Патент на изобретение №2331476

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

(57) Реферат:

Изобретение может использоваться в нефтеперерабатывающей и химической промышленности для повышения эффективности процессов неокислительной конверсии метана за счет увеличения активности W-содержащих цеолитных катализаторов. Описан цеолитный катализатор ZSM-5 для процесса неокислительной конверсии метана, который включает в свой состав вольфрам в виде наноразмерного порошка, при этом содержание вольфрама в катализаторе составляет от 4,0 до 10,0 мас.%. Описан также способ приготовления цеолитного катализатора для процесса неокислительной конверсии метана, включающий модификацию цеолита вольфрамом в твердой фазе, при этом вольфрам вводят в цеолит в виде наноразмерного порошка металла, полученного методом электрического взрыва проводника в среде аргона, при этом содержание вольфрама в полученном катализаторе составляет от 4,0 до 10,0 мас.%. Описан способ неокислительной конверсии метана в присутствии описанного выше цеолитного катализатора. Технический эффект – получение катализатора с более высокой активностью в процессе конверсии метана в ароматические углеводороды. 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.

Известен катализатор и способ получения для конверсии метана путем модификации высококремнеземного цеолита типа ZSM-5 ионами переходных металлов. Вольфрамсодержащие цеолитные катализаторы (W/ZSM-5) получают пропиткой водородной формы цеолита (H-ZSM-5) водными растворами вольфрамата аммония (NH₄)₂WO₄ с добавлением H₂SO₄ для регулирования рН раствора до 2-3 с последующим высушиванием при температуре 110°С в течение 2 ч и прокаливании на воздухе при 500°С в течение 4 ч либо пропиткой цеолита HZSM-5 водным раствором аммония вольфрамовокислого метана (NH₄)W₁₂O₄₀H₂

Известен способ получения W/ZSM-5 катализаторов путем сублимации безводных кристаллов WCl₆ при температуре 400°С, при этом мономеры WCl₆

Другим способом получения W/ZSM-5 катализаторов является механическое смешение цеолита с солью вольфрама (WCl₃) или с оксидом вольфрама (WO₃

Недостатком этого катализатора и способа является низкая конверсия метана (0,3-2,3%) при температуре 700-750°С и объемной скорости подачи метана 800 ч^-1.

Задачей предлагаемого изобретения является получение катализатора, обеспечивающего повышение степени превращения метана и увеличение срока стабильного действия W/ZSM-5 в процессе конверсии метана в ароматические углеводороды.

Технический результат достигается тем, что W/ZSM-5 катализатор получают путем механического смешения цеолита H-ZSM-5 с мольным отношением SiO₂/Al₂O₃=40 (М=40) и наноразмерного порошка (НРП) W, полученного методом электрического взрыва проволоки металла в среде аргона, с последующим прокаливанием при Т=500°С в течение 4 ч. В результате получают W/ZSM-5 катализаторы с содержанием от 4,0 до 10,0 мас.% нанопорошка W. Каталитическая активность и стабильность полученных катализаторов выше, чем катализаторов, полученных методом пропитки и механическим смешением с WO₃, при одинаковых условиях проведения процесса.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. К 2,0 г декатионированного цеолита ZSM-5 (М=40) добавляют 0,06 г НРП W (3,0 мас.%), полученного методом электрического взрыва проволоки металла в среде аргона. Полученную смесь перемешивают в вибромельнице в течение 0,5 ч и прокаливают при 500°С в течение 4 ч. Затем катализатор прессуют в таблетки, крошат и отбирают фракцию 0,5-1,0 мм.

Каталитические испытания образцов проводят в проточной установке при температуре реакции 750°С, объемных скоростях подачи метана 500-1500 ч^-1 и небольшом избыточном давлении. Катализатор объемом 1 мл помещают на кварцевую решетку в кварцевом реакторе диаметром 12 мм. Перед началом реакции превращения метана катализатор нагревают в токе гелия до 750°С и выдерживают при этой температуре в течение 20 мин, затем в реактор подают метан, степень чистоты которого составляет 99,99%. Пройдя слой катализатора, продукты реакции и непревращенный метан поступают в 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 методом газовой хроматографии. Степень превращения метана при объемной скорости подачи сырья 500 ч^-1 составляет 8,4%. Исследования времени стабильной работы катализатора показывают, что его активность сохраняется на уровне 7-8% в течение первых трех часов работы, после чего она начинает постепенно снижаться, и за время работы катализатора 6 ч уменьшается до 5%.

Пример 2. Так же как в примере 1, но содержание НРП W составляет 4,0% от веса цеолита. Конверсия метана при 500 ч^-1 составляет 13,7%.

Пример 3. Так же как в примере 1, но содержание НРП W составляет 6,0% от веса цеолита. Конверсия метана при 500 ч^-1 составляет 15,0%.

Пример 4. Так же как в примере 1, но содержание НРП W составляет 8,0% от веса цеолита. Конверсия метана при 500 ч^-1 составляет 15,6%.

Пример 5. Так же как в примере 1, но содержание НРП W составляет 10,0% от веса цеолита. Конверсия метана при 500 ч^-1 составляет 15,3%.

Пример 6. Так же как в примере 4, но объемная скорость подачи метана равна 1000 ч^-1. Конверсия метана при 1000 ч^-1 составляет 11,3%.

Пример 7. Так же как в примере 4, но объемная скорость подачи метана равна 1500 ч^-1. Конверсия метана при 1500 ч^-1 составляет 5,6%.

В таблице представлены сравнительные характеристики каталитической активности образцов W/ZSM-5, полученных путем модифицирования цеолита нанопорошком W, и W/ZSM-5 катализатора, полученного путем модифицирования цеолита механическим смешением с солью вольфрама (по прототипу).

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

Формула изобретения

1. Цеолитный катализатор ZSM-5 для процесса неокислительной конверсии метана, включающий в свой состав вольфрам, отличающийся тем, что содержание вольфрама в катализаторе в виде наноразмерного порошка составляет от 4,0 до 10,0 мас.%.

2. Способ приготовления цеолитного катализатора для процесса неокислительной конверсии метана, включающий модификацию цеолита вольфрамом в твердой фазе, отличающийся тем, что вольфрам вводят в цеолит в виде наноразмерного порошка металла, полученного методом электрического взрыва проводника в среде аргона, путем механического смешения с последующим прокаливанием, при этом содержание вольфрама в полученном катализаторе составляет от 4,0 до 10,0 мас.%.

3. Способ неокислительной конверсии метана в присутствии цеолитного катализатора по п.1 или катализатора, полученного способом по п.2.