一种金属单原子分散的烷烃异构化催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金属单原子分散的烷烃异构化催化剂及其制备方法。所述催化剂包括金属活性位点组分与酸性位点组分，其中，所述金属位点组分为单原子分散在氧化物载体表面的活性金属，所述酸性位点组分为H型酸性沸石，所述活性金属在催化剂中的含量为0.001～0.015wt％。所述活性金属为Pt、Pd、Mo、Ce、Ni、Cu中的一种或多种。本发明专利技术的催化剂，采用具有丰富比表面积的氧化物载体分散活性金属，并能使贵金属达到单原子分散，贵金属利用率达100％，尤其能够显著降低贵金属的用量，贵金属负载量从0.5wt％大幅下降到0.001wt％～0.015wt％，显著降低催化剂成本。显著降低催化剂成本。显著降低催化剂成本。

【技术实现步骤摘要】
一种金属单原子分散的烷烃异构化催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术化学催化
，具体涉及一种金属单原子分散的烷烃异构化催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，成品润滑油都是以基础油和添加剂组成，其中基础油约占70％以上，剩余的为添加剂。润滑油基础油主要分为矿物基础油及合成基础油两大类，矿物油应用广泛，但其组成复杂，耐用性能受限；合成基础油虽然价格昂贵，但性能优异，在动力和长效方面表现突出。在煤炭清洁利用领域，费托合成产生大量的正构长链烷烃，通过临氢异构化可以生产不含N、S的高附加值、绿色、环保、全合成润滑油基础油。
[0003]临氢异构化反应是临氢条件下，在同时具有金属中心和酸中心双功能催化剂的催化作用下，将正构烷烃转化为异构烷烃的过程。大多数研究者认为临氢异构化符合正碳离子反应机理，即正构烷烃分子在具有脱氢活性的金属中心上脱氢形成烯烃中间体，再转移到具有布朗酸中心的沸石分子筛上形成碳正离子、发生异构化反应并生成异构烯烃中间体，后者转移回金属中心上加氢得到异构烷烃。研究发现催化剂独特孔道结构对临氢异构化反应中异构产物的选择性有着显著的影响，金属中心和酸中心间的协同作用对异构化反应的活性和选择性起着决定性作用，同时两者之间又是相互制衡的，改变金属中心和酸中心的浓度和间距，可以调控正构烷烃临氢异构化的活性和选择性。
[0004]因此，通过调控活性金属的分散性使其形成金属单原子，同时调控金属中心和酸中心的浓度、比例以及分布，专利技术一种适用于生产的临氢异构化金属单原子分散的双功能催化剂，在保持高活性和高选择性的同时，有效提高金属利用率，降低催化剂成本，对于临氢异构化催化剂的实际生产应用具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是，提供一种金属单原子分散的烷烃异构化催化剂及其制备方法。主要解决现有技术中烷烃异构化催化剂中金属利用率不高，成本较高的问题。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0007]一种金属单原子分散的烷烃异构化催化剂，所述催化剂包括金属活性位点组分与酸性位点组分，其中，所述金属位点组分为单原子分散在氧化物载体表面的活性金属，所述酸性位点组分为H型酸性沸石，所述活性金属在催化剂中的含量为0.001～0.015wt％。
[0008]作为优选实施方案，所述活性金属为Pt、Pd、Mo、Ce、Ni、Cu中的一种或多种。
[0009]作为优选实施方案，所述金属在催化剂中的含量为0.007～0.015wt％。
[0010]作为优选实施方案，所述氧化物为SiO2、CeO2、TiO2、γ
‑
Al2O3、α
‑
Al2O3、ZrO2中的一种或多种。
[0011]作为优选实施方案，所述氧化物为TiO2‑
SiO2复合氧化物、Al2O3‑
CeO2复合氧化物或γ
‑
Al2O3。
[0012]作为优选实施方案，所述复合氧化物Si/Ti摩尔比为10～100:1，比表面积>400m2/g，Al/Ce摩尔比为10～100:1，比表面积>100m2/g；所述γ
‑
Al2O3的比表面积>120m2/g、孔容>0.55cm3/g、平均孔径为4～50nm。
[0013]作为优选实施方案，所述H型酸性沸石为ZSM
‑
22或SAPO
‑
11，所述ZSM
‑
22的Si/Al摩尔比为5～100，优选为5～60；所述SAPO
‑
11的Si：P：Al摩尔比为(0.5～1.8)：(0.6～1)：1，优选为(0.8～1.6)：(0.7～1)：1。
[0014]作为优选实施方案，所述催化剂还含有过渡金属作为助催化剂，其含量为0.0～1.2wt％。
[0015]本专利技术还提供所述金属单原子分散的烷烃异构化催化剂的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0016]步骤1，将氧化物载体及H型酸性沸石分别在空气中350～650℃下预处理2～8小时，冷却至常温，备用；
[0017]步骤2，配制浓度为0.001～0.50M金属盐溶液，添加适量盐酸调节pH为0.5～4.0；
[0018]步骤3，将步骤(2)配制的溶液加入步骤(1)处理过的氧化物载体中，在5～60℃搅拌0.5～2小时，静置2～12小时，经干燥、焙烧、冷却至常温，得到含有金属单原子分散的氧化物，干燥保存；
[0019]步骤4，将步骤(1)处理好的H型酸性沸石与步骤(3)得到的含有金属单原子分散的氧化物按活性金属在催化剂中的含量为0.001～0.015wt％进行混合，添加占总质量1～2wt％的石墨，混合均匀后，在10～35MPa的压力下打片成型，尺寸为直径为3～5mm，高3～5mm的柱状或片状。
[0020]本专利技术还提供所述的烷烃异构化催化剂在催化长链烷烃异构反应中的应用，所述烷烃异构化催化剂在氢气环境下进行还原反应，还原反应温度为350～660℃，空速为1000～6000h
‑1，还原反应时间4～24小时；异构化反应条件为：反应温度为280～380℃，优选320～350℃；正构烷烃液时空速为0.5～10h
‑1，氢气/烷烃摩尔比为2～50，压力0.5～5MPa。
[0021]本专利技术的烷烃异构化催化剂，在使用之前，需打片成尺寸为的圆柱状或片状固体。在纯氢环境下进行预还原，还原温度为350～650℃，氢气空速为1000～6000h
‑1，还原时间4～24小时。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0023](1)本专利技术的催化剂，采用具有丰富比表面积的氧化物载体分散活性金属，并能使贵金属达到单原子分散，贵金属利用率达100％，尤其能够显著降低贵金属的用量，贵金属负载量从0.5wt％大幅下降到0.001wt％～0.015wt％，显著降低催化剂成本。传统制备方法采用酸性沸石作为载体负载活性金属，难以制得活性金属高度分散性的催化剂，传统方法常常形成活性金属纳米晶，活性金属的利用率有限。同时，也为制备单原子分散的双功能催化剂提供了新思路。
[0024](2)本专利技术的催化剂，采用单原子分散的贵金属与酸性沸石物理混合来调控金属位与酸性位的比值和间距，经打片制成临氢异构化双功能催化剂。与传统制备方法相比，本专利技术的催化剂制备工艺流程简单、无废物排放，临氢条件下异构烷烃收率高约90％，催化剂稳定性好，适用于大型工业装置使用。
[0025](3)本专利技术的催化剂，采用过渡金属作为助催化剂，能够使处于单元分散的贵金属
更加稳定，同时，在预还原阶段，催化剂中的氯能够全部脱除，避免了反应器腐蚀以及环境污染，本催化剂为环境友好型催化剂。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例2中制得的催化剂B的球差透射电镜图。
[0027]图2是本专利技术对比例2中制得的催化剂E的球差透本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属单原子分散的烷烃异构化催化剂，其特征在于：所述催化剂包括金属活性位点组分与酸性位点组分，其中，所述金属位点组分为单原子分散在氧化物载体表面的活性金属，所述酸性位点组分为H型酸性沸石，所述活性金属在催化剂中的含量为0.001～0.015wt％。2.如权利要求1所述的金属单原子分散的烷烃异构化催化剂，其特征在于：所述活性金属为Pt、Pd、Mo、Ce、Ni、Cu中的一种或多种。3.如权利要求1所述的金属单原子分散的烷烃异构化催化剂，其特征在于：所述活性金属在催化剂中的含量为0.007～0.015wt％。4.如权利要求1所述的金属单原子分散的烷烃异构化催化剂，其特征在于：所述氧化物为SiO2、CeO2、TiO2、γ
‑
Al2O3、α
‑
Al2O3、ZrO2中的一种或多种。5.如权利要求4所述的金属单原子分散的烷烃异构化催化剂，其特征在于：所述氧化物为TiO2‑
SiO2复合氧化物、Al2O3‑
CeO2复合氧化物或γ
‑
Al2O3。6.如权利要求5所述的金属单原子分散的烷烃异构化催化剂的制备方法，其特征在于：所述复合氧化物Si/Ti摩尔比为10～100:1，比表面积>400m2/g，Al/Ce摩尔比为10～100:1，比表面积>100m2/g；所述γ
‑
Al2O3的比表面积>120m2/g、孔容>0.55cm3/g、平均孔径为4～50nm。7.如权利要求1所述的金属单原子分散的烷烃异构化催化剂，其特征在于：所述H型酸性沸石为ZSM
‑
22或SAPO
‑
11，所述ZSM

【专利技术属性】
技术研发人员：杜燕燕，黄健，于瑞，谭阳春，李久盛，华子乐，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：