本技术涉及一种高效合成气制轻质芳烃的催化剂及其制备方法,属于合成气催化转化技术领域。该催化剂由三元尖晶石金属氧化物和P改性的H‑ZSM‑5分子筛构成,三元尖晶石金属氧化物提供活性中心,P改性H‑ZSM‑5分子筛增强选择性。该催化剂可实现合成气一步法制取轻质芳烃,具有高活性、高选择性、低成本等优点,有望推动合成气制芳烃技术的工业化应用。
背景技术
芳烃是重要的大宗化学品之一,需求量占石油化工市场三分之一左右。苯、甲苯、二甲苯、三甲苯等轻质芳烃是化工领域重要的基础有机原料。其中,对二甲苯的需求量大,主要用来生产对苯二甲酸(PTA),进而生产对苯二甲酸二醇酯(PET)。当前,70%的芳烃来自石脑油催化重整,近年来利用非石油基碳资源经合成气催化转化制取芳烃已成为研究热点。将煤转化成合成气,再通过合成气生产芳烃成为一种重要途径。合成气制芳烃有间接法和直接法两种工艺路线。间接法是先将合成气催化转化成甲醇,再由甲醇生成芳烃;直接法可以采用费托催化剂、双功能催化剂将合成气转化成芳烃。报道的费托催化剂主要为Fe、Co、Ru等金属,具有CO转化率高的特点,但芳烃选择性不高于15%。
双功能催化剂主要由Zr基、Cr基等金属氧化物与沸石分子筛组成,具有芳烃选择性高的特点,但CO的转化率相对较低,且芳烃中轻质芳烃占比也不高。如,中国专利CN106540740A公开了一种Zr基氧化物与沸石分子筛的复合催化剂用于合成气制芳烃,该催化剂体系的总芳烃选择性为80%,但CO转化率仅为20%。中国专利CN111420701A公开了一种含CoMn尖晶石结构的氧化物复合沸石分子筛的催化剂,该催化剂体系在合成气制芳烃反应中,CO转化率可达30%~50%,但总芳烃选择性在40%~60%,且轻质芳烃占比也不高于70%。另外,中国专利CN117920331A、CN118807822A、CN117772181A,均公开了一种全新的双功能催化剂体系运用于合成气制芳烃,从数据上看,同样存在上述CO转化率与芳烃选择性无法兼顾的情况。
综上所述,在合成气一步法制轻质芳烃反应中,开发兼具高CO转化率、高轻质芳烃选择性的双功能催化剂体系是亟待解决的技术难点之一。
实现思路