цеолитный катализатор, способ его приготовления и способ неокислительной конверсии метана

Классы МПК:B01J29/48 содержащие мышьяк, сурьму, висмут, ванадий, ниобий, тантал, полоний, хром, молибден, вольфрам, марганец, технеций или рений
B01J23/30 вольфрам
B01J37/04 смешивание
C07C2/76 конденсацией углеводородов с частичным отщеплением водорода
C07C15/04 бензол 
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Институт химии нефти Сибирского отделения Российской Академии наук (RU),
Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2006-04-06
публикация патента:

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.

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.

Описание изобретения к патенту

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)W 12O40H2O с последующим высушиванием и прокаливанием при 550°С в течение 4 ч [Jin-Long Zeng, Zhi-Tao Xiong, Hong-Bin Zhang, Guo-Dong Lin and K.R.Tsai Nonoxidative dehydrogenation and aromatization of methane over W/HZSM-5-based catalysts // Catalysis Letters 53 (1998) 119-124. Nor Aishah Saidina Amin, Kusmiyati Improved Performance of W/HZSM-5 Catalysts for Dehydroaromatization of Methane// J. of Natural Gas Chemistry 13 (2004) 148-159].

Известен способ получения W/ZSM-5 катализаторов путем сублимации безводных кристаллов WCl6 при температуре 400°С, при этом мономеры WCl6 мигрируют в каналы HZSM-5 и взаимодействуют с ОН-группами с образованием HCl и W(VI) форм [W.Ding, G.D.Meitzner, David O.Marler, E.Iglesia Synthesis, Structural Characterization and Catalytic Properties of Tungsten - Exchanged H-ZSM-5 // J. Phys. Chem. В 2001, 105, 3928-3936].

Другим способом получения W/ZSM-5 катализаторов является механическое смешение цеолита с солью вольфрама (WCl3 ) или с оксидом вольфрама (WO3) с последующим прокаливанием при 500°С в течение 4-5 ч на воздухе [В.М.Weckhuysen, D.Wang, M.P.Rosynek and J.H.Lunsford Conversion of Methane to Benzene over Transition Metal Ion ZSM-5 Zeolies // J. of Catalysis 1988, 175, 338-346].

Наиболее близким к предлагаемому катализатору и способу его получения является W/ZSM-5 катализатор и способ его получения путем механического смешения цеолита с солью W [В.М.Weckhuysen, D.Wang, M.P.Rosynek and J.H.Lunsford Conversion of Methane to Benzene over Transition Metal Ion ZSM-5 Zeolies // J. of Catalysis 1988, 175, 338-346].

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/Al2 O3=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 WO 3, 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.

Таблица
Сравнительная характеристика активности модифицированных цеолитных катализаторов
Показатели По предлагаемому способуПо прототипу
 1 234 567  
Температура,°С 750750 750750750 750750750
Объемная скорость, ч-1 500500 500500500 10001500800
Конверсия метана, % 8,413,715,0 15,615,311,3 5,62,3
Селективность по аренам, %75,0 78,179,379,5 79,177,0 66,140,6
Выход аренов, %6,3 10,711,912,4 12,18,7 3,70,93

Класс B01J29/48 содержащие мышьяк, сурьму, висмут, ванадий, ниобий, тантал, полоний, хром, молибден, вольфрам, марганец, технеций или рений

способ активации молибден-цеолитного катализатора ароматизации метана -  патент 2525117 (10.08.2014)
цеолитсодержащий катализатор депарафинизации масляных фракций -  патент 2518468 (10.06.2014)
способ приготовления катализатора для получения ароматических углеводородов, катализатор, приготовленный по этому способу, и способ получения ароматических углеводородов с использованием полученного катализатора -  патент 2515511 (10.05.2014)
способ приготовления катализатора для получения бензола из метана, катализатор, приготовленный по этому способу, и способ получения бензола из метана с использованием полученного катализатора -  патент 2508164 (27.02.2014)
получение ароматических соединений из метана -  патент 2491120 (27.08.2013)
цеолитсодержащий катализатор, способ его получения и способ превращения низкооктановых бензиновых фракций в высокооктановый бензин без и в присутствии водорода -  патент 2480282 (27.04.2013)
цеолитсодержащий катализатор, способ его получения и способ превращения алифатических углеводородов c2-c12 и метанола в высокооктановый бензин и ароматические углеводороды -  патент 2478007 (27.03.2013)
непрерывный способ бескислородной конверсии метана -  патент 2467993 (27.11.2012)
катализатор дегидрирования, способ его получения и способ получения олефиновых углеводородов c2-c5 с использованием этого катализатора -  патент 2463109 (10.10.2012)
способ превращения этилбензола и способ получения пара-ксилола -  патент 2448937 (27.04.2012)

Класс B01J23/30 вольфрам

катализатор для переработки тяжелого нефтяного сырья и способ его приготовления -  патент 2527573 (10.09.2014)
способ получения нановискерных структур оксидных вольфрамовых бронз на угольном материале -  патент 2525543 (20.08.2014)
каталитическая система и способ гидропереработки тяжелых масел -  патент 2525470 (20.08.2014)
способ получения высокооктанового автомобильного бензина -  патент 2524213 (27.07.2014)
катализатор для получения синтетических базовых масел в процессе соолигомеризации этилена с альфа-олефинами с6-с10 и способ его приготовления -  патент 2523015 (20.07.2014)
способы гидрокрекинга с получением гидроизомеризованного продукта для базовых смазочных масел -  патент 2519547 (10.06.2014)
способ получения этиленгликоля из полиоксисоединений -  патент 2518371 (10.06.2014)
способ приготовления катализатора для окислительной конденсации метана, катализатор, приготовленный по этому способу, и способ окислительной конденсации метана с использованием полученного катализатора -  патент 2515497 (10.05.2014)
способ синтеза биоресурсных сложных эфиров акриловой кислоты -  патент 2514422 (27.04.2014)
система снижения токсичности отработавших газов двигателя с использованием катализатора селективного каталитического восстановления -  патент 2497577 (10.11.2013)

Класс B01J37/04 смешивание

способ получения сольвата хлорида неодима с изопропиловым спиртом для неодимового катализатора полимеризации изопрена -  патент 2526981 (27.08.2014)
способ карбонилирования с использованием связанных содержащих серебро и/или медь морденитных катализаторов -  патент 2525916 (20.08.2014)
микросферический катализатор крекинга "октифайн" и способ его приготовления -  патент 2522438 (10.07.2014)
способ получения наноструктурного фталоцианинового катализатора демеркаптанизации нефти и газоконденсата -  патент 2517188 (27.05.2014)
катализатор на основе меди, нанесенный на мезопористый уголь, способ его получения и применения -  патент 2517108 (27.05.2014)
каталитическая добавка для повышения октанового числа бензина каталитического крекинга и способ ее приготовления -  патент 2516847 (20.05.2014)
способ приготовления катализатора для получения ароматических углеводородов, катализатор, приготовленный по этому способу, и способ получения ароматических углеводородов с использованием полученного катализатора -  патент 2515511 (10.05.2014)
способ приготовления катализатора для окислительной конденсации метана, катализатор, приготовленный по этому способу, и способ окислительной конденсации метана с использованием полученного катализатора -  патент 2515497 (10.05.2014)
способ переработки биомассы в целлюлозу и раствор низкомолекулярных продуктов окисления (варианты) -  патент 2515319 (10.05.2014)
каталитическая добавка для окисления оксида углерода в процессе регенерации катализаторов крекинга и способ ее приготовления -  патент 2513106 (20.04.2014)

Класс C07C2/76 конденсацией углеводородов с частичным отщеплением водорода

Класс C07C15/04 бензол 

способ получения ароматических углеводородов -  патент 2523801 (27.07.2014)
способ приготовления катализатора для получения бензола из метана, катализатор, приготовленный по этому способу, и способ получения бензола из метана с использованием полученного катализатора -  патент 2508164 (27.02.2014)
способ улучшения катализатора ароматизации -  патент 2476412 (27.02.2013)
непрерывный способ бескислородной конверсии метана -  патент 2467993 (27.11.2012)
способ получения катализатора гидродехлорирования -  патент 2462311 (27.09.2012)
получение ароматических соединений из алифатических -  патент 2461537 (20.09.2012)
получение ароматических соединений из метана -  патент 2459789 (27.08.2012)
получение ароматических углеводородов и синтез-газа из метана -  патент 2458899 (20.08.2012)
получение ароматических соединений из метана -  патент 2454390 (27.06.2012)
способ превращения метана -  патент 2454389 (27.06.2012)
Наверх