[发明专利]在具有受控速度分布的反应器中的沸石合成

说明书

本发明涉及一种制备沸石材料的方法，以及根据所述方法可获得或已获得的催化剂本身。本发明还涉及所述沸石材料的用途，特别是作为催化剂。

技术领域

本发明涉及一种制备沸石材料的方法，以及根据所述方法可获得或已获得的催化剂本身。本发明还涉及所述沸石材料的用途，特别是作为催化剂。

引言

由简单的起始化合物合成沸石材料涉及复杂的自组织过程，其通常需要特殊条件，如升高的温度和/或压力，其中这些反应通常要求在自生压力下加热原材料以在几天至几周的长反应时间后获得沸石材料。相应地，由于通常苛刻的反应条件和长反应时间，分批合成长期以来是被选择用于合成沸石材料的方法。但是分批反应带来许多限制，特别是关于可达到的时空收率的水平。

因此已努力寻找改进的分批反应程序以及与用于合成沸石材料的经典分批合成程序相比提供优点的替代性方法。在这方面已研究的一种方法涉及使用连续搅拌釜反应器，其中在釜式反应器顶部连续引入流体试剂，并从釜式反应器底部连续取出含有固体反应产物的流出物。尽管所述方法消除了在非连续条件下在分批运行之间排空反应容器的需要，但结晶所需的反应时间仍然很长。

鉴于这一点，已经构想了能够快速合成沸石材料的反应器几何。因此，US 2016/0115039 A1涉及在表现出低体积/横向表面积比的管式反应器中连续生产沸石的方法。类似地，Liu等人在Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,5683-5687中公开了使用极短反应时间连续合成高硅沸石SSZ-13。另一方面，Ju,J.等人在Chemical Engineering Journal 2006,116,115-121中以及Vandermeersch,T.等人在Microporous and Mesoporous Materials 2016,226,133-139中分别公开了在连续流反应器设置中快速合成微米级NaA沸石。Liu,Z.等人在Chemistry of Materials 2014,26,2327-2331中涉及结晶微孔铝磷酸盐AlPO₄-5的超快连续流合成。Slangen等人“Continuous Synthesis of Zeolites using a TubularReactor”,12^th International Zeolites Conference,Materials Research Society1999涉及在6mm外径(～3mm内径)和可变长度的管式反应器中连续合成NaA沸石、NaY沸石和silicalite-1。Bebon,C.等人在Microporous and Mesoporous Materials 2002,53,13-20中涉及使用包含在高压釜中的导向管合成沸石的方法，其中借助沿其轴安置在导向管内的阿基米德螺旋将反应混合物传送经过导向管。

对于不需要高压的反应，已经研究了微波辅助程序，如Bonaccorsi,L.等人在Microporous and Mesoporous Materials 2008,112,481-493中，其涉及沸石LTA的连续合成。类似地，US 2001/0054549A1涉及使用微波制备无机材料的连续方法和装置。

尽管由于使用连续搅拌釜和多级反应器已在反应效率方面取得显著进展，但在减少反应时间方面取得的进展局限于在实验室规模水平下使用的反应器几何。此外，由于反应器堵塞，特别是由于在沸石合成过程中发生的反应混合物的流变学的显著变化，就经济上可行的运行持续时间而言，在减少反应时间方面作出的努力仍非常有限。更具体地，在具有层流的管式反应器中加热后，合成凝胶通常在壁附近的区域中表现出高剪切速率，而由于朝中心的缓慢传热速率，特别是由于合成凝胶在壁附近区域中的隔热效应，中心几乎没有表现出剪切速率。因此，合成凝胶表现出从壁区域向中心的大温度梯度，并观察到大的停留分布时间。考虑到由这种情况造成的合成凝胶的严重不均匀处理，需要使用非常长的反应器以获得令人满意的结晶度。

因此，尽管在沸石材料的连续合成方面已取得进展，仍然需要避免合成凝胶在反应器中经受的传热不良和随之而来的不均匀反应条件的问题的方法。