一种用于ＭＤＡ制苯分子筛／炭复合膜反应器制备与应用制造技术

一种用于ＭＤＡ制苯分子筛／炭复合膜反应器制备与应用，属于无机膜催化技术领域。其特征是将沸石分子筛掺杂至碳分子筛膜中，促进透过分子在碳分子筛膜的扩散同时碳分子筛对沸石分子筛孔口起修饰作用，制备了一种对Ｈ２／ＣＨ４具有高渗透率和高选择性并具有耐高温的高性能沸石分子筛／碳分子筛复合膜，并组建成管状膜反应器，用于甲烷无氧芳构化反应，在反应过程中，及时把小分子产物氢气从反应体系中移出，打破热力学平衡，从而实现甲烷转化率提高，为甲烷转化率的提高提供另一条新的研究途径。本发明专利技术的效果和益处是方法操作简单，成本低廉，所制备的管状分子筛／炭复合膜分离性能高、耐热性能好，在甲烷无氧芳构化反应中，有效提高甲烷转化率。

Preparation and application of MDA benzene molecular sieve / carbon composite membrane reactor

The invention relates to a preparation and application of a MDA benzene molecular sieve / carbon composite membrane reactor, belonging to the field of inorganic membrane catalysis technology. The utility model is characterized in that zeolite doped to carbon molecular sieve membrane, promote the diffusion of carbon molecular sieve membrane in through molecular and carbon molecular sieve modification effect on zeolite preparation, which has a high permeability and high selectivity to H2 / CH4 with high performance and high temperature / zeolite molecular sieve carbon molecular sieve membrane, and the formation of a tubular membrane reactor for methane dehydroaromatization reaction in the reaction process, in a timely manner to small molecule product hydrogen is removed from the reaction system, breaking the thermodynamic equilibrium, so as to realize the methane conversion rate, provides a new way for the methane conversion rate to improve. The invention has the advantages that the method has the advantages of simple operation, low cost, the performance of the prepared molecular sieve tubular / carbon composite membrane separation, high heat resistance, the methane dehydroaromatization reaction, effectively improve the conversion rate of methane.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机复合膜催化
，涉及到一种用于甲烷无氧脱氢制苯(MDA) 分子筛/炭复合膜反应器，具体涉及到利用上述分子筛/炭复合膜反应器的制备方法及其 提高MDA反应甲烷的转化率和苯的收率的应用。
技术介绍
甲烷是天然气、煤层气的主要成分，以甲烷为主要组分的天然气将成为本世纪的 重要能源之一。甲烷的直接转化是催化领域的一个极具挑战性的研究热点，如何采用高新 技术高效利用天然气，是缓解石油供需矛盾，解决石油危机，保障我国经济安全和长远发展 的重大战略措施。1993年甲烷在Mo0x/HZSM-5催化剂的无氧芳构化制备芳烃及氢反应被报 道以来[L. Wang， L. Tao，M. Xie， G. Xu， Catal. Lett. 21 (1993) 35.]，为甲烷的直接转化利用提 供了一条新的途径，而且该技术迅速成为甲烷催化转化和利用领域的研究热点，引起了广 泛的重视。 然而，由于受到热力学平衡的极大限制，甲烷转化率较低，使甲烷无氧芳构化的工 业化开发受到了极大的限制。目前文献报道的该反应一般在70(TC进行，所获得的转化率 为8_10%，离实现工业化还有很大的距离。因此，提高转化率是该技术面临的最重大的挑 战。广大研究者就如何提高催化剂的活性进行了大量的研究，如通过添加各种类型的金属 助剂、改变分子筛载体的类型或者对分子筛进行特殊后处理、在原料气中加入少量的CO、 C02、H20杂质等方法来提高催化剂的芳构化反应的活性，并取得一定的成果，但仍然不够令 人满意。 近年来，由于无机膜具有耐高温，耐化学性和优良的机械性能，作为高新分离技 术，将无机膜分离和催化反应相结合构成的膜催化反应过程被视为未来催化学科研究的三 大领域(沸石的择形催化、分子水平的均相催化和膜反应)之一。利用无机膜反应器提高 催化反应的反应性能引起了广大研究者的极大关注，目前已见关于将无机金属钯膜反应器 应用于MDA反应的相关报道 、 [M. C. Iliuta， F. Larachi， B. P. A. Grandjean， I. Iliuta， Ind. Eng. Chem. Res. 41 (2002) 2371] 、 [F. Larachi， H. Oudghiri-Hassani， M. C. Iliuta， B. P. A. Grandjean， P. H.McBreen， Catal丄ett. 84(2002) 183] 、 [M. C. Iliuta， B. P. A. Grandjean， F. Larachi， Ind. Eng. Chem. Res. 42 (2003) 323] 、 [A. K. Kinage， R. Ohnishi， M. Ichikawa， Catal. Lett. 88(2003) 199]。另一方面，炭膜易于制备且具有高的 热稳定性和分子筛分选择性，而且，由于炭膜的碳化温度高达600 90(TC，有望在高温反 应条件下依然保持高的选择性。此外，沸石分子筛的孔径均一，热稳定性极高，加入炭膜中 可以调节碳膜的孔径分布和縮短透过分子在碳分子筛膜中的迁移路径从而提高膜的渗透 率和选择性，而且制备成本低廉、操作简单，具有很大的应用前景。将分子筛/炭复合膜应 用于MDA反应中，在反应过程中，及时把小分子产物氢气从反应体系中移出，打破热力学平 衡制限，可实现甲烷转化率的提高。然而，到目前还未见应用分子筛/炭复合膜反应器应用于MDA制苯来提高甲烷转化率的相关报道。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是甲烷无氧脱氢制苯反应受热力学平衡制约而导致的 甲烷转化率低从而制约其工业化，提供一种对MDA制苯反应中产物H2与反应物CH4具有高 分离性能管状分子筛/炭复合膜的制备及将其组建膜反应器的方法和膜反应器对提高MDA 反应甲烷转化率及苯的收率的应用。 本专利技术的技术方案是将炭膜材料和沸石分子筛材料进行混合杂化制备得到的管 状分子筛/炭复合膜，通过沸石分子筛的掺杂，促进透过分子在炭分子筛膜的扩散同时通 过炭分子筛来修饰分子筛孔口 ，提高复合膜的渗透率和分离选择性，组建成管状膜反应器， 应用于甲烷无氧芳构化反应，通过将催化反应和膜分离偶合，来有效提高甲烷转化率，具体 技术方案包括如下步骤 分子筛/炭复合膜反应器的制备 (1)制备沸石分子筛/炭复合膜的前驱混合溶液配制将一定量的纳米沸石分子 筛粒子如SAP0-34、Silicalite-l、L、T或NaA分散于乙醇、丙酮或氯仿溶剂中，用强烈搅拌 或超声波振荡使其充分分散均匀后，再加入一定量的酚醛树脂、聚酰亚胺、聚糠醇或聚丙烯 腈有机聚合物，强烈搅拌或超声振荡分散使得到的均匀前驱混合液，其中，分子筛的掺杂质 量含量通常在1% 10%，有机聚合物的含量通常控制在10% 60%。 (2)管状沸石分子筛/炭复合膜制备将经过预处理的多孔a _A1203陶瓷管、莫兰 石管、多孔耐高温不锈钢或碳材料载体管使用步骤(1)得到的前驱混合液，采用浸渍法、真 空提拉等方法进行涂膜，涂膜次数为1 6次，涂膜完成后在室温下干燥12 96h，然后将 其置于加热炉中，在^、Ar等惰性气体的气氛中程序升温进行炭化，炭化升温速率一般控制 为0. 3 5°C /min，降温速率为1 l(TC /min，炭化温度为500 900°C ，惰性气体流速为 20 100ml/min，炭化时间为1 10h，即得到管状分子筛/炭复合膜。 用于MDA制苯分子筛/炭复合膜反应器的应用 (1)所得到的管状分子筛/炭复合膜组建成管状膜反应器(见附图l)，管状分 子筛/炭复合膜反应器应用于MDA反应进行膜反应，膜反应条件反应使用催化剂为Mo/ HZSM-5或者Mo/HMCM-22，催化剂填充量0. 1 15g，反应原料为甲烷和氮气的混合气，反应 压力为0. 05 2. 5MPa，反应温度为600 800°C ，进料空速为100 5000ml/g *h，采用N2、 Ar惰性气体进行吹扫，吹扫与进料速率比为1 20 : 1 ; (2)管状分子筛/炭复合膜反应器应用于MDA反应，组建膜反应器的沸石分子筛/ 炭复合膜的管长可为5-100cm，管内径为0. l-50cm，沸石分子筛/炭复合膜的载体材质可为 多孔a 41203、莫来石或耐高温不锈钢或碳材料中的一种，在10^膜反应中，将催化反应和 膜分离过程结合，及时把小分子产物氢气从反应体系中移出，打破热力学平衡制限，从而实 现甲烷转化率的提高，膜反应器催化性能相对于同样条件下固定床反应器甲烷转化率、苯 收率提高30 80%。 本专利技术的效果和益处是通过将沸石分子筛掺杂至碳分子筛膜中，促进透过分子 在碳分子筛膜的扩散，同时碳分子筛对沸石分子筛孔口有修饰作用，制备了一种对HyCH4 混合物具有优异的渗透率和分离选择性的高性能管状沸石分子筛/碳复合膜，组建分子筛4/炭复合膜膜反应器，使催化反应与膜分离过程一体化，大大降低了反应产物的浓度，打破 了MDA反应热力学平衡，提高甲烷转化率和苯的收率，提供了一种简单可行、低成本，高效 的提高甲烷转化率的技术。附图说明 图1是本专利技术的管状分子筛/炭复合膜反应器的模型图。 图2是本专利技术的管状SAP0-34/炭复合膜的表面和截面SEM图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于ＭＤＡ制苯分子筛／炭复合膜反应器的制备，将沸石分子筛材料掺杂至碳分子膜，促进透过分子在碳分子筛膜的扩散同时通过碳分子筛来修饰分子筛孔口，提高复合膜的渗透率和分离选择性，制备高性能的沸石分子筛／碳分子筛复合膜，其特征在于如下步骤：（１）沸石分子筛／炭复合膜制备混合前驱溶液配制，沸石分子筛粒子ＳＡＰＯ－３４、Ｓｉｌｉｃａｌｉｔｅ－１、Ｌ、Ｔ或ＮａＡ与酚醛树脂、聚酰亚胺、聚糠醇或聚丙烯腈有机聚合物，在搅拌或超声波振荡的条件下分散于乙醇、丙酮或氯仿溶剂中，得到的均匀前驱混合液，其中，分子筛的掺杂质量含量通常在１％～１０％，有机聚合物的含量通常控制在１０％～６０％；（２）将经过预处理的多孔α－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］陶瓷管、莫兰石管、多孔耐高温不锈钢或碳材料载体管采用浸渍法、真空提拉等方法进行涂膜，涂膜次数为１～６次，涂膜完成后在室温下干燥１２～９６ｈ，在Ｎ↓［２］、Ａｒ等惰性气体保护下程序升温进行炭化，炭化升温速率一般控制为０．３～５℃／ｍｉｎ，降温速率为１～１０℃／ｍｉｎ，炭化温度为５００～９００℃，惰性气体流速为２０～１００ｍｌ／ｍｉｎ，炭化时间为１～１０ｈ，制备管状分子筛／炭复合膜。...

【技术特征摘要】
一种用于MDA制苯分子筛/炭复合膜反应器的制备，将沸石分子筛材料掺杂至碳分子膜，促进透过分子在碳分子筛膜的扩散同时通过碳分子筛来修饰分子筛孔口，提高复合膜的渗透率和分离选择性，制备高性能的沸石分子筛/碳分子筛复合膜，其特征在于如下步骤(1)沸石分子筛/炭复合膜制备混合前驱溶液配制，沸石分子筛粒子SAPO-34、Silicalite-1、L、T或NaA与酚醛树脂、聚酰亚胺、聚糠醇或聚丙烯腈有机聚合物，在搅拌或超声波振荡的条件下分散于乙醇、丙酮或氯仿溶剂中，得到的均匀前驱混合液，其中，分子筛的掺杂质量含量通常在1％～10％，有机聚合物的含量通常控制在10％～60％；(2)将经过预处理的多孔α-Al2O3陶瓷管、莫兰石管、多孔耐高温不锈钢或碳材料载体管采用浸渍法、真空提拉等方法进行涂膜，涂膜次数为1～6次，涂膜完成后在室温下干燥12～96h，在N2、Ar等惰性气体保护下程序升温进行炭化，炭化升温速率一般控制为0.3～5℃/min，降温速率为1～10℃/min，炭化温度为500～900℃，惰性气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建华，王金渠，初乃波，李刚，周亮，鲁金明，殷德宏，张艳，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]