷基化反应合成乙苯等烷基苯，拓展了原料来源，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直接烷基化制乙苯等烷基苯的反应。文献Journal of 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％，但收率仅1％。文献Catalysis Letters,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℃时乙苯收率可达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，文献未给出各个产物的选择性。文献Journal of MolecularCatalysis A:Chemical,2008,279:128–132报道在1wt％Pt负载的ZSM-5分子筛催化剂上，苯烷摩尔比为1/9，质量空速为3.1h^-1时，乙烷转化率低于2％，生成的烷基苯产物中，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，乙烷烷基化反应的催化剂中均没有使用SAPO-11分子筛，且仅含有一种分子筛，乙烷和苯的转化率较低。

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催化剂用于乙烷烷基化反应中乙烷的转化率低的问题，提供一种新的乙烷烷基化反应的催化剂，该催化剂具有乙烷转化率高的优点。

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乙烷烷基化反应的方法。