[发明专利]一种两段催化剂的制备方法及其应用

说明书

一种两段催化剂的制备方法及其应用，属于催化剂的制备及其应用技术领域，可解决甲苯甲醇侧链烷基化制备苯乙烯所用的催化剂水热稳定性较差及提高其表面碱性后催化剂的水热稳定性更差的问题，利用等体积浸渍的方法，分别制备前段催化剂和后段催化剂，分别装填，既保证了催化剂具有较强的碱性，又提高了催化剂的水热稳定性。

技术领域

本发明属于催化剂的制备及其应用技术领域，具体涉及一种两段催化剂的制备方法，及其应用于甲苯甲醇侧链烷基化提高苯乙烯产率的方法。

背景技术

苯乙烯是用于合成橡胶、塑料、树脂的重要化工原料。近年来随着建材、电子、汽车等行业的迅速发展，苯乙烯的需求量也在不断增长。与传统的乙苯催化脱氢法制备苯乙烯相比，甲苯甲醇侧链烷基化法具有原料成本低、工艺流程简单，可大幅度降低能耗及CO₂排放量等优点，因此近年来成为化工行业的研究热点。

大量研究表明：甲醇在较强的碱性催化剂表面脱氢生成甲醛，并吸附在催化剂的酸中心上；甲苯侧链上的甲基被中强碱中心活化后，吸附在酸中心上；甲醛与活化的甲苯发生侧链烷基化反应生成目标产物苯乙烯。

目前甲苯甲醇侧链烷基化所用的催化剂主要以NaX改性分子筛催化剂为主。虽然此类催化剂表现出了较好的催化性能，但催化剂的水热稳定性较差，特别是提高其表面碱性后催化剂的水热稳定性更差。

发明内容

本发明针对甲苯甲醇侧链烷基化制备苯乙烯所用的催化剂水热稳定性较差及提高其表面碱性后催化剂的水热稳定性更差的问题，提供一种两段催化剂的制备方法及其应用。

本发明采用如下技术方案：

一种两段催化剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，前段催化剂的制备：用等体积浸渍的方法，将KOH水溶液与NaX沸石按比例混合均匀，25℃下，静置24h，80℃下干燥12h，500℃焙烧3h，得到前段催化剂，记为m%KOH；

第二步，后段催化剂的制备：a. NaX沸石和K₃PO₄溶液按比例混合，在80℃水浴下搅拌2h，抽滤，得到固体I；b. 将步骤a中所得的固体I按比例加入K₃PO₄溶液混合，在80℃水浴下搅拌2h，抽滤，得到固体Ⅱ；c. 将步骤b中所得的固体Ⅱ按比例加入K₃PO₄溶液混合，在80℃水浴下搅拌2h，抽滤，得到固体Ⅲ；在80℃条件下，将固体Ⅲ干燥12h，焙烧3h，得到白色粉末为后段催化剂，记为K₃PO₄/NaX；

第三步，在固定床反应器的恒温区，分别装填前段催化剂和后段催化剂组成新的催化剂，记为m%KOH/K₃PO₄/NaX，其中前段催化剂装填在固定床反应器靠近进料气一端，后段催化剂装填在固定床反应器靠近出气口一端，前段催化剂和后段催化剂用石英棉隔开，其中，前段催化剂和后段催化剂的质量比为1:3。

第一步中，KOH与NaX沸石的质量比为1:99～9:91，KOH水溶液与NaX沸石的体积质量比为8 ml:1 g ~15 ml:1 g。

第二步中，步骤a，步骤b和步骤c中，NaX分子筛与磷酸钾的质量比均为3:1～8:1。

一种两段催化剂应用于甲苯甲醇侧链烷基化反应，并进行活性评价，催化反应条件为：常压，N₂:甲苯:甲醇的摩尔进料比为30:5:1，质量空速为0.5 h-1，反应温度为425℃。

本发明的有益效果如下：