丝光沸石/金属或陶瓷催化复合材料及其制备制造技术

丝光沸石／金属或陶瓷催化复合材料，是由丝光沸石分子筛和负载该分子筛的预先设计好的具有散装填料、规整填料、静态混合器、异形催化剂以及整体式催化剂的形状和大小或与此类似的形状和大小的金属或陶瓷基材所组成。它在催化性能上保持了丝光沸石分子筛的特性，并可通过改性满足不同反应的需要；在工程性质上可通过改变金属或陶瓷基材的形状、大小来满足不同工艺的要求，可用作催化蒸馏元件，也可用作异型催化剂。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
丝光沸石/金属或陶瓷催化复合材料及其制备本专利技术是关于含有沸石分子筛的催化复合材料及其制备，具体地说是关于丝光沸石分子筛直接复合于金属或陶瓷基材表面的催化复合材料及其制备。催化蒸馏新技术的开发和应用是一种新趋势，它将固体催化剂以适当的方式装填于蒸馏塔内，使催化反应和产物分离两个传统的工艺过程在同一个塔内同时并连续地进行。这种适当的催化剂装填方式，有具体的结构形式，该结构形式称为催化蒸馏元件，它既要保证催化反应高效率地进行，又要保证蒸馏分离过程的顺利进行，即它应具有催化剂和填料两种功能。如果将传统的细小催化剂颗粒象固定床一样装填于塔内，则造成压降很大，不能使蒸馏过程顺利地进行。为此应制备一种新的催化复合材料，使其不仅具有较高的催化活性，而且在装填于塔内后能提供足够的气液通道和足够的气液接触面积，以保证压降低、传质效率高。由此可见，如果这种新催化材料具有与填料一样或者类似的形状和大小，就有可能作为催化蒸馏元件而得到应用。催化蒸馏与传统的化工工艺相比，具有许多独特的优点，其中之一就是通过催化反应和产物分离的有机结合，使反应物和产物及时快速地分离，并将产物移出反应区，从而使可逆反应和复杂反应(并、串联反应)的转化率和选择性得到提-->高。如果象固定床一样，产物不能及时移出反应区，则不能充分地发挥催化蒸馏的优越性。因此催化蒸馏元件的设计应尽可能地避免类似于小固定床的反应区域存在，使催化剂活性组分均匀地分布于具有较高分离能力的催化蒸馏元件上。目前的催化蒸馏元件存在三个共同的问题(USP 4232177，4443559，4215011，5057468，4847430，4624748，EP 428265A1)：I)其形状和大小与填料相差较大，对蒸馏过程的设计和操作带来不方便；II)在塔内存在象固定床一样的反应区，使产物不能有效地分离；III)制作和装卸困难。因此，催化蒸馏需要一种新的催化复合材料，既有填料的分离能力，又有较好的催化性能，并要求活性组分均匀地分布于复合材料上。从异形催化剂的发展情况来看。现采用最多的是颗粒状催化剂，如圆柱形、三叶形等，按固定床方式装填。为了提高催化剂的利用率，可以减小催化剂的粒度，但这样会使压降增大。于是发展了整体式催化剂，如蜂窝状催化剂，给物料流提供了平行的通道，使压降降低，几何表面积增加(成都科技大学学报2，29～34(1985))。但平行通道之间缺少了物料的传递，同时通道内层流区的存在使物料浓度分布不均匀和传质效率低。如果能减少层流区域，加强径向扩散，使催化剂表面生成的产物快速地进入主体相，而反应物快速移到催化剂表面，则将会提高催化反应效率。因此有必要通过改变催化剂的几何形状来改变物料的流动状态，强化传质和传热。-->同时有些内扩散严重的工艺过程，如烃类蒸汽转化，不能充分利用催化剂的活性组分，这时过程的强化取决于催化剂颗粒的几何表面积。如果采用减小催化剂颗粒的方法，则造成压降增大，因此应该在保证催化剂机械强度的条件下，改变催化剂的几何形状。目前已有车轮状、内外齿轮状、薄壁多筛板舵轮等，但其壁厚仍与有效反应层厚度相差较大(化肥与催化3，1～8页，1988)。丝光沸石分子筛自19年由Mobil Oil公司开发成功(GB 1,572,135)并经过后来的不断改进，已经在许多化学过程中得到了应用。如果将丝光沸石分子筛制备成一种符合上述要求的催化复合材料，例如制备成一种具有填料的形状和大小的催化蒸馏元件，则可以使丝光沸石的应用得到更充分的发挥，有可能使某些传统的化工过程带来革命性的突破和有益效果。CA1235684描述了一种在多孔玻璃上直接形成一层沸石膜的过滤器，沸石膜的厚度为1～500μm。JP-A-63291809中描述了一种由多孔氧化铝载体上的沸石膜所组成的膜材料。EP180200描述了一种在多孔基材上沉积有细颗粒沸石的膜材料是将超滤膜或多孔玻璃浸渍上超细沸石颗粒的碱溶液而制备的。EP 0511739A1中描述了一种带有沸石晶体的合成膜，其制备步骤包括：(1)制备孔径大约为0.1～3μm的多孔基材，其中-->的Al2O3含量至少为90％；(2)将该其材的至少一个表面浸入到由沸石晶体和其前身物(由硅源如硅酸钠或水玻璃制成)所组成的浆液中；(3)将基材与该浆液水热晶化至少一次。在该膜材料中沸石晶体在基材的孔道内和表面上形成高密度层，从而可用于分离和精制混合物中的有用组份。WO93/17781中描述了一种从溶胶制备分子筛膜的方法，该方法包括形成一种可形成沸石的水基或醇基溶胶组合物，该溶胶组合物沉积在一种多孔载体上，该多孔载体和溶胶组合物暴露在水蒸汽气氛中在温度足以使溶胶组合物水热晶化的条件下形成沸石膜。Bratton等人在EP0481660A1中描述了一种在多孔基材上负载有沸石型材料的膜，基材的形状为平板片、筒形或绕成螺旋状，多孔基材可以是多孔金属、陶瓷、金属陶瓷、玻璃、矿物质、炭或聚合物，其中的多孔金属可以是纤维筛网状、纤维金属与烧结金属颗粒的结合、或烧结金属纤维，其中可用的多孔陶瓷、玻璃、炭、或矿物中间体包括孔状炭、碳化硅、多孔粘土或其他硅酸盐矿物质。该膜的制备方法是将多孔基材(孔径可为1～2000μm)的至少一个表面浸在可晶化成沸石型材料的合成凝胶中，使基材表面晶化上沸石型材料，取出后再重复一次或多次这些步骤，得到沸石型材料直接晶化于基材上的膜材料。在将多孔基材浸入合成凝胶进行晶化之前，可以先在基材表面结合上一层Ni、Co、Mo金属或其氧化物(EP0481658A1)，和/或结合上一层硅酸的齐聚物(WO93/19840)，或者将基材进行酸预处理(EP0481659A1)。-->上述专利中负载在基材上的沸石型材料都是用于膜分离的材料，即具有最大的表面/体相比的材料，其中的基材都必须是多孔材料，其中的沸石材料都是填充于多孔基材的孔道中形成致密层，应尽量控制“针眼”的出现以免影响膜分离的效果。目前还没有将丝光沸石负载在特定形状基材上以制备催化蒸馏元件和异型催化剂的文献报道，如果能将沸石型材料制成催化蒸馏元件或异型催化剂，必将给催化工程领域带来革命性的突破和有益效果。虽然有许多学者将活性组分ZSM-5分子筛复合于石棉(USP4511667，催化学报11(3)204-209(1990))、蛭石(CN1059673A)、硅胶(CN1084100A)上制成复合材料，但仍然存在催化剂成形的问题，即没有解决工业应用过程中催化剂几何形状的问题。本专利技术的目的是提供一种新的催化复合材料，使丝光沸石分子筛直接复合于金属或陶瓷基材上，使它能作为优异的催化蒸馏元件使用，使催化反应和产物分离能在同一塔内同时连续高效地进行，也能作为异形催化剂使用以强化物流的传质、传热和降低压降，同时减少催化剂层的厚度，提高催化剂的利用率。本专利技术所提供的催化复合材料是将丝光沸石分子筛薄层均匀地、牢固地直接复合于预先根据需要设计好的、任意形状、任意大小的金属或陶瓷基材表面而形成的催化复合材料。-->所说复合材料上的丝光沸石分子筛可以是现有技术中所包括的各种丝光沸石分子筛，可以是硅铝的分子筛，也可以是含有其他杂原子如硼、磷、铁等的分子筛，其硅铝比为9～20，而且可以对该复合材料上的分子筛进行各种改性以扩大其应用范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
丝光沸石分子筛直接复合在金属或陶瓷基材上的可作为催化蒸馏元件或异型催化剂的催化复合材料，其特征在于该复合材料是由丝光沸石分子筛和负载该分子筛的预先设计好的具有散装填料、规整填料、静态混合器、异形催化剂以及整体式催化剂的形状和大小或与此类似的形状和大小的金属或陶瓷基材所组成。

【技术特征摘要】
1.丝光沸石分子筛直接复合在金属或陶瓷基材上的可作为催化蒸馏元件或异型催化剂的催化复合材料，其特征在于该复合材料是由丝光沸石分子筛和负载该分子筛的预先设计好的具有散装填料、规整填料、静态混合器、异形催化剂以及整体式催化剂的形状和大小或与此类似的形状和大小的金属或陶瓷基材所组成。2.按照权利要求1的催化复合材料，其特征在于所说的丝光沸石分子筛是硅铝的分子筛，或者是含有包括硼、磷、铁在内的杂原子的分子筛，其硅铝比为9～20。3.按照权利要求1的催化复合材料，其特征在于其中的丝光沸石分子筛可以按现有技术的方法进行改性。4.按照权利要求1的催化复合材料，其特征在于其中丝光沸石分子筛层的厚度为5～300微米。5.按照权利要求1的催化复合材料，其特征在于所说的金属基材的材质可以是包括铁、镍、铜、钼、铝、镁、铬、钛、钒、锰、锌在内的纯金属，也可以是包括不锈钢、铝合金、铜合金在内的金属合...

【专利技术属性】
技术研发人员：单志平，闵恩泽，杨华琮，
申请(专利权)人：中国石油化工总公司，中国石油化工总公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]