[发明专利]一种低碳烃择形芳构化高效合成对二甲苯的催化剂

说明书

一种低碳烃择形芳构化高效合成对二甲苯的催化剂，该催化剂的组成包含特殊形貌短孔HZSM‑11分子筛、粘结剂和改性助剂。其中，特殊形貌短孔HZSM‑11分子筛和粘结剂两者间之间的重量份数比例分别为50～95wt％和5～50wt％；改性助剂含量为分子筛与粘结剂总重量0.1～30wt％。该催化剂是基于对特殊形貌短孔HZSM‑11分子筛的成型和至少一种氧化物助剂改性制备得到，应用于低碳烃芳构化生产对二甲苯的反应。与现有催化剂技术相比，本发明中催化剂为短孔道择形催化剂，特别是具有高的芳构化效率的同时，可有效抑制苯、甲苯、邻/间二甲苯、C₉₊芳烃等副产物的生成，表现出异常高的对二甲苯选择性和产率。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种低碳烃择形芳构化高效合成对二甲苯的催化剂及其应用方法。

背景技术

对二甲苯(PX)是当今需求量最大的基础芳烃原料之一，其经氧化后可得到对苯二甲酸，后者可进一步合成重要的高分子材料聚酯纤维和塑料。此外，其在医药、农药、染料及溶剂等领域也有广泛应用。近年来，随着聚酯工业和精细化工产业的持续高速发展，PX需求量正在逐年快速增长。据统计，当前我国PX年需求量达2000万吨以上，约1200万吨需要进口。其主要的商业化生产方法是甲苯歧化和二甲苯异构化分离，它们分别存在原料利用率低和对二甲苯产率低的问题。因此，开发新的PX增产技术对于解决其长期产能不足的问题尤为重要。

C₄～C₆低碳烃以及含有C₄～C₆低碳烃的混合烃类是石油化工和煤化工的副产品，主要产自乙烯工程、炼油、煤制化学品等生产过程。特别是，随着近些年现代新型煤化工产业的持续快速发展，低碳混合烃的产量迅速增加。除了少数烃类组分被提取用作化工原料之外，大部分低碳烃组分以混合物的形式用作廉价燃料处理，从化石能源高效合理利用角度来看，这是对碳与氢资源的一种浪费。因此，如何将这些副产物转化成为高附加值的化学品已成为人们关注的焦点。其中，低碳烃经芳构化催化反应转化为芳烃的合成路线，不仅可为对二甲苯等芳烃化学品的生产开辟新原料来源，还能优化利用轻烃资源并提高企业经济效益，受到人们重点关注。

低碳烃芳构化是一个包括脱氢、低聚、环化、氢转移等反应步骤的复杂过程，开发性能优异的催化剂至关重要。已报道的催化剂包括两大类，即金属负载型和改性分子筛型。后一类因分子筛表面酸性的存在，其与金属活性位协同催化，表现出更高的芳构化效率。十元环微孔分子筛孔道尺寸与轻质芳烃分子动力学尺寸接近，被认为是适合于轻烃芳构化反应的分子筛催化材料。特别是，采用Zn、Ga、Ag、Mo、Ni等金属物种改性可显著提高其芳构化效率。然而，芳烃产物中往往存在C₉₊芳烃、邻/间二甲苯、苯、甲苯等副产物，导致对二甲苯选择性和产率很低。如专利CN109465022A所公开的一种经Zn、Ga和Ni复合改性的HZSM-5分子筛，应用于催化费托合成副产轻烃的芳构化反应中，尽管芳烃总收率显著提升，最高达到58.1％，但对二甲苯收率低于4％。专利CN102030605A公开的使用金属改性HZSM-5和金属改性HMOR两段催化剂床层的轻烃芳构化技术中，最终芳烃总收率最高可达53.85％，但对二甲苯收率低于5.5％。总体而言，由于高附加值产品对二甲苯的选择性普遍很低，导致轻烃芳构化转化路线的技术经济性不高，阻碍了其大范围工业化应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低碳烃择形芳构化高效合成对二甲苯的催化剂及其应用方法，以解决背景技术中提出的现有低碳烃芳构化催化反应中对二甲苯选择性低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种低碳烃择形芳构化高效合成对二甲苯的催化剂，其特征在于，所述催化剂的组成包含特殊形貌短孔HZSM-11分子筛、粘结剂和改性助剂；其中，特殊形貌短孔HZSM-11分子筛和粘结剂两者之间的重量份数比例分别为50～95wt％和5～50wt％；改性助剂含量为分子筛与粘结剂总重量0.1～30wt％。