[发明专利]芳构化催化剂及其制备方法和低碳烯烃芳构化方法

说明书

本发明涉及将低碳烯烃芳构化为芳烃领域，公开了一种芳构化催化剂及其制备方法和低碳烯烃芳构化方法。该芳构化催化剂包括微孔材料和粘合剂，以及可选的金属活性组分；所述粘合剂为含有铝元素和磷元素的化合物，铝元素与磷元素的摩尔比大于等于1且小于5；所述芳构化催化剂的强酸性位点的酸度与弱酸性位点的酸度的比值小于1。该芳构化催化剂可以将低碳烯烃进行芳构化反应生成芳烃，催化剂稳定性高，且芳烃产物的选择性好，还可以有效减少甲烷和焦炭的生成。

技术领域

本发明涉及将低碳烯烃芳构化为芳烃领域，具体涉及芳构化催化剂及其制备方法和低碳烯烃芳构化方法。

背景技术

由于乙烷和乙烯的价格相对便宜且原料容易获得，越来越多的工艺转向烷烃或烯烃芳构化制备轻质芳烃(如BTX)。例如US20090209794A1公开了用于乙烷转化成芳烃的方法，该方法包括：步骤(a)、使乙烷与脱氢芳构化催化剂进行接触，所述催化剂含有0.005～0.1重量％的铂，含量不小于铂量的镓，10～99.9重量％的硅铝酸盐和粘合剂；以及步骤(b)、从步骤(a)的反应产物中分离甲烷、氢和C₂～C₅烃，得到含有苯的芳族反应产物。首先，该方法中的催化剂必须使用贵金属(铂、嫁)，通过将贵金属与ZSM-5分子筛结合使用，成为双功能催化剂；其次，为了活化乙烷，该方法的反应温度高，需要在630℃下进行，然而乙烷的转化率却较低，转化率不大于70％，此外催化剂迅速失活，活性低于40％，即便在优化条件下，BTX收率通常也仅为30％至40％；再次，该方法中大部分乙烷转化为低价值的甲烷，未转化的乙烷和甲烷也增加了轻馏分分离和循环回收的难度。

EP0785178B1公开了一种生产芳烃的方法，该方法包括使含有烯烃和/或链烷烃的低碳烃原料与沸石催化剂在固定床绝热反应器中进行接触，进行催化反应。低碳烃原料的环化反应需要满足如下条件：(1)沸石催化剂的初始催化活性为0.2(sec^-1)或更高。初始阶段，沸石催化剂催化的正己烷分解的一级反应速率常数；(2)催化剂床层的温度为450℃至650℃；(3)催化剂床相对于催化剂床入口到出口的距离的温度分布，其中温度分布具有至少一个最高温度值；(4)催化剂床出口的温度相对于催化剂床入口的温度为+/-40℃。此方法同样地由于反应温度高，很容易形成焦炭，导致催化剂较快失活，因此必须每隔几小时对催化剂进行脱焦处理(再生处理)。此外，较高的反应温度和频繁的再生处理导致贵金属从纳米颗粒状态变为烧结状态，为了将贵金属再次分散在催化剂载体上，必须在脱焦后注入含氯物质，在高温和潮湿环境中加入卤素从而对设备提出更高的要求。催化剂快速地失活还迫使采用更为复杂的反应器，例如移动床等反应器，从而增加了操作成本。

此外，现有技术也有以烯烃为原料进行芳构化反应，李昱，张英强等在《低碳烯烃芳构化催化剂与工艺进展》中介绍了ZSM-5分子筛及其改性催化剂用于低碳烯烃C₂～C₅的芳构化性能，结果表明在ZSM-5分子筛中加入一些金属如Zn、Ga、Pt、Ni、Cd等得到的改性催化剂可直接将烯烃及其混合物转化为芳烃，且芳烃收率、选择性都大有改善。但是该催化剂主要通过引入金属来改善收率和选择性，依然存在焦炭含量大，需要频繁进行再生处理的问题。

综上，在现有技术中存在大量生成甲烷，易形成焦炭，催化剂寿命短，需要频繁进行再生处理等问题，而且催化剂中必须需要使用金属，甚至是价格较高的贵金属。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的催化剂易失活，频繁再生，催化剂稳定性不高，反应物转化率低，催化剂中必须使用金属等问题，提供一种芳构化催化剂及其制备方法和低碳烯烃芳构化方法，采用该芳构化催化剂可以将低碳烯烃进行芳构化反应生成芳烃，催化剂稳定性高，且芳烃产物的选择性好，可以有效减少甲烷和焦炭的生成，而且所述芳构化催化剂中可以不使用金属。