CN102380414B - 一种用于甲醇转化制备烯烃的催化剂及应用方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于甲醇转化制备烯烃的催化剂,由磷、氧、铝和硅组成,其结构类型为AEI或CHA,且具有规则的三维八圆环孔道结构,孔径大小为0.38×0.38nm;通过采用含有硅杂质的铝源作为原料水热法合成AlPO-18和AlPO-34分子筛;该催化剂用于甲醇转化制备烯烃。本发明的优点是:该催化剂酸性较低,稳定性较好,不进行任何改性处理,直接用焙烧后的催化剂原粉反应便可得到较高的反应活性,由于采用含有微量硅元素的AlPO-34做为甲醇制烯烃的催化剂,其酸性与SAPO-34相比,大大的减弱,但性能却明显的提高,催化剂在固定床上连续反应的寿命可达10小时以上;该催化剂易于制备且成本低廉,适于大规模推广应用。

Description

一种用于甲醇转化制备烯烃的催化剂及应用方法
【技术领域】
本发明涉及甲醇制备烯烃的催化生产技术,特别是一种用于甲醇转化制备烯烃的催化剂及应用方法。
【背景技术】
低碳烯烃作为基本的工业原料,在现代石油化工产业中起着举足轻重的作用。尤其是乙烯和丙烯,作为重要的有机化工原料,其需求量也将在未来有大幅增加。目前,大部分低碳烯烃均由石油加工而得。对于石油而言,短期存在价格上涨和供应不稳定问题,长期则资源储量有限,易造成石油危机的问题。因此寻找一种新的工艺路线制取低碳烯烃成为当今石油化工产业中的一个重要课题,而由甲醇制烯烃(MTO)是最有希望替代石油路线的新工艺。对于这样一个新的工艺路线,寻找一种合适的催化剂一直是各大石油公司研究的热点。
美国碳化合物公司(UCC)在美国专利US4440871中报道了使用硅铝磷系列分子筛(SAPO-n)可以实现甲醇的高效转化,其中SAPO-34表现出较佳的MTO活性。但由于SAPO-34分子筛特殊的孔道结构和中强酸性,其在MTO转化过程中面临失活快、寿命短的问题。为了提高SAPO-34在MTO过程中的寿命,研究者在调整其酸性方面进行了大量的研究。中国专利CN1167654A公开了用Cu、Co、Ni和Ca等金属元素改性的SAPO-34分子筛,该分子筛能较大的提高乙烯的选择性,但同时也产生较多的副产物甲烷。中国专利CN1683079A公开了Zn改性的SAPO-34分子筛,其MTO催化活性有了明显的提高,但固定床连续反应的寿命仅为6个小时。
【发明内容】
本发明的目的是针对上述存在问题,提供一种用于甲醇转化制备烯烃的催化剂,该催化剂可降低硅铝磷分子筛的酸性,提高催化剂的寿命。
本发明的技术方案:
一种用于甲醇转化制备烯烃的催化剂,由磷、氧、铝和硅组成,其结构类型为AEI或CHA,且具有规则的三维八圆环孔道结构,孔径大小为0.38×0.38nm。
所述用于甲醇转化制备烯烃的催化剂为AlPO-18或AlPO-34沸石分子筛。
一种所述用于甲醇转化制备烯烃的催化剂的应用方法,包括下述步骤:
1)将该催化剂放入不锈钢固定床反应器的中部;
2)向上述反应器内通入载气N2,达到反应温度后稳定半小时;
3)将水和甲醇用进样泵送到反应器顶部的预热器内并与载气混合后通入催化剂床层进行催化反应,即可制得产物;
4)产物用气相色谱在线分析。
所述催化剂的用量为0.1-100g。
所述水和甲醇的重量比为0-2.0∶1。
所述催化反应的工艺条件为:反应温度350-500℃、反应压力1-5mPa、甲醇的重时空速(WHSV)为1.0-10.0h-1
本发明的优点和积极效果:该催化剂酸性较低,稳定性较好,不进行任何改性处理,直接用焙烧后的催化剂原粉反应便可得到较高的反应活性,由于采用含有微量硅元素的AlPO-34做为甲醇制烯烃的催化剂,其酸性与SAPO-34相比,大大的减弱,但甲醇制烯烃的性能却明显的提高,催化剂在固定床上连续反应的寿命可达10小时以上;该催化剂工艺简单、易于制备且成本低廉,适于大规模推广应用。
【具体实施方式】
实施例1:
本发明所述催化剂是通过利用含有少量硅杂质的拟薄水铝石作为铝源合成而得,具体合成方法为水热法;催化剂的焙烧温度为550-700℃、焙烧时间为4-6h。通过上述方法分别制得AlPO-18和AlPO-34。
X-射线粉末衍射证实该类催化剂为纯净的AlPO-18和AlPO-34。元素分析表明微量硅元素顺利的进入分子筛中,1H固体核磁结果表明该类分子筛具有微弱的
Figure BDA0000082094430000021
酸性。具体理化性质见表1。
表1样品的物理化学性质
Figure BDA0000082094430000022
将该催化剂用于甲醇转化制备烯烃,包括下述步骤:
1)分别称取AlPO-18和AlPO-34催化剂样品1g,压片后破碎过筛取20-40目的样品0.1g,将称好的催化剂分别放入长为40cm、内径7mm的不锈钢固定床反应器中,催化剂放在反应器的中部,下面用石英棉支撑;
2)向上述反应器内通入载气N2,达到反应温度450℃后稳定半小时;
3)将重量比为1∶1的水和甲醇用进样泵送到反应器顶部的预热器内并与载气混合后通入催化剂床层进行催化反应,即可制得产物,其催化反应条件为:载气流速为20ml min-1,反应压力为常压,甲醇空速为1.0h-1,反应温度为450℃;
4)产物用气相色谱在线分析。
取样时间为15分钟,催化反应检测结果见表2:
表2甲醇制烯烃的检测结果
Figure BDA0000082094430000031
检测结果表明:AlPO-34在同样条件下具有较好的活性,甲醇的单程转化率100%,低碳烯烃选择性近90%。
以下实施例中,均采用实施例1制备的催化剂,且用于甲醇转化制备烯烃的步骤与实施例1相同。
实施例2:
称取AlPO-34催化剂1.0g,压片过筛后,从中称取20-40目样品三等份每份0.1g放入反应装置中,载气流速为20ml min-1,反应压力为常压,甲醇空速为1.0h-1,改变水醇比为0∶1,1∶1,2∶1。反应温度为450℃,取样时间为15分钟,催化反应检测结果见表3。
表3甲醇制烯烃的检测结果
Figure BDA0000082094430000032
检测结果表明:随着水醇比的增加,甲醇转化制烯烃的活性先增加后降低,水醇比为1∶1时活性最好,甲醇转化率100%,烯烃选择性91.3%。
实施例3:
称取AlPO-34催化剂1.0g,压片过筛后,从中称取20-40目样品五等份每份0.1g放入反应装置中,载气流速为20ml min-1,反应压力为常压,水醇比为1∶1,改变甲醇空速为1.0,3.0,5.0,7.0,10.0h-1,反应温度为450℃,取样时间为15分钟,催化反应检测结果见表4。
表4甲醇制烯烃的检测结果
Figure BDA0000082094430000041
检测结果表明:甲醇的空速对反应有较大的影响,在本实验的条件下,甲醇空速为5.0h-1时,反应活性最好,甲醇单程转化率100%,烯烃选择性92.1%。
实施例4:
称取AlPO-34催化剂1.0g,压片过筛后,从中称取20-40目样品三等份每份0.1g放入反应装置中,载气流速为20ml min-1,反应压力为常压,水醇比为1∶1,甲醇空速为5.0h-1,改变反应温度为400,450,500℃,取样时间为15分钟,催化反应检测结果见表5。
表5甲醇制烯烃的检测结果
检测结果表明:反应温度对产物的分布有较大的影响,乙烯的选择性随着温度的升高而升高,丙烯与之相反。反应温度为400度时,反应活性最好,甲醇单程转化率100%,烯烃选择性93.2%。
实施例5:
称取AlPO-34催化剂1.0g,压片过筛后,从中称取20-40目样品三等份每份0.1g放入反应装置中,载气流速为20ml min-1,改变反应压力为0.5,1.0,3.0,5.0mPar,水醇比为1∶1,甲醇空速为5.0h-1,反应温度为400℃,取样时间为15分钟,催化反应检测结果见表6。
表6甲醇制烯烃的检测结果
Figure BDA0000082094430000051
检测结果表明:随着反应压力的增加,甲醇转化率保持在100%不变,但烯烃的选择性先增加再降低,当反应压力为3.0mPa时,烯烃选择性达最高达到94.1%。
实施例6:
放大实施例5中反应,称取20-40目的AlPO-34样品三份分别1g,10g,100g放入反应装置中,载气流速为100ml min-1,反应压力为3.0mPa,水醇比为1∶1,甲醇空速为10.0h-1,反应温度为400℃,取样时间为15分钟,催化反应检测结果见表7:
表7甲醇制烯烃的检测结果
Figure BDA0000082094430000052
检测结果表明:催化剂用量放大后仍能保持较好的反应活性,甲醇转化率仍保持在100%,烯烃的选择性也在90%左右。
实施例7:
实施例6中的AlPO-34催化剂的寿命试验,称取20-40目的AlPO-34催化剂1g,放入反应装置中,载气流速为100ml min-1,反应压力为3.0mPa,水醇比为1∶1,甲醇空速为10.0h-1,反应温度为400℃,催化反应检测结果见表8。
表8甲醇制烯烃的检测结果
Figure BDA0000082094430000061
检测结果表明:在最佳反应条件下,催化剂在固定床上连续反应能保持较好的活性,催化剂的寿命也在10小时以上。

Claims (1)

1.一种甲醇制备烯烃的催化剂的应用方法,其特征在于该催化剂为AlPO-34沸石分子筛,该催化剂由磷、氧、铝和硅组成,且具有规则的三维八圆环孔道结构,孔径大小为0.38×0.38nm;该催化剂利用含有少量硅杂质的拟薄水铝石作为铝源通过水热法合成而得,合成过程中焙烧温度为550℃-700℃、焙烧时间为4-6h;该催化剂不需要任何改性处理直接焙烧后便可应用,具体方法包括下述步骤:
1)将所合成的催化剂在550℃-700℃下焙烧4-6h;
2)将所述焙烧后的催化剂0.1-100g,放入不锈钢固定床反应器中部;
3)向上步装填好催化剂的反应器中通入载气N2,达到反应温度后稳定半小时;
4)将甲醇或甲醇和水混合液用进样泵送到第二步所述的反应器顶部的预热器内并与载气混合后通入催化剂床层,其中,反应温度为350℃-500℃,反应压力为1-5mPa,甲醇的重时空速(WHSV)为1.0-10.0h-1,水/甲醇重量比0-2.0:1;
5)产物用气相色谱在线分析。
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