[发明专利]一种Ga-ZSM-5催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种Ga‑ZSM‑5催化剂及其制备方法和用途，所述催化剂为十字交叉片状结构；所述Ga‑ZSM‑5催化剂的b轴厚度为50‑500nm。本发明通过控制所述Ga‑ZSM‑5催化剂制备过程中的条件，得以控制Ga‑ZSM‑5分子筛的结构，从而提高了反应物与产物的扩散速率，进一步提高了催化剂的性能。而且，本发明合成得到的Ga‑ZSM‑5为十字交叉片状结构，用于苯烷基化制乙苯时，具有稳定的转化率、选择性以及较长的使用寿命；且本发明提供的制备方法还具有工艺简单、成本低廉的优点，具有良好的工业化前景。

技术领域

本发明属于催化技术领域，涉及一种ZSM-5催化剂，尤其涉及一种Ga-ZSM-5催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

苯乙烯是石油化工行业中重要的有机单体，广泛用于生产聚苯乙烯、ABS树脂、丁苯橡胶和不饱和聚酯树脂等。乙苯作为生产苯乙烯的主要原料，90％以上是由苯和乙烯烷基化制得，其余则来自C8石油芳烃的分离。

Mobil/Badger公司联合率先开发出以ZSM-5沸石为催化剂的气相烷基化工艺，但由于HZSM-5催化剂酸性强，副产物二甲苯含量高；催化剂稳定性不高，失活速度较快，因此，如何开发一种新型催化剂成为当前亟待解决的问题。

CN 101485993A公开了一种改性纳米分子筛催化剂及其制备方法，用于苯烷基化制乙苯；所述催化剂的分子筛孔径和粒度在0.1-100nm之间，分子筛的SiO₂与Al₂O₃的摩尔比为30-500；分子筛上担载有0-10wt％的碱土金属氧化物和0-10wt％的稀土金属氧化物；所述制备方法包括如下步骤：将铝酸钠溶液、碱溶液、有机胺溶液及水混合，再加入水玻璃，得到均匀的凝胶；将得到的凝胶加入合成反应釜内，搅拌并加热，然后停止搅拌并进行晶化；晶化完全后，将所得产物依次用于去离子水洗涤、离心、过滤和干燥，得到具有纳米粒度和纳米孔径的沸石；将所得沸石与Al₂O₃混合挤条成型后焙烧；将焙烧后的产物在铵盐溶液中进行离子交换，然后进行干燥和焙烧，得氢型纳米分子筛催化剂；将所得纳米分子筛催化剂分别加入到稀土盐的溶液、碱土金属盐的溶液中进行离子交换处理，然后进行过滤、洗涤和干燥、得到改性纳米分子筛催化剂。

上述方法采用离子交换法制备氢型分子筛，利用水热处理的方法来调变催化剂的酸性，然后进一步利用稀土改性来提高催化剂的稳定性与产物选择性，该方法制备方法复杂，制备成本高，不利用工业化应用。

CN 102875316A公开了一种干气与苯烷基化制乙苯的方法，主要解决现有技术中存在干气与苯反应生产乙苯的过程中，催化剂稳定性差，再生周期短的问题。以质量百分含量计，所用的催化剂含有以下组分：a)40-90％的晶粒直径为5-500nm、硅铝摩尔比SiO₂/Al₂O₃为30-400的ZSM-5分子筛；b)9-59％的粘结剂氧化铝或二氧化硅；c)0.1-10％的碱土金属氧化物和0.1-10％的稀土金属氧化物；但该催化剂采用离子交换法制备得到，该方法同样存在制备过程复杂，生产成本高等问题。

CN 103801389A公开了一种用于乙烯和苯反应制备乙苯的催化剂，其包括：改性ZSM-5分子筛，其是由SiO₂/Al₂O₃摩尔比为30-500的ZSM-5分子筛，和载于该ZSM-5分子筛上的0.1-10的稀土金属氧化物组成；改性超稳Y型分子筛，其是由SiO₂/Al₂O₃摩尔比为4-15的超稳Y型分子筛，和载于该超稳Y型分子筛上的0.1-6％的碱土金属氧化物和0.1-10％稀土金属氧化物组成；以及无机氧化物，其是氧化铝、氧化锌和氧化硅中的一种或两种以上的混合；其中，该改性ZSM-5分子筛、该改性超稳Y型分子筛和该无机氧化物的重量比为35-85:5-40:10-55。但其制备过程复杂，制备得到的催化剂的稳定性稍差，苯的转化率以及乙苯的选择性有待进一步地提高。