CN102807465B - 一种利用丁烷生产丙烷和汽油的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用丁烷生产丙烷和汽油的方法,包括使含丁烷的原料在非临氢、0.1~3.0MPa、300~600℃,进料质量空速为0.1~10.0h-1的条件下与丁烷转化催化剂接触反应,所述的丁烷转化催化剂包括20~85质量%的中孔硅铝沸石和15~80质量%的粘结剂,所述催化剂的α值为25~50。该法在一定的反应条件下,可将丁烷转化成丙烷,并副产高辛烷值汽油调合组分。生产的丙烷用于乙烯裂解原料和其他化工用途;高辛烷值汽油调和组分用于调和催化裂化汽油可大幅度降低其烯烃含量。
Description
技术领域
本发明为一种烃转化方法,具体地说,是一种丁烷转化方法。
背景技术
近年来,国内液化石油气市场产能过剩,再加上民用液化气资源消费结构正在向天然气、煤电等清洁、环保能源倾斜,液化气现有市场资源供应格局正在承受着较大冲击。同时,随着液化气中各种组分被逐渐的挖掘,液化气深加工得到了快速的发展,以液化气中的烯烃为原料的芳构化、异构化、甲乙酮、醋酸仲丁酯项目和以烷烃为原料的顺酐、丁二烯、异丁烯等项目,都是利用低附加值产品生产高附加值产品。目前应用较多的是混合碳四芳构化技术,该技术充分利用液化气中的烯烃组分,在催化剂上发生叠合、氢转移、芳构化、烷基化和异构化等一系列复杂反应,生成高辛烷值汽油调合组分和烯烃含量很低的清洁液化气产品。
现有碳四液化气芳构化装置主要考虑将碳四烯烃转化为富含芳烃的液相组分,因此催化剂活性偏弱,反应温度较低。碳四烯烃芳构化所产液化气中丁烷含量较高(质量分数60%~90%),丙烷含量较少,不是很好的乙烯裂解原料。如果将这部分富含丁烷的低烯烃液化气进一步转化为丙烷含量较高的液化气,不仅可以作为品质优良的乙烯裂解原料,而且还能生产经济价值更高的丙烷,无疑具有很好的经济效益。
《应用化学》1999年第16卷第4期公开了Pt-Sn-K/Al2O3催化剂对异丁烷脱氢制异丁烯的反应效果。在常压、600℃、体积空速3600h-1,氢/油比为3的条件下,异丁烯收率为48%。
CN86104351A公开了一种催化剂,用于把丙烷和丁烷选择性地转化成乙烯和乙烷,特别是乙烯。催化剂包括硅、铝和/或钛的氧化物与下列物质混合的组合物:氧化锰和氧化镁,氧化铁和氧化镁;钙,锡氧化物;以及氧化铁,氧化锰和氧化镁。
CN1062848C公开了一种异丁烷与丁烯烷基化制取烷基化油的方法,利用杂多酸催化异丁烷与丁烯的烷基化反应,烷基化油的烷烃组分在95%以上,以烯烃重量计的油收率为170~200%。
CN1073540C公开了一种由低碳烷烃制取轻烯烃的催化方法,在反应温度450~580℃,重量空速5~300h-1的反应条件下,使C4~C6烷烃与高硅沸石催化剂接触。以正戊烷为反应原料,烷烃转化率最高达88.43m%,轻烯烃选择性最高达到56.78m%,轻烯烃收率不到30m%。
CN1938245A提供了一种用于烷烃芳构化催化剂的制备和使用方法。使用沉积铂的镓沸石催化剂将C2~C6的烷烃芳构化成芳族化合物。在温度500℃,质量空速为1h-1,压力0.2MPa,丙烷为原料的情况下,反应24小时,转化率27%,三苯(BTX)选择性达到50wt%。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用丁烷生产丙烷和汽油的方法,该法可利用液化气中的丁烷生产丙烷,并副产高辛烷值汽油调合组分。
本发明提供的利用含丁烷原料生产丙烷和汽油的方法,包括使含丁烷的原料在非临氢、0.1~3.0MPa、300~600℃,进料质量空速为0.1~10.0h-1的条件下与丁烷转化催化剂接触反应,所述的丁烷转化催化剂包括20~85质量%的中孔硅铝沸石和15~80质量%的粘结剂,所述催化剂的α值为25~50。
本发明方法使用具有适当α值的催化剂,使丁烷在一定条件下进行反应,大部分转化为丙烷,用于乙烯裂解原料和其他化工用途,同时副产烯烃含量低于10质量%、研究法辛烷值(RON)≥90的高辛烷值汽油调和组分,用于调和催化裂化汽油可大幅度降低其烯烃含量。
附图说明
图1为本发明反应的流程示意图。
具体实施方式
本发明方法在非临氢状态下,采用特定的催化剂可将液化气中的丁烷在适当的反应条件下转化成丙烷,同时副产烯烃含量低于5%、研究法辛烷值(RON)≥90的高辛烷值汽油调和组分,从而提高液化气的利用价值。
本发明方法所述丁烷转化反应的温度优选350~500℃,压力优选0.1~1.5MPa、丁烷转化反应的进料质量空速优选0.1~2.5h-1。
本发明用正己烷裂解反应测定的裂解活性α值表示催化剂的酸性,α值的测定方法参照杨翠定等编著《石油化工分析方法(RIPP实验方法)》,科学出版社出版,P255“恒温法测定酸性催化剂的α值”。
本发明方法所用的催化剂优选包括45~85质量%的中孔硅铝沸石和15~55质量%的粘结剂。
所述的中孔硅铝沸石选自ZSM-5、ZSM-11、ZSM-12、ZSM-35、MCM-22和MCM-41沸石中的一种或其中的任意两种或几种。优选ZSM-5沸石或MCM-22沸石,所述ZSM-5沸石的氧化硅/氧化铝摩尔比优选20~200、更优选40~150,MCM-22沸石的氧化硅/氧化铝摩尔比优选10~100、更优选10~60。
催化剂中所含的粘结剂优选氧化铝或二氧化硅。
本发明除选择具有适宜酸性的中孔沸石外,通过水蒸汽处理进一步调节催化剂的酸性,经水蒸汽调节后,所得催化剂的α值优选25~40。
本发明提供的催化剂的制备方法,包括将中孔硅铝沸石和粘结剂前身物混合后挤条成型,然后干燥、焙烧,再用水蒸汽于430~570℃处理,所用水蒸汽与焙烧后催化剂的质量比为0.5~5.0,使水蒸汽处理后的催化剂的α值为25~50,优选25~40。
上述方法中,所述的中孔硅铝沸石选自ZSM-5、ZSM-11、ZSM-12、ZSM-35、MCM-22和MCM-41沸石中的一种或其中的任意两种或几种,沸石种类优选氢型。所述的粘结剂前身物优选拟薄水铝石、薄水铝石或硅溶胶。
本发明催化剂的成型方法为:将中孔硅铝沸石和粘结剂前身物混合,加入适量水和胶溶剂捏合并挤条成型,所述的胶溶剂选自硝酸、盐酸、乙酸或甲酸,优选硝酸。使用胶溶剂时优选将其稀释为浓度0.5~10质量%、优选1~3质量%的溶液。将挤条成型后的固体干燥、焙烧得催化剂。所述的干燥温度为110~150℃,干燥时间为3~8小时,焙烧温度为500~700℃、优选500~600℃,焙烧时间优选2~8小时。
焙烧后得到的催化剂需经过水蒸汽处理,水蒸汽处理时应根据所用沸石的氧化硅/氧化铝摩尔比,控制水蒸汽处理的温度和时间,使处理后催化剂的α值达到本发明的规定值。若水蒸汽处理温度较低,则水蒸汽处理时间较长,反之,水蒸汽处理温度较高,则处理时间短。本发明优选的水蒸汽处理温度为450~550℃,处理时间优选4~6小时。所述的高温水蒸汽处理也可以在催化剂成型之前对沸石进行,然后再将水蒸汽处理后的沸石与粘结剂成型制备催化剂。
水蒸汽处理所用水蒸汽与焙烧后催化剂的质量比为1.0~4.0、优选1.5~3.8。水蒸汽处理后的催化剂即可用于本发明的丁烷转化反应。
本发明所述的含丁烷的原料可为正丁烷、异丁烷或二者的混合物,或者是富含丁烷的低烯烃含量的液化气,所述液化气中丁烷含量为30~90质量%,烯烃含量为0~10质量%。
应用本发明方法的反应装置可采用固定床、移动床、流化床等反应器。
下面结合附图说明本发明。图1中,原料通过计量泵1输出,经过换热器4,与反应器3出来的反应产物换热,进入加热炉2,加热到反应温度,从顶端进入反应器3与催化剂接触,反应原料在催化剂的作用下,生成富含丙烷的液化气,同时副产一部分高辛烷值汽油,反应后产物在换热器4与原料换热后经过冷却,进入闪蒸罐5分离成气液两相,罐顶富气经过压缩机压缩后进入吸收解吸塔6,燃料气由塔顶管线9排出,塔底物料与闪蒸罐5底部分离出的液体进入稳定塔7中部,在稳定塔7中将液化气和高辛烷值汽油组分分离,富含丙烷的液化气由管线10排出,稳定塔7底排出的汽油组分,一部用泵送回吸收解吸塔6作为吸收剂,其余由管线8排出作为成品汽油送出装置。
下面通过实例进一步详细说明本发明,但本发明并不限于此。
实例1
制备本发明所用的催化剂。
取130克氧化硅/氧化铝摩尔比为56的HZSM-5沸石粉(建厂分子筛厂生产),70克氢氧化铝粉(齐鲁催化剂厂生产,干基氧化铝含量75质量%),加入90毫升水和4毫升浓度为1质量%的硝酸溶液捏合,挤条成型,110℃干燥4小时、550℃焙烧4小时。然后装入管式反应器内,常压下在空气流中升温至550℃通入水蒸汽处理4小时,总进水量为300克。制得的催化剂A的组成及α值见表1。
实例2
取130克氧化硅/氧化铝摩尔比为30的氢型MCM-22沸石粉(建厂分子筛厂生产),70克氢氧化铝粉(齐鲁催化剂厂生产,干基氧化铝含量75质量%),加入90毫升水和4毫升浓度为1质量%的硝酸溶液捏合,挤条成型,110℃干燥4小时、550℃焙烧4小时。然后装入管式反应器内,常压下在空气流中升温至550℃通入水蒸汽处理4小时,总进水量300克。制得的催化剂B的组成及α值见表1。
实例3
取100克氧化硅/氧化铝摩尔比为100的HZSM-5沸石粉,100克氢氧化铝粉(齐鲁催化剂厂生产,干基氧化铝含量75质量%),加入90毫升水和4毫升浓度为1.0质量%的硝酸溶液捏合,挤条成型,110℃干燥4小时,550℃焙烧4小时。然后装入管式反应器内,常压下在空气流中升温至550℃通入水蒸汽处理4小时,总进水量300克。制得的催化剂C的组成及α值见表1。
实例4
取130克氧化硅/氧化铝摩尔比为56的HZSM-5沸石粉、70克硅溶胶(齐鲁催化剂厂生产,SiO2含量为75质量%),加入90毫升水和4毫升浓度为1质量%的硝酸溶液捏合,挤条成型,110℃干燥4小时、550℃焙烧4小时。然后装入管式反应器内,常压下在空气流中升温至550℃通入水蒸汽处理4小时,总进水量300克。制得的催化剂D的组成及α值见表1。
实例5
取65克氧化硅/氧化铝摩尔比为56的HZSM-5沸石粉、65克氧化硅/氧化铝摩尔比为30的氢型MCM-22沸石粉(建长分子筛厂生产),70克氢氧化铝粉(齐鲁催化剂厂生产,干基氧化铝含量75质量%),加入90毫升水和4毫升浓度为1.0质量%的硝酸溶液捏合,挤条成型,110℃干燥4小时,550℃焙烧4小时。装入管式反应器内,常压下在空气流中升温至550℃通入水蒸汽处理4小时,总进水量400克。制得的催化剂E的组成及α值见表1。
表1
实例6~8
在三个相同的10毫升反应器中,各装填7克催化剂A。在相同的条件下分别将异丁烷、正丁烷和液化气送入三个反应器中进行反应,其中液化气组成见表2。反应条件:原料进料质量空速0.5h-1、温度400℃、压力0.3MPa,反应产物送入水冷却器,分离为气液两相,分别计量并进行组成分析,反应结果见表3。
表2
烃类名称 | 含量,m% |
异丁烷 | 75.52 |
正丁烷 | 22.06 |
丁烯 | 2.42 |
表3
实例号 | 6 | 7 | 8 |
反应原料 | 异丁烷 | 正丁烷 | 液化气 |
丁烷转化率,m% | 56.37 | 57.02 | 64.81 |
H2+CH4+C2烃产率,%, | 2.06 | 1.82 | 2.95 |
(C3+C4)烃产率,m% | 85.03 | 85.23 | 85.90 |
丙烷产率,m% | 41.40 | 42.25 | 51.56 |
C5 +汽油产率,m% | 12.91 | 12.95 | 11.15 |
C5 +汽油中烯烃含量,m% | 0.85 | 0.88 | 1.32 |
C5 +汽油中苯含量,m% | 1.10 | 1.16 | 1.25 |
C5 +稳定汽油RON | 91.8 | 91.6 | 92.0 |
由表3可知,三种原料均可以生产大量丙烷,丙烷产率达到40质量%以上,同时副产RON辛烷值大于90的稳定汽油,产率达到10质量%以上。
实例9~11
在三个相同的10毫升反应器中,各装填7克催化剂A。将不同比例的异丁烷和正丁烷混合,配制成三批异丁烷含量分别为20m%、50m%、80m%的混合原料,分别送入三个反应器中进行反应。按实例6的方法进行丁烷转化反应,结果见表4。
表4
实例号 | 9 | 10 | 11 |
反应原料异丁烷含量,m% | 20 | 50 | 80 |
H2+CH4+C2烃产率,m% | 2.02 | 1.89 | 1.77 |
(C3+C4)烃产率,m% | 85.33 | 85.50 | 85.67 |
丙烷产率,m% | 41.57 | 41.78 | 41.98 |
C5 +汽油产率,m% | 12.65 | 12.61 | 12.56 |
C5 +汽油中烯烃含量,m% | 0.78 | 0.77 | 0.76 |
C5 +汽油中苯含量,m% | 1.05 | 1.08 | 1.02 |
C5 +稳定汽油RON | 91.9 | 92.1 | 91.7 |
由表4可知,三种不同异丁烷含量的混合原料,均可以生产大量丙烷,丙烷产率达到40质量%以上,同时副产部分RON辛烷值大于90的稳定汽油,产率达到10质量%以上。
实例12~14
在三个相同的10毫升反应器中,各装填7克催化剂A,以异丁烷为反应原料,在进料质量空速为0.5h-1、压力为0.3MPa的条件下,考察反应温度对反应的影响,结果见表5。
表5
实例号 | 12 | 13 | 14 |
反应温度,℃ | 350 | 400 | 450 |
H2+CH4+C2烃产率,m% | 1.38 | 2.06 | 4.65 |
(C3+C4)烃产率,m% | 86.60 | 85.03 | 82.79 |
丙烷产率,m% | 32.86 | 41.42 | 55.05 |
C5 +汽油产率,m% | 12.02 | 12.91 | 12.57 |
C5 +汽油中烯烃含量,m% | 0.92 | 0.69 | 0.62 |
C5 +汽油中苯含量,m% | 1.01 | 1.32 | 1.38 |
C5 +稳定汽油RON | 91.3 | 92.3 | 92.8 |
从表5可知,随反应温度的升高,丙烷产率增加,反应温度为450℃时可达55质量%,C5 +汽油产率和汽油辛烷值变化不大,但干气产率会有所增加,但仍小于5质量%。说明在干气收率可以接受的情况下,适当提高反应温度有利于增加丙烷产率。
实例15~17
在三个相同的10毫升反应器中,各装填7克催化剂A。以异丁烷为反应原料,在进料质量空速0.5h-1、温度为400℃的条件下,考察压力对反应的影响,结果见表6。
表6
实例号 | 15 | 16 | 17 |
反应压力,MPa | 0.1 | 0.3 | 1.0 |
H2+CH4+C2烃产率,m% | 1.98 | 2.06 | 2.65 |
(C3+C4)烃产率,m% | 85.81 | 85.03 | 85.78 |
丙烯产率,m% | 30.86 | 41.42 | 60.05 |
C5 +汽油产率,m% | 12.21 | 12.91 | 11.57 |
C5 +汽油中烯烃含量,m% | 0.76 | 0.69 | 0.83 |
C5 +汽油中苯含量,m% | 1.35 | 1.32 | 1.25 |
C5 +稳定汽油RON | 92.3 | 92.3 | 92.2 |
从表6结果可知,随反应压力的提高,丙烷产率增加明显,反应压力1.0MPa时可达到60质量%,C5 +汽油产率和汽油辛烷值变化不大,干气产率小于5%。说明适当提高反应压力有利于增加丙烷产率。
实例18~20
在三个相同的10毫升反应器中,各装填7克催化剂A。以异丁烷为反应原料,在温度为400℃、压力0.3MPa的条件下,考察进料质量空速对反应的影响,结果见表7。
表7
实例号 | 18 | 19 | 20 |
进料质量空速,h-1 | 0.2 | 0.5 | 2.0 |
H2+CH4+C2烃产率,m% | 2.38 | 2.06 | 1.65 |
(C3+C4)烃产率,m% | 83.84 | 85.03 | 87.78 |
C5 +汽油产率,m% | 13.78 | 12.91 | 10.57 |
丙烷产率,m% | 52.86 | 41.42 | 39.05 |
C5 +汽油中烯烃含量,m% | 0.57 | 0.69 | 0.97 |
C5 +汽油中苯含量,m% | 1.37 | 1.32 | 1.20 |
C5 +稳定汽油RON | 92.8 | 92.3 | 92.0 |
从表7可知,随进料质量空速的提高,丙烷产率和汽油产率均有所降低,干气产率也稍有降低。说明适当降低进料质量空速有利于增加丙烷和芳烃产率。
实例21~25
在10毫升反应器中,装填7克催化剂。以异丁烷为反应原料,在400℃、进料质量空速0.5h-1、压力0.3MPa的条件下,考察本发明催化剂的反应性能,结果见表8。
表8
实例号 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 |
催化剂编号 | A | B | C | D | E |
H2+CH4+C2烃产率,m% | 2.06 | 3.06 | 1.62 | 2.04 | 3.09 |
(C3+C4)烃产率,m% | 85.03 | 84.26 | 85.28 | 84.97 | 81.65 |
C5 +汽油产率,m% | 12.91 | 12.68 | 13.10 | 12.99 | 15.26 |
丙烷产率,m% | 41.40 | 44.89 | 38.86 | 40.53 | 45.02 |
C5 +汽油中烯烃含量,m% | 0.69 | 0.62 | 1.02 | 0.68 | 0.52 |
C5 +汽油中苯含量,m% | 1.32 | 1.42 | 1.02 | 1.33 | 1.44 |
C5 +稳定汽油RON | 91.8 | 92.0 | 90.6 | 91.9 | 92.1 |
Claims (10)
1.一种利用丁烷生产丙烷和汽油的方法,包括使含丁烷的原料在非临氢、0.1~3.0MPa、300~600℃,进料质量空速为0.1~10.0h-1的条件下与丁烷转化催化剂接触反应,所述的丁烷转化催化剂包括20~85质量%的中孔硅铝沸石和15~80质量%的粘结剂,所述催化剂的α值为25~50,所述含丁烷的原料为正丁烷、异丁烷或二者的混合物,或者是富含丁烷的低烯烃含量的液化气。
2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于丁烷转化反应的温度为350~500℃。
3.按照权利要求1所述的方法,其特征在于丁烷转化反应的压力为0.2~1.5MPa。
4.按照权利要求1所述的方法,其特征在于丁烷转化反应的进料质量空速为0.1~2.5h-1。
5.按照权利要求1所述的方法,其特征在于所述的催化剂包括45~85质量%的中孔硅铝沸石和15~55质量%的粘结剂。
6.按照权利要求1所述的方法,其特征在于所述催化剂中的中孔硅铝沸石选自ZSM-5、ZSM-11、ZSM-12、ZSM-35、MCM-22和MCM-41沸石中的一种或其中的任意两种或几种。
7.按照权利要求6所述的方法,其特征在于所述的ZSM-5的氧化硅/氧化铝摩尔比为20~200。
8.按照权利要求6所述的方法,其特征在于所述的MCM-22的氧化硅/氧化铝摩尔比为10~100。
9.按照权利要求1所述的方法,其特征在于所述的粘结剂为氧化铝或二氧化硅。
10.按照权利要求1所述的方法,其特征在于所述催化剂的α值为25~40。
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