Патент на изобретение №2296009

(54) ЦЕОЛИТНЫЙ КАТАЛИЗАТОР, СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ И СПОСОБ НЕОКИСЛИТЕЛЬНОЙ КОНВЕРСИИ МЕТАНА

(57) Реферат:

Изобретение относится к нефтехимической и химической промышленности, в частности к способу получения катализаторов конверсии метана в ароматические углеводороды в неокислительных условиях. Описан высококремнеземный цеолитный катализатор для процесса неокислительной конверсии метана, включающий в свой состав молибден и второй модифицирующий элемент – никель, при этом содержание молибдена в катализаторе составляет не более 4,0 мас.%, и никеля от 0,1 до 0,5 мас.%. Описан способ приготовления цеолитного катализатора для процесса неокислительной конверсии метана, включающий модификацию цеолита молибденом и вторым промотирующим элементом, при этом молибден и второй промотирующий элемент – никель вводят в цеолит в виде наноразмерных порошков металлов, при этом содержание молибдена в полученном катализаторе составляет не более 4,0 мас.%, а никеля от 0,1 до 0,5 мас.%. Описан также способ неокислительной конверсии метана в присутствии описанного выше катализатора. Технический эффект – повышение эффективности процессов неокислительной конверсии метана за счет увеличения активности и стабильности катализатора. 3 н.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к нефтехимической и химической промышленности, в частности к способу получения катализаторов конверсии метана в ароматические углеводороды в неокислительных условиях.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения Мо-Cu/HZSM-5 катализатора путем введения Cu в цеолит H-ZSM-5 методом ионного обмена из водного раствора ацетата меди, высушивания, прокаливания и последующего добавления механическим смешением необходимого количества МоО₃

Недостатком этого способа является высокая продолжительность срока приготовления катализатора, обусловленная многостадийностью процесса, а также сравнительно низкая каталитическая активность в процессе неокислительной конверсии метана при температуре 750°С и объемной скорости подачи 800 ч^-1.

Задачей предлагаемого изобретения является получение катализатора, обеспечивающего повышение степени превращения метана и выхода ароматических углеводородов, и увеличение срока стабильного действия Mo/ZSM-5 катализатора путем добавления Ni в качестве второго промотирующего элемента.

Технический результат достигается тем, что Ni-Mo/HZSM-5 катализаторы получают путем сухого механического смешения цеолита HZSM-5 с мольным отношением SiO₂/Al₂O₃=40 (М=40) и наноразмерных порошков (НРП) Мо и Ni, полученных методом электрического взрыва проволоки металлов в среде аргона, с последующим прокаливанием приготовленных смесей при температуре Т=500°С в течение 4 часов. В результате получают Ni-Mo/HZSM-5 катализаторы, содержащие не более 4,0 мас.% НРП Мо и не менее 0,1 мас.% НРП Ni. Каталитическая активность и стабильность приготовленных контактов выше, чем катализаторов, полученных модифицированием цеолита HZSM-5 медью методом ионного обмена из водного раствора ее соли с последующим смешением с МоО₃, а также катализатора, полученного механическим смешением цеолита HZSM-5 с нанопорошком Мо без добавления НРП Ni, при одинаковых условиях проведения процесса.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. К 4,0 г декатионированного цеолита H-ZSM-5 (М=40) добавляют 0,16 г НРП Мо (4,0 мас.%) и 0,004 г НРП Ni (0,1 мас.%), полученных методом электрического взрыва проволок металла в среде аргона. Полученную смесь перемешивают в вибрационной мельнице в течение 0,5 ч и прокаливают при 500°С в течение 4 ч. Затем катализатор прессуют в таблетки, крошат и отбирают для исследований фракцию 0,5-1,0 мм.

Каталитические испытания образцов проводят в проточной установке при температуре реакции 750°С, объемных скоростях подачи метана 800-1000 ч^-1 и атмосферном давлении. Катализатор в количестве 1 мл помещают в кварцевый трубчатый реактор диаметром 12 мм. Перед началом реакции катализатор нагревают в токе Не до 750°С и выдерживают при этой температуре в течение 20 мин, затем в реактор подают метан, степень чистоты которого составляет 99,9%. Продукты реакции и не превращенный метан поступают в шестиходовой кран для отбора проб на анализ.

Для предотвращения конденсации или прочной адсорбции образующихся высших углеводородов трубка на выходе из реактора и шестиходовой кран находятся при температуре выше 200°С. Анализ продуктов конверсии метана проводится через 60 мин работы катализатора методом газовой хроматографии. Конверсия метана при объемной скорости 800 ч^-1 после 60 мин работы катализатора составляет 14,2%. Исследования влияния времени реакции на активность катализатора показывают, что конверсия сохраняется практически постоянной (13-14%) в течение 300 мин работы катализатора, затем наблюдается постепенное ее снижение, и за время реакции 480 мин она уменьшается до 10,9%.

Пример 2. Так же как в примере 1, но содержание НРП Ni составляет 0,25% от веса цеолита. Конверсия метана при 800 ч^-1 составляет 13,8% после 60 мин работы катализатора и снижается до 10,0% за время реакции 480 мин.

Пример 3. Так же как в примере 1, но содержание НРП Ni составляет 0,5% от веса цеолита. Конверсия метана при 800 ч^-1 составляет 12,5% после 60 мин работы катализатора и снижается до 7,8% за время реакции 480 мин.

Пример 4. Так же как в примере 1, но содержание НРП Ni составляет 1,0% от веса цеолита. Конверсия метана при 800 ч^-1 составляет 11,1% после 60 мин работы катализатора и снижается до 3,5% за время реакции 480 мин.

Пример 5. Так же как в примере 1, но Mo/HZSM-5 катализатор не содержит Ni. Конверсия метана составляет 13,8% после 60 мин работы катализатора и снижается до 8,4% за время реакции 480 мин.

Пример 6. Так же как в примере 1, но объемная скорость подачи метана равна 1000 ч^-1, при этом конверсия метана через 60 мин работы катализатора составляет 13,6% и снижается до 8,4% за время реакции 480 мин.

Пример 7. Так же как в примере 6, но Mo/HZSM-5 катализатор не содержит Ni. Конверсия метана составляет 12,1% после 60 мин работы катализатора и снижается до 5,4% за время реакции 480 мин.

В таблице представлены сравнительные характеристики каталитической активности и стабильности образцов Ni-Mo/HZSM-5 и Mo/ZSM-5, полученных путем модифицирования цеолита НРП Мо и Ni, и Mo-Cu/ZSM-5 катализатора, полученного путем модифицирования цеолита медью методом ионного обмена из водного раствора ацетата меди и последующего механического смешения образца Cu/ZSM-5 с оксидом молибдена (по прототипу).

Как видно из данных таблицы, предлагаемый способ позволяет получить катализатор, отличающийся от прототипа более высокой активностью и стабильностью в процессе конверсии метана в ароматические углеводороды.

Формула изобретения

1. Высококремнеземный цеолитный катализатор для процесса неокислительной конверсии метана, включающий в свой состав молибден и второй модифицирующий элемент, отличающийся тем, что содержание молибдена в катализаторе составляет не более 4,0 мас.%, второго модифицирующего элемента – никеля от 0,1 до 0,5 мас.%.

2. Способ приготовления цеолитного катализатора для процесса неокислительной конверсии метана, включающий модификацию цеолита молибденом и вторым модифицирующим элементом с последующим прокаливанием, отличающийся тем, что молибден и второй промотирующий элемент – никель вводят в цеолит в виде наноразмерных порошков металлов, при этом содержание молибдена в полученном катализаторе составляет не более 4,0 мас.%, а никеля – от 0,1 до 0,5 мас.%.

3. Способ неокислительной конверсии метана в присутствии высококремнеземного цеолитного катализатора, отличающийся тем, что используют катализатор по п.1.

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 12.08.2008

Извещение опубликовано: 10.07.2010 БИ: 19/2010