本发明专利技术公开一种稀土元素改性的卤代甲烷制异丁烯催化剂及其制备方法。所述催化剂中氧化锌重量含量为0.5%-20%，卤化锌重量含量为10%-50%，氧化钐重量含量为0.1%-20%，余量为载体氧化铝。催化剂制备过程包括如下步骤：（1）采用共沉淀法制备催化剂前体；（2）对步骤（1）所得催化剂前体进行卤化处理，得到卤代甲烷制异丁烯催化剂。采用该催化剂能够提高卤代甲烷制异丁烯的选择性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种催化剂及其制备方法，具体地说涉及一种卤代甲烷高选择性制异丁烯的催化剂及其制备方法，更具体说涉及一种稀土元素改性的卤代甲烷制异丁烯催化剂及其制备方法。
技术介绍
异丁烯是一种重要的基本有机化工原料，其衍生产品众多，上下游产业链复杂，消费结构呈多元化趋势。以异丁烯为原料可以制备多种高附加值的产品，如：丁基橡胶、聚异丁烯、甲基叔丁基醚、异戊二烯和有机玻璃等多种有机化工原料和精细化学产品。由于异丁烯下游产品的市场规模不断扩大，其供需矛盾将逐渐突出，特别是在石油资源日益枯竭的背景下，异丁烯的产量已成为制约下游产业发展的关键瓶颈。因此，开发非石油路线的异丁烯制备路线，已经迫在眉睫。甲烷是天然气的主要成分，因此甲烷转化利用就成为天然气化工技术中的重要研究内容。特别是近年来，在页岩气开发利用迅猛发展，如果能够从甲烷出发制取异丁烯，就会为获取异丁烯提供一条重要的途径。但是甲烷性质稳定，不易活化，成为甲烷化工利用的瓶颈。国内外许多研究者纷纷开展甲烷活化、转化研究，这其中，甲烷经卤素官能团化后再转化技术，有望成为解决甲烷转化技术难题的一个重要突破口。溴甲烷是重要的甲烷卤代物，从溴甲烷出发可一制备许多化工产品。中国专利CN 101041609A、CN 101284232A公开了一种将甲烷在氧气和HBr/H2O的作用下转化为溴代甲烷，然后溴代甲烷进一步反应生成C3~C13混合高碳烃的方法，C5以上的烃类选择性为70%。其中，HBr在第一个反应器内用于甲烷溴化，然后在第二个反应器内释放，经回收后再用于前一步反应中，实现HBr的循环使用。王野等（CN 102527427A，Jieli He, Ting Xu, Zhihui Wang, et.al. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2438-2442）公开了一种卤代甲烷制丙烯的改性分子筛催化剂及其制备方法。通过使用含氟化合物修饰处理分子筛，得到一种含有合适微孔结构及酸性的催化剂，该催化剂可以有效催化卤代甲烷转化生成丙烯的反应。所制备的催化剂在溴甲烷转化制丙烯的反应中单程溴甲烷转化率为35~99%，丙烯的选择性为27~70%；在氯甲烷转化制丙烯的反应中单程氯甲烷转化率为30~99%，丙烯的选择性为15~70%。Ivan M. Lorkovic等人（Ivan M. Lorkovic, Aysen Yilmaz, Gurkan A. Yilmaz, et al. Catalysis Today, 2004, 98, 317-322）也提出用溴与天然气中的烷烃反应生成溴代烃，然后在金属氧化物催化剂上将溴代烃转化为二甲醚、甲醇和金属溴化物，金属溴化物用氧气再生后得到金属氧化物并释放出单质溴，完成了溴的循环。目前，关于卤代甲烷转化的现有文献中目的产物主要为甲醇和二甲醚，另外还有醋酸、高碳烃类、乙烯与丙烯，并且以烯烃为目标产物的技术中，产物多为乙烯、丙烯，且单一产物选择性不高，而尚未发现溴甲烷高选择性合成异丁烯的相关报道。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种稀土元素改性的卤代甲烷制异丁烯催化剂及其制备方法和应用。一种稀土元素改性的卤代甲烷制异丁烯催化剂，所述催化剂中氧化锌重量含量为0.5%-20%，优选1%-15%，进一步优选1%-9%；卤化锌重量含量为10%-50%，优选15%-45%，进一步优选18%-39%；氧化钐重量含量为0.1%-20%，优选为0.1%-15%，进一步优选为0.5%-10%；余量为载体氧化铝。上述卤代甲烷制异丁烯催化剂中，450℃以下总酸量（NH3-TPD）为0.5mmol/g-1.3mmol/g，优选0.6mmol/g-1.2mmol/g，更优选0.7mmol-1.1mmol/g；250℃-350℃的酸含量占450℃以下总酸量的20%-90%，优选30%-80%，更优选40%-80%。本专利技术提供上述催化剂的制备方法，包括如下步骤：（1）将锌前驱体、钐前驱体和载体前驱体溶解于水中配置成pH值为1~3的溶液；在40~80℃下，缓慢滴加碱性溶液进行共沉淀，沉淀过程中控制母液的pH值为8~11；沉淀结束后，静置老化，然后过滤、洗涤，经过干燥、焙烧后可制得催化剂前体；（2）对步骤（1）所得的催化剂前体进行卤化处理，制得卤代甲烷制异丁烯催化剂。本专利技术方法步骤（1）中，所述的锌前驱体、钐前驱体、载体前驱体为硝酸盐、硫酸盐、卤化物等，优选为硝酸盐；所述的碱性溶液为碳酸钠、碳酸氢钠、氨水等，优选为氨水。本专利技术方法步骤（1）中所述的老化过程可以为室温老化，也可以为在一定恒温条件下老化，老化温度为10℃-90℃，优选为70℃-90℃，老化时间为1h-24h，优选为6h-10h。本专利技术方法，步骤（1）中还包括干燥及焙烧过程。干燥温度为50℃-200℃，优选为60℃-150℃，更优选为80℃-120℃；干燥时间为1h-48h，优选为2h-36h，更优选为2h-24h；干燥时可以为真空干燥，也可以为惰性气体保护条件下干燥，还可以在空气气氛下干燥；焙烧温度为200℃-800℃，优选为300℃-600℃，更优选为350℃-500℃；焙烧时间为1h-24h，优选为2h-16h，更优选为4h-8h；焙烧时可以为惰性气体保护条件下干燥，也可以在空气气氛下干燥。本专利技术方法，步骤（2）中卤化处理过程如下：将步骤（1）所得物料置于连续流动固定床反应器中，惰性气氛下升温至150℃-400℃，优选为180℃-350℃，更优选为200℃-300℃；然后通入卤代甲烷与惰性气体混合气，混合气中卤代甲烷体积百分含量为1%-95%，优选为10%-90%，余量为惰性气体；处理时间为0.5h-16h，优选为1h-8h，更优选为1h-4h；处理压力为0.1MPa-0.5MPa，优选为0.1MPa-0.3MPa；体积空速为50h-1-1000 h-1，优选为100 h-1-500 h-1。上述卤代甲烷制异丁烯催化剂的应用，以卤代甲烷为原料，反应温度为150℃-350℃，优选为180℃-300℃，更优选为200℃-270℃；反应压力为0.1MPa-5MPa，优选为0.1MPa-3MPa；空速为50h-1-1000h-1，优选为200h-1-500h-1，进料前需要对催化剂进行还原处理，还原至催化剂中的卤素含量为还原前催化剂中卤素总含量的20%-90%，优选30%-80%，进一步优选40%-80%。上述应用中，一种具体的还原处理过程如下：惰性气氛下将催化剂升温至300℃-600℃，优选为350℃-550℃；然后通入空速为200h-1-2000h-1，优选为500h-1-1000h-1的氢气或氢气与惰性气体的混合气体，在0.1MPa-0.5MPa，优选为0.1MPa-0.3MPa处理2h-16h，优选为4h-8h后，降至反应温度通入卤代甲烷进行反应。所述混合气中氢气体积百分含量为10%-95%，优选为30%-90%，更优选为50%-90%。上述应用中，原料也可以为卤代甲烷与惰性气体的混合气体，混合气体中卤代甲烷的体积浓度为10%-90%，优选为30%-80%。上述应用中所涉及的惰性气体为氮气、氩气、氦气等在本专利技术所涉及条件下不发生化学反应的气体，优选为氮气本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种稀土元素改性卤代甲烷制异丁烯催化剂，其特征在于：所述催化剂中氧化锌重量含量为0.5%‑20%，卤化锌重量含量为10%‑50%，氧化钐重量含量为0.1%‑20%，余量为载体氧化铝。
【技术特征摘要】
1.一种稀土元素改性卤代甲烷制异丁烯催化剂，其特征在于：所述催化剂中氧化锌重量含量为0.5%-20%，卤化锌重量含量为10%-50%，氧化钐重量含量为0.1%-20%，余量为载体氧化铝。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述催化剂中氧化锌重量含量为1%-15%；卤化锌重量含量为15%-45%；氧化钐重量含量为0.1%-15%。3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述催化剂中氧化锌重量含量为1%-9%；卤化锌重量含量为18%-39%；氧化钐重量含量为0.5%-10%。4.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：催化剂中450℃以下总酸量为0.5mmol/g-1.3mmol/g，250℃-350℃的酸含量占450℃以下总酸量的20%-90%。5.根据权利要求4所述的催化剂，其特征在于：催化剂中450℃以下总酸量为0.6mmol/g-1.2mmol/g，250℃-350℃的酸含量占450℃以下总酸量的30%-80%。6.根据权利要求5所述的催化剂，其特征在于：催化剂中450℃以下总酸量为0.7mmol-1.1mmol/g，250℃-350℃的酸含量占450℃以下总酸量的40%-80%。7.权利要求1所述催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下制备过程：（1）将锌前驱体、钐前驱体和载体前驱体溶解于水中配置成pH值为1~3的溶液；在40~80℃下，缓慢滴加碱性溶液进行共沉淀，沉淀过程中控制母液的pH值为8~11；沉淀结束后，静置老化，然后过滤、洗涤，经过干燥、焙烧后可制得催化剂前体；（2）对步骤（1）所得物料进行卤化处理，制得卤代甲烷制异丁烯催化剂。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤（1）中锌、钐、载体前驱体为硝酸盐、硫酸盐或卤化物，优选为硝酸盐；所述的碱性溶液为碳酸钠、碳酸氢钠或氨水，优选为氨水。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤（1）中老化温度为10℃-90℃，优选为70℃-90℃，老化时间为1h-24h，优选为6h-10h。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤（1）中包括干燥及焙烧过程，干燥温度为50℃-200℃，优选为60℃-150℃，更优选为80℃-120℃；干燥时间为1h-48h，优选为2h-36h，更优选为2h-24h；焙烧温度为200℃-800℃，优选为300℃-600℃，更优选为350℃-500℃；焙烧时间为1h-24h，优选为2h-...
【专利技术属性】
技术研发人员：张信伟，张舒冬，李杰，孙晓丹，倪向前，尹泽群，刘全杰，张喜文，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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