CN105817261B - 一种c8芳烃异构化催化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种C8芳烃异构化催化剂，包括复合载体和负载于复合载体上的以干基载体基准计算的含量为0.01～1.0质量％的Ⅷ族金属，所述的复合载体包括1～12质量％的经预处理的ZSM‑5沸石或ZSM‑11沸石、1～38质量％的丝光沸石和50～98质量％的氧化铝，所述的预处理方法为用水蒸汽处理HZSM‑5沸石或HZSM‑11沸石，或对HZSM‑5沸石或HZSM‑11沸石进行钠离子反交换。该催化剂用于C8芳烃异构化反应，具有高的异构化活性和C8烃收率，可使对二甲苯产量增加。

Description

一种C8芳烃异构化催化剂及其制备方法
技术领域
本发明为一种芳烃异构化催化剂及其制备方法，具体地说，是一种C8芳烃异构化催化剂及制备方法。
背景技术
对二甲苯(PX)和邻二甲苯(OX)是重要的化工原料，主要用于生产对苯二甲酸、对苯二甲酸二酯、邻苯二甲酸酐，此外还应用于涂料、染料、农药和医药等领域。随着这些行业的发展，PX和OX的需求量迅速增长。目前，增产PX和OX的工艺技术主要为二甲苯异构化，该技术是将利用价值低的间二甲苯和乙苯转化为PX和OX的重要手段。通过二甲苯异构化反应，产物中对二甲苯达到或接近热力学平衡值，乙苯部分转化为二甲苯，副反应产物为非芳烃，还有少量的苯、甲苯和C9 +重芳烃。产物经过分离装置可以将PX和OX产品分出，再将少量的轻质非芳烃、苯、甲苯和C9 +重芳烃分离出去，剩余物料可作为异构化的原料循环利用。
采用不同的异构化催化剂和工艺，已有许多方法用来增产PX和OX。 USP5908967采用铈改性的丝光沸石负载Ⅷ族金属制成的催化剂进行C8芳烃异构化反应，以减少歧化副反应的发生，提高二甲苯的收率。
USP6660896则提出一种采用两段催化转化进行C8芳烃异构化的方法，第一段采用具有二甲苯异构化功能的催化剂，主要进行二甲苯间的转化反应，不转化乙苯或很少转化；第二段催化剂则主要将乙苯转化为对二甲苯。两种催化剂都需要进行改性处理，如采用金属氧化物改性，有机物改性等。
USP5,998,688公开了一种改善乙苯转化率的二甲苯异构化方法，该法使用的催化剂具有两种不同性质的沸石组分，能够抑制歧化副反应，从而增加二甲苯收率。其添加的甲苯在原料中的浓度不低于5重量％，因此可阻止乙苯与二甲苯歧化或二甲苯之间歧化生成甲苯和C9芳烃，而甲苯自身进行歧化可生成苯与二甲苯。所用催化剂可用有机硅化合物进行择形处理，处理方法可为原位、异位或焦炭择形改性。其中异位择形处理可用有机硅化合物溶液与沸石至少接触一次进行改性，所述改性剂有机硅化合物要存在于液体载体中，每次改性后催化剂均需在空气中焙烧。该专利公开的数据显示二甲苯的损失在加入甲苯后降低了0.9％，乙苯转化率至少达到15％。
发明内容
本发明的目的是提供一种C8芳烃异构化催化剂及其制备方法，该催化剂用于C8芳烃异构化反应，具有高的异构化活性和C8烃收率，可使对二甲苯产量增加。
本发明提供的C8芳烃异构化催化剂，包括复合载体和负载于复合载体上的以干基载体为基准计算的含量为0.01～1.0质量％的Ⅷ族金属，所述的复合载体包括1～12质量％的经预处理的ZSM-5沸石或ZSM-11沸石、1～38质量％的丝光沸石和50～98质量％的氧化铝，所述的预处理方法为用水蒸汽处理 HZSM-5沸石或HZSM-11沸石，或对HZSM-5沸石或HZSM-11沸石进行钠离子反交换。
本发明将HZSM-5沸石或HZSM-11沸石用水蒸汽或进行钠离子反交换处理，然后再与丝光沸石和氧化铝混合制得催化剂。所述的催化剂用于C8芳烃异构化反应，可以获得更高的异构化活性和选择性。
具体实施方式
本发明将HZSM-5沸石或HZSM-11沸石用水蒸汽或进行钠离子反交换处理后，可有效减少其表面的强酸中心，抑制歧化烷基转移和裂解副反应，同时保留了有效的主反应活性中心，与丝光沸石复配利用其大孔结构可进一步增加二甲苯收率，提高选择性。
本发明所述的复合载体优选包括4～10质量％的经预处理的ZSM-5沸石或 ZSM-11沸石、10～38质量％的丝光沸石和52～86质量％的氧化铝。
本发明所述的预处理方法可为两种，一种是对HZSM-5沸石或HZSM-11 沸石进行水蒸汽处理，另一种是对HZSM-5沸石或HZSM-11沸石进行钠离子反交换，即先将钠型沸石转换成氢型，再对氢型沸石进行钠离子交换。
所述用水蒸汽处理HZSM-5沸石或HZSM-11沸石的处理温度为350～ 580℃、更优选400～550℃，水蒸汽或含水蒸汽的空气通过沸石床层的体积空速为100～1000小时-1，优选500～800小时-1，时间为2～4小时。
所述的对HZSM-5沸石或HZSM-11沸石进行钠离子反交换达到的反交换度为30～50质量％、优选35～45质量％。所述的钠离子反交换度为交换至阳离子位的钠的质量与阳离子位完全被钠离子所占据的钠的质量(以氧化钠计) 的比，反交换所用的钠盐优选氯化钠。
所述ZSM-5沸石的氧化硅/氧化铝的摩尔比为70～250、优选100～200。
所述ZSM-11沸石的氧化硅/氧化铝的摩尔比为2～50、优选5～20。
所述丝光沸石的氧化硅/氧化铝摩尔比为8.0～20.0、优选10～16。
所述的Ⅷ族金属优选铂，复合载体中的氧化铝优选γ-氧化铝。
本发明所述催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将ZSM-5沸石或ZSM-11沸石转换成氢型，再对HZSM-5沸石或 HZSM-11沸石进行水蒸汽处理，或用钠盐的水溶液进行钠离子反交换，
(2)将进行水蒸汽处理或经钠离子反交换的HZSM-5沸石或HZSM-11沸石与丝光沸石和氧化铝混合、成型，干燥、焙烧得到复合载体，
(3)将复合载体用含Ⅷ族金属的化合物浸渍，浸渍后固体干燥、焙烧。
本发明方法(1)步先将ZSM-5沸石或ZSM-11沸石转化成氢型，再进行预处理。转化成氢型沸石的方法可采用任意已知的方法，如用氯化铵、硝酸铵、硫酸铵溶液对钠型沸石进行离子交换，交换温度优选60～90℃，交换时间优选 0.5～3.0小时。离子交换的次数可为两次或多次。
水蒸汽处理前沸石宜在空气气氛下进行焙烧，时间优选2～4小时，温度优选350～550℃、更优选400～500℃。对HZSM-5沸石或HZSM-11沸石进行水蒸汽处理的温度优选350～550℃、更优选400～500℃，水蒸汽处理可采用纯水蒸汽或含水蒸汽的空气。水蒸汽或含水蒸汽的空气通过沸石床层的体积空速为100～1000小时-1，优选500～800小时-1，处理时间优选2～4小时。
(1)步中，用钠盐的水溶液对HZSM-5沸石或HZSM-11沸石进行钠离子反交换达到的反交换度为30～50质量％、优选35～45质量％。所述的钠盐优选氯化钠。
所述ZSM-5沸石的氧化硅/氧化铝的摩尔比为70～250、优选100～200，所述ZSM-11沸石的氧化硅/氧化铝的摩尔比为2～50、优选5～20，所述丝光沸石的氧化硅/氧化铝摩尔比为8.0～20.0、优选10～16。
本发明方法(2)步为制备复合载体，先将预处理的沸石与丝光沸石混合，再加粘结剂氧化铝成型，成型方法包括滚球、压片、挤条或滴球，优选挤条成型。挤条成型的方法为：将氧化铝与沸石及少量助挤剂充分混合均匀，再加入胶溶剂混捏均匀，挤条成型，干燥、焙烧。所述的助挤剂优选田菁粉，胶溶剂优选稀硝酸或稀盐酸。干燥温度优选60～150℃，焙烧温度优选350～550℃。
本发明方法(3)步为在复合载体中引入Ⅷ族金属，优选采用浸渍的方法引入Ⅷ族金属，若复合载体中的丝光沸石为氢型，则用含Ⅷ族金属化合物的水溶液浸渍复合载体，若复合载体中的丝光沸石为钠型，则先将其进行铵交换使其转换成氢型，再用含Ⅷ族金属化合物的水溶液浸渍复合载体。所述的含Ⅷ族金属化合物优选氯铂酸或氯铂酸铵。浸渍时的液/固比为0.5～1.0克/毫升、优选1.0～2.0克/毫升，浸渍时间优选12～24小时，浸渍温度优选为20～40℃。浸渍后固体的干燥温度优选60～150℃，焙烧温度优选350～550℃。
所述催化剂在使用前需用氢气还原，还原温度为350～550℃，还原时间优选2～10小时。
使用本发明催化剂进行C8芳烃异构化反应条件的温度为340～420℃、优选 360～400℃，压力为0.4～1.5MPa，优选0.6～1.0MPa，氢/烃摩尔比为3.0～8.0、优选4.0～6.0，进料质量空速2.5～5.0小时-1、优选3.5～4.5小时-1。
所述的异构化原料C8芳烃为对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯和乙苯，其中二甲苯含量至少为70质量％。
下面通过实例进一步说明本发明，但本发明并不限于此。
实例1
制备本发明所述的异构化催化剂。
(1)对HZSM-5沸石进行水蒸汽处理
取4克SiO2/Al2O3摩尔比为120的ZSM-5沸石，用4毫升浓度为2质量％的氯化铵水溶液于90℃进行离子交换2小时，所得固体用去离子水洗涤至母液中无氯离子，120℃干燥6小时，550℃焙烧4小时，得到HZSM-5沸石。
将上述HZSM-5沸石于450℃用水蒸汽处理，水蒸汽通过沸石床层的体积空速为500h-1，处理时间为2小时。
(2)制备催化剂
取16克SiO2/Al2O3摩尔比为11.5的丝光沸石粉末，用16毫升浓度2质量％的氯化铵水溶液于90℃进行离子交换2小时，所得固体用去离子水洗涤至母液中无氯离子，120℃干燥6小时，550℃焙烧4小时，得到氢型丝光沸石。
将4克上述经水蒸汽处理的HZSM-5沸石、16克氢型丝光沸石和30克氧化铝混合，再加入1克的田菁粉，充分混合均匀。加入50毫升浓度为3质量％的硝酸水溶液混捏至呈粘稠状，挤条成型。将条形物在120℃干燥6小时，然后切粒，550℃焙烧4小时。再用50毫升含铂0.175克的氯铂酸水溶液于25℃浸渍12小时，120℃干燥6小时，550℃焙烧4小时，再在500℃用氢气还原4 小时，制成含铂0.35质量％的催化剂C-5。
实例2
按实例1的方法制备催化剂，不同的是将用4克SiO2/Al2O3摩尔比为12 的ZSM-11沸石代替ZSM-5沸石，先将其转换成氢型，再进行水蒸汽处理，然后再按(2)步的方法与氢型丝光沸石、氧化铝混合，引铂制备催化剂，经还原后得到的催化剂C-7含铂0.35质量％。
实例3
(1)对HZSM-11沸石进行钠离子反交换处理
取4克SiO2/Al2O3摩尔比为12的ZSM-11沸石用4毫升浓度为2质量％的氯化铵水溶液于90℃进行离子交换2小时，再重复交换1次，将沸石中的钠离子彻底交换掉，所得固体用去离子水洗涤至母液中无氯离子，120℃干燥6小时， 550℃焙烧4小时。再用50毫升含氯化钠2.5克的水溶液进行钠交换，使钠反交换度达到40质量％，120℃干燥6小时。
(2)制备催化剂
取16克SiO2/Al2O3摩尔比为11.5的丝光沸石，用16毫升浓度为1.5质量％的氯化铵水溶液于90℃进行离子交换2小时，洗涤至母液中无氯离子，再用16 毫升浓度为0.5质量％的氯化铵水溶液于70℃进行离子交换2小时，洗涤至母液中无氯离子，120℃干燥6小时，550℃焙烧4小时。
将4克上述经钠交换处理的HZSM-5沸石、16克氢型丝光沸石和30克氧化铝混合，再加入1克的田菁粉，充分混合均匀。加入50毫升浓度为3质量％的硝酸水溶液混捏至呈粘稠状，挤条成型。将条形物在120℃干燥6小时，然后切粒，550℃焙烧4小时。再用50毫升含铂0.175克的氯铂酸水溶液于25℃浸渍12小时，120℃干燥6小时，550℃焙烧4小时，再在500℃用氢气还原4 小时，制成含铂0.35质量％的催化剂C-12。
对比例1
取10克SiO2/Al2O3摩尔比为11.5的丝光沸石粉末，用10毫升浓度为2质量％的氯化铵水溶液于90℃进行离子交换2小时，所得固体用去离子水洗涤至母液中无氯离子，120℃干燥6小时，550℃焙烧4小时，得到氢型丝光沸石。
取10克SiO2/Al2O3摩尔比为12的ZSM-11沸石，按上述方法进行铵交换，干燥、焙烧制得氢型ZSM-11沸石。
将上述氢型丝光沸石、氢型ZSM-11沸石和30克氧化铝混合，再加入1 克的田菁粉，充分混合均匀。加入50毫升浓度为3质量％的硝酸水溶液混捏至呈粘稠状，挤条成型。将条形物在120℃干燥6小时，然后切粒，550℃焙烧4 小时。再用50毫升含铂0.175克的氯铂酸水溶液于25℃进行浸渍，120℃干燥 6小时，550℃焙烧小时，再在500℃用氢气还原4小时，制成含铂0.35质量％的催化剂C-4。
对比例2
取对比例1制备的10克氢型丝光沸石和10克氢型ZSM-11沸石，与30 克氧化铝混合，再加入1克的田菁粉，充分混合均匀。加入50毫升浓度为3 质量％的硝酸水溶液混捏至呈粘稠状，挤条成型。将条形物在120℃干燥6小时，然后切粒，550℃焙烧4小时得复合载体。
取上述复合载体于450℃用水蒸汽处理，水蒸汽通过沸石床层的体积空速为500h-1，处理时间为2小时。再用50毫升含铂0.175克的氯铂酸水溶液于25℃进行浸渍，120℃干燥6小时，550℃焙烧4小时，再在500℃用氢气还原4小时，制成含铂0.35质量％的催化剂C-6。
对比例3
取实例3(1)步制得的钠离子反交换的ZSM-11沸石20克，与30克氧化铝混合，再加入1克的田菁粉，充分混合均匀。加入50毫升浓度为3质量％的硝酸水溶液混捏至呈粘稠状，挤条成型。将条形物在120℃干燥6小时，然后切粒，550℃焙烧4小时。再用50毫升含铂0.175克的氯铂酸水溶液于25℃浸渍12小时，120℃干燥6小时，550℃焙烧4小时，再在500℃用氢气还原4小时，制成含铂0.35质量％的催化剂C-9。
对比例4
取实例1(1)步制得的经水蒸汽处理的ZSM-5沸石20克，与30克氧化铝混合，再加入1克的田菁粉，充分混合均匀。加入50毫升浓度为3质量％的硝酸水溶液混捏至呈粘稠状，挤条成型。将条形物在120℃干燥6小时，然后切粒，550℃焙烧4小时。再用50毫升含铂0.175克的氯铂酸水溶液于25℃浸渍12小时，120℃干燥6小时，500℃焙烧4小时，再在500℃用氢气还原4小时，制成含铂0.35质量％的催化剂C-10。
实例4～10
以下实例评价催化剂的二甲苯异构化反应性能。
在连续流动固定床小型临氢装置上，装填10克催化剂，用实际工业二甲苯异构化原料对催化剂进行评价，原料组成见表1。评价反应条件为：温度 370℃，压力0.6MPa，空速3.5h-1，氢/烃摩尔比4.5。
考察催化剂性能的主要指标以反应产物分析数据计算，以产物中对二甲苯占二甲苯的比例(PX/X)和乙苯转化率(EBc)为活性指标，以C8烃收率(C8Y) 为选择性指标。各实例所用催化剂及反应结果见表2。
表1
PX—对二甲苯，MX—间二甲苯，OX—邻二甲苯。
表2
由表2结果可知，本发明较两种沸石简单混合的对比催化剂C-4和复合载体经水蒸汽处理的对比催化剂C-6相比，本发明催化剂活性和选择性提高。与单独的经处理的ZSM-5和ZSM-11沸石制备的对比催化剂C-9、C-10相比，选择性有所提高。

Claims (8)

1.一种C8芳烃异构化催化剂，包括复合载体和负载于复合载体上的以干基载体为基准计算的含量为0.01～1.0质量％的Ⅷ族金属，所述的复合载体包括4～10质量％的经预处理的ZSM-11沸石、10～38质量％的丝光沸石和52～86质量％的氧化铝，所述的预处理方法为用水蒸汽处理HZSM-11沸石或对HZSM-11沸石进行钠离子反交换，对HZSM-11沸石进行钠离子反交换达到的反交换度为30～50质量％，所述用水蒸汽处理的HZSM-11沸石的氧化硅/氧化铝的摩尔比为5～20。
2.按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于所述的用水蒸汽处理HZSM-11沸石的处理温度为350～500℃，水蒸汽或含水蒸汽的空气通过沸石床层的体积空速为100～1000小时-1、时间为2～4小时。
3.按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于所述丝光沸石的氧化硅/氧化铝摩尔比为8.0～20.0。
4.按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于所述的Ⅷ族金属为铂。
5.一种权利要求1所述催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将ZSM-11沸石转换成氢型，再对HZSM-11沸石进行水蒸汽处理，或用钠盐的水溶液进行钠离子反交换，用钠盐的水溶液对HZSM-11沸石进行钠离子反交换达到的反交换度为30～50质量％，所述用水蒸汽处理的ZSM-11沸石的氧化硅/氧化铝的摩尔比为5～20，
(2)将进行水蒸汽处理或经钠离子反交换的HZSM-11沸石与丝光沸石和氧化铝混合、成型，干燥、焙烧得到复合载体，
(3)将复合载体用含Ⅷ族金属的化合物浸渍，浸渍后固体干燥、焙烧。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于(1)步中对HZSM-11沸石进行水蒸汽处理的温度为350～500℃、水蒸汽通过沸石床层的体积空速为100～1000小时-1、时间为2～4小时。
7.按照权利要求5所述的方法，其特征在于所述丝光沸石的氧化硅/氧化铝摩尔比为8.0～20.0。
8.按照权利要求5所述的方法，其特征在于(3)步含Ⅷ族金属的化合物为氯铂酸或氯铂酸铵。
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