CN104107710A - 无粘结剂zsm-5分子筛催化剂及其制备和用途 - Google Patents

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任丽萍
滕加伟
李斌
徐建军
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China Petroleum and Chemical Corp
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Abstract

本发明涉及一种无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂及其制备和用途，主要解决现有技术制备的ZSM-5分子筛中含有粘结剂时活性较低、不含粘结剂时强度较差的问题，本发明通过采用一种无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂，以重量百分比计，包括以下组分：a）90～100%型状指数为3~100的ZSM-5分子筛，其中型状指数定义为分子筛晶体三维方向上最长边和最短边长度的比值；b）0～5%的P元素或其氧化物；c）0~5%的V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni中的至少一种元素或其氧化物的技术方案，较好地解决了该问题，制得的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂可用于甲醇制丙烯的工业生产中。

Description

无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂及其制备和用途
技术领域
本发明涉及一种无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂及其制备和用途。
背景技术
沸石分子筛因其均匀有序的微孔、大的比表面、高的水热稳定性等优点，而被广泛用于催化领域。沸石粉体由于颗粒尺寸过小，在实际应用中很不方便，存在难回收、易失活和聚集等弱点，因此需要预先进行成型。成型过程中一般需要加入粘结剂，粘结剂含量一般占催化剂总重量的30~40%，甚至更高，使催化剂具有某种特定的形状和一定的机械强度，从这点来说，粘结剂是必要的。然而粘结剂一般是惰性组分，粘结剂的加入实质上也对分子筛的活性中心具有“稀释”作用，使得实际反应空速变大，导致催化剂失活加快。另外，粘结剂对分子筛具有一定堵孔作用，对扩散性能有影响。无粘结剂沸石分子筛是指沸石颗粒中不含惰性粘结剂或者只含有少量粘结剂（粘结剂含量一般小于等于5%），具有较高的沸石含量，因此可利用的有效表面积较大，具有更好的催化性能。另外，无粘结剂沸石分子筛其实就是将分子筛成型过程中所加入的粘结剂转化成分子筛的有效组分，这样就保持了成型分子筛的高强度。
ZSM-5分子筛以其独特的孔道结构和良好的催化性能使其在众多催化反应中得到广泛应用。文献US4025576报道了一种以甲醇为原料，采用Zn改性的ZSM-5分子筛为催化剂制备汽油的方法，该分子筛催化剂采用氧化铝为粘结剂，粘结剂含量35%。粘结剂转化法是制备无粘结剂分子筛的方法之一，专利ZL 94112035.X报道了一种无粘结剂疏水型硅沸石的制备方法，通过将ZSM-5型疏水硅沸石粉体与含二氧化硅的粘结剂混合成型干燥后，于有机胺蒸汽或有机季铵碱水溶液中，经晶化处理、焙烧制得一种无粘结剂的疏水型硅沸石。上述方法采用了单一模板剂，并且没有涉及分子筛的形貌特征。我们针对甲醇制丙烯的特定反应，采用了具有一定型状指数的ZSM-5分子筛原粉，并且采用含有卤化有机胺和烷基二胺的混合模板剂，把含有一定型状指数的ZSM-5分子筛和粘结剂的混合物转化为一体化的新型无粘结剂ZSM-5分子筛。所制备的一体化无粘结剂ZSM-5分子筛同时具有较多的大孔结构，能够在实际催化反应中与分子筛晶内微孔发挥协同作用，例如以微孔作为反应场所，大孔作为反应物分子的运输通道，从而在一定程度上消除了扩散限制，使分子筛能够得到更有效的利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是现有甲醇转化制丙烯反应的催化剂稳定性差、丙烯选择性不高的问题，提供一种无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂。该催化剂用于甲醇转化制丙烯反应时，具有催化剂稳定性高、产物丙烯选择性高的特点。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的甲醇转化制丙烯催化剂的制备方法。该方法具有原料成本低，制备工艺简单易行的特点。
本发明所要解决的技术问题之三是现有甲醇转化制丙烯反应的催化剂稳定性差、丙烯选择性不高的问题，提供一种新的甲醇转化制丙烯的方法。该方法用于甲醇转化制丙烯反应时，具有催化剂稳定性高、产物丙烯选择性高的特点。
为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂，以重量百分比计，包括以下组分：
a）90～100%型状指数为3~100的ZSM-5分子筛，其中型状指数定义为分子筛晶体三维方向上最长边和最短边长度的比值；
b）0～5%的P元素或其氧化物；    
c）0~5%的V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni中的至少一种元素或其氧化物。
上述技术方案中，优选的技术方案为，所述的ZSM-5分子筛的型状指数为5~60，硅铝分子摩尔比为20~400。其中ZSM-5分子筛的型状指数优选为5~20，P来源选自磷酸、磷酸二氢铵、磷酸三甲酯中的至少一种。修饰元素中的V来源选自钒酸铵，其余几种选自硝酸盐或盐酸盐。
优选的技术方案为，以催化剂重量百分比计，包括以下组分：
a）92～98%型状指数为3~20的ZSM-5分子筛；
b）0.01～4%的P或其氧化物；    
c）0.01~4%的V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni中的至少一种元素或其氧化物。
更优选的技术方案为，以催化剂重量百分比计，包括以下组分：
a）94～98%型状指数为3~10的ZSM-5分子筛；
b）0.1～2%的P或其氧化物；    
c）0.1~2%的V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni中的至少一种元素或其氧化物。
 
为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂的制备方法，包括以下步骤：
a) 以成型焙烧后的催化剂重量计，把20~80%的型状指数为3~100的NaZSM-5分子筛原粉、2~20%的铝的化合物和10~70%的氧化硅混合成型干燥后，得到成型催化剂前体混合物                                                ，其中混合物中铝的化合物重量含量小于氧化硅的重量含量；
b) 将混合物置于含有选自氨水、乙二胺、三乙胺、正丁胺、己二胺、四丙基溴化铵或四丙基氢氧化铵中至少一种模板剂蒸气中，在100~200℃晶化10~200小时后，得到无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂前体；
c) 催化剂前体在20～90℃下与5～10重量%的铵盐水溶液进行交换，洗涤、干燥后，于400～700℃下焙烧2～8小时，得到无粘结剂HZSM-5分子筛催化剂前体；
d）采用0～5%的P元素对催化剂前体进行改性，得到P修饰的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂前体；
e）取含0~5%的V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni至少一种可溶性溶液，将步骤d）得到的催化剂前体在上述金属盐溶液中浸渍1～48小时，在40～100℃干燥后于450～700℃焙烧即得所需无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂；
其中，以成型焙烧后的催化剂重量计，模板剂的用量为5~200%，铝的化合物选自铝盐、铝的氧化物、铝的含水氧化物或铝的氢氧化物中的至少一种；铵盐选自硝酸铵或氯化铵中的至少一种。
上述技术方案中，优选的技术方案为，P来自于磷酸、磷酸二氢铵、磷酸三甲酯中的至少一种；V选自钒酸铵，Cr、Mn、Fe、Co、Ni选自其硝酸盐或盐酸盐。
优选的技术方案为，无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂的制备方法，包括以下步骤：
a) 以成型焙烧后的催化剂重量计，把30~80%的型状指数为3~100的NaZSM-5分子筛原粉、2~10%的铝的化合物和15~60%的氧化硅混合成型干燥后，得到成型催化剂前体混合物，其中混合物中铝的化合物重量含量小于氧化硅的重量含量；
b) 将混合物置于含有选自氨水、乙二胺、三乙胺、正丁胺、己二胺、四丙基溴化铵或四丙基氢氧化铵中至少一种模板剂蒸气中，在120~180℃晶化20~100小时后，得到无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂前体；
c) 催化剂前体在60～90℃下与5～10重量%的铵盐水溶液进行交换，洗涤、干燥后，于500～600℃下焙烧3～8小时，得到无粘结剂HZSM-5分子筛催化剂前体；
d）采用0.01～5%的P元素对催化剂前体进行改性，得到P修饰的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂前体；
e）取含0.01~5%的V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni至少一种可溶性溶液，将步骤d）得到的催化剂前体在上述金属盐溶液中浸渍2～40小时，在80～100℃干燥后于450～600℃焙烧即得所需无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂；
其中，以成型焙烧后的催化剂重量计，模板剂的用量为10~100%，铝的化合物选自铝盐、铝的氧化物、铝的含水氧化物或铝的氢氧化物中的至少一种；铵盐选自硝酸铵或氯化铵中的至少一种。
更优选的技术方案为，无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂的制备方法，包括以下步骤：a) 以成型焙烧后的催化剂重量计，把30~80%的型状指数为3~100的NaZSM-5分子筛原粉、2~15%的铝的化合物和20~60%的氧化硅混合成型干燥后，得到成型催化剂前体混合物，其中混合物中铝的化合物重量含量小于氧化硅的重量含量；b) 将混合物置于含有选自氨水、乙二胺、三乙胺、正丁胺、己二胺、四丙基溴化铵或四丙基氢氧化铵中至少一种模板剂蒸气中，在130~180℃晶化20~80小时后，得到无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂前体；c) 催化剂前体在80～90℃下与5～10重量%的铵盐水溶液进行交换，洗涤、干燥后，于500～600℃下焙烧3～6小时，得到无粘结剂HZSM-5分子筛催化剂前体；d）采用0.1～5%的P元素对催化剂前体进行改性，得到P修饰的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂前体；e）取含0.1~5%的V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni至少一种可溶性溶液，将步骤d）得到的催化剂前体在上述金属盐溶液中浸渍2～40小时，在80～100℃干燥后于500～600℃焙烧即得所需无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂；其中，以成型焙烧后的催化剂重量计，模板剂的用量为10~80%，铝的化合物选自铝盐、铝的氧化物、铝的含水氧化物或铝的氢氧化物中的至少一种；铵盐选自硝酸铵。
为了解决上述技术问题之三，本发明采用的技术方案如下：一种甲醇制丙烯的方法，以甲醇水溶液为原料，在反应温度为400～600℃，反应压力为0.01～5MPa，甲醇重量空速为0.5～15小时-1，水与甲醇的质量比为（0.1～5）:1的条件下，原料通过催化剂床层，与上述的任意一种催化剂接触，进行甲醇转化生成丙烯。
上述技术方案中，优选的技术方案为，在反应温度为450～550℃，反应压力为0.01～2MPa，甲醇重量空速为0.5～10小时-1，水与甲醇的质量比为（0.1～3）:1的条件下，原料通过催化剂床层。优选的技术方案为，所述的甲醇制丙烯的方法，在反应温度为450～550℃，反应压力为0.01～1MPa，甲醇重量空速为0.5～5小时-1，水与甲醇的质量比为（0.1～2）:1的条件下，原料通过催化剂床层，反应生成丙烯。
更优选的技术方案为，以甲醇水溶液为原料，在反应温度为460～570℃，反应压力为0.1～1MPa，甲醇重量空速为0.5～8小时-1，水与甲醇的质量比为0.1～2:1的条件下，原料通过催化剂床层，进行甲醇转化生成丙烯。
具有一定型状指数的ZSM-5分子筛采用水热法合成：以四丙基溴化胺或四丙基氢氧化铵为模板剂，硝酸铝或硫酸铝为铝源，水玻璃或正硅酸乙酯为硅源，先将原料充分水解，再转移到不锈钢高压釜内，在适当的矿化度及碱度、水热条件下，控制分子筛晶体的生长方向，80～200℃晶化30～100小时，按不同的原料配比，可以得到硅铝摩尔比（SiO2/Al2O3）为200～800、型状指数为5~80的ZSM-5分子筛。型状指数的测定采用扫描电镜或透射电镜。
目前，由甲醇转化制丙烯反应中存在催化剂稳定性不高、丙烯选择性偏低的问题，这主要是由于所用ZSM-5分子筛晶粒形貌单一且含有大量粘结剂，扩散性能较差，当反应中间物或产物分子通过时，容易在其中产生滞留，使进入孔道内的反应物分子不易扩散出来而造成不需要的深度副反应，逐渐聚集结焦，堵塞分子筛孔道，从而使催化剂活性大大降低，最终导致催化剂失活。我们采用具有一定型状指数的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂解决了这个问题，产物在分子筛孔道内迅速扩散，大分子产物结焦程度明显降低，催化剂稳定性明显提高。
本发明甲醇转化制丙烯的催化剂有效克服了现有技术中催化剂稳定性差和丙烯选择性低的缺点，通过优化反应条件，催化剂稳定性超过1600小时，丙烯选择性达到44%以上，取得了较好的技术效果。
下面通过实施例对本发明作进一步阐述。
具体实施方式
【实施例1】
以四丙基溴化胺为模板剂，硝酸铝为铝源，硅溶胶为硅源，首先将原料按摩尔比SiO2/Al2O3=200；OH－/SiO2=0.3；R/SiO2=0.5；H2O/SiO2=40的比例混合，室温下水解完全，装入不锈钢反应釜，在水热条件下，控制分子筛晶体的生长方向，100℃晶化60小时，得到硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为200、型状指数为50的NaZSM-5分子筛。
称取70克上述硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为200、型状指数为50的NaZSM-5分子筛、5克白炭黑、6.5克氧化铝，加入62.5 克的硅溶胶(SiO2质量百分含量为40%)进行混捏成型，成型催化剂在100℃烘3小时。反应釜中预先加入15克的三乙胺、10克乙二胺和10克蒸馏水，将60克上述制备的圆柱状产物置于反应釜中多孔不锈钢网上方密封后在120℃下进行气固相处理3天。
产物取出后用蒸馏水洗涤，晾干后在空气气氛中于550℃焙烧，再于80℃5%硝酸铵溶液中交换三次，烘干后于550℃马弗炉中焙烧8小时，得到型状指数为50的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂。
 
【实施例2】
以四丙基氢氧化胺为模板剂，硫酸铝为铝源，水玻璃为硅源，原料按摩尔比SiO2/Al2O3=500；OH－/SiO2=0.05；R/SiO2=1.5；H2O/SiO2=10的比例混合，采用实施例1中所述方法，80℃晶化100小时，得到硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为500、型状指数为3的NaZSM-5分子筛。
称取50克上述硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为500、型状指数为3的NaZSM-5分子筛，2.8克偏铝酸钠，加入90克硅溶胶（SiO2质量百分含量为40%）进行混捏成型，成型催化剂在100℃烘3小时。反应釜中预先加入50克的三乙胺和10克蒸馏水，将60克上述制备的圆柱状产物置于反应釜中多孔不锈钢网上方密封后在180℃下进行气固相处理5天。
产物取出后用蒸馏水洗涤，晾干后在空气气氛中于550℃焙烧，再于90℃5%氯化铵溶液中交换三次，烘干后于600℃马弗炉中焙烧4小时，得到型状指数为3的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂。
取10克含P 0.5%的磷酸溶液，等体积浸渍上述10克无粘结剂分子筛催化剂24小时，于80℃烘箱中烘干，500℃焙烧4小时，即得所需0.5%P修饰的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂。
 
【实施例3】
以四丙基氢氧化胺和氨水为模板剂，铝酸钠为铝源，硅溶胶为硅源，原料按摩尔比SiO2/Al2O3=300；OH－/SiO2=0.08；R/SiO2=0.5；H2O/SiO2=20的比例混合，采用实施例1中所述方法，180℃晶化40小时，得到硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为300、型状指数为60的NaZSM-5分子筛。
称取10克上述SiO2/Al2O3为300、型状指数为60的NaZSM-5分子筛、120克白炭黑、4.2克硫酸铝，加入175 克的硅溶胶(SiO2质量百分含量为40%)进行混捏成型，成型催化剂在100℃烘3小时。反应釜中预先加入30克乙胺和3克蒸馏水的混合物，将20克上述制备的圆柱状产物置于反应釜中多孔不锈钢网上方密封后在100℃下分别进行气固相处理8天。
产物取出后用蒸馏水洗涤，晾干后在空气气氛中于550℃焙烧。再于90℃5%硝酸铵溶液中交换三次，烘干后于500℃马弗炉中焙烧4小时，得到型状指数为60的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂。
取10克含P 1%的磷酸二氢铵溶液，等体积浸渍上述10克无粘结剂分子筛催化剂24小时，于80℃烘箱中烘干，500℃焙烧4小时，即得所需1%P修饰的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂。
 
【实施例4】
以四乙基氯化铵和氨水为模板剂，磷酸铝为铝源，水玻璃为硅源，原料按摩尔比SiO2/Al2O3=600；OH－/SiO2=1.0；R/SiO2=0.06；H2O/SiO2=50的比例混合，采用实施例1中所述方法，200℃晶化30小时，得到硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为600、型状指数为80的NaZSM-5分子筛。
称取30克上述硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为600、型状指数为80的NaZSM-5分子筛，4.2克硝酸铝，加入60克硅溶胶（SiO2质量百分含量为40%）进行混捏成型，成型催化剂在100℃烘3小时。反应釜中预先加入15克的己二胺和10克蒸馏水的混合物，将10克上述制备的圆柱状产物置于反应釜中多孔不锈钢网上方密封后在150℃下进行气固相处理5天。
产物取出后用蒸馏水洗涤，晾干后在空气气氛中于550℃焙烧。再于80℃10%硝酸铵溶液中交换三次，烘干后于550℃马弗炉中焙烧4小时，得到型状指数为80的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂。
取10克含P 5%的磷酸三甲酯溶液，等体积浸渍上述10克无粘结剂分子筛催化剂24小时，于80℃烘箱中烘干，500℃焙烧4小时，即得所需5% P修饰的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂。
 
【实施例5】
以四乙基氯化铵为模板剂，铝酸钠为铝源，正硅酸乙酯为硅源，原料按摩尔比SiO2/Al2O3=800；OH－/SiO2=1.5；R/SiO2=0.02；H2O/SiO2=30的比例混合，采用实施例1中所述方法，120℃晶化50小时，得到硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为800、型状指数为10的NaZSM-5分子筛。
称取50克上述SiO2/Al2O3为800、型状指数为10的NaZSM-5分子筛、15克白炭黑、6.5克氧化铝，加入62.5 克的硅溶胶(SiO2质量百分含量为40%)进行混捏成型，成型催化剂在100℃烘3小时。反应釜中预先加入5克正丙胺和50克蒸馏水的混合物，将20克上述制备的圆柱状产物置于反应釜中多孔不锈钢网上方密封后在170℃下分别进行气固相处理3天。
产物取出后用蒸馏水洗涤，晾干后在空气气氛中于550℃焙烧。再于80℃10%硝酸铵溶液中交换三次，烘干后于550℃马弗炉中焙烧4小时，得到型状指数为80的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂。
取10克含P 2%的磷酸溶液，等体积浸渍上述10克无粘结剂分子筛催化剂24小时，于80℃烘箱中烘干，500℃焙烧4小时，即得所需2%P修饰的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂。
 
【实施例6】
以四丙基溴化胺为模板剂，硝酸铝为铝源，硅溶胶为硅源，首先将原料按摩尔比SiO2/Al2O3=200；OH－/SiO2=0.3；R/SiO2=0.5；H2O/SiO2=40的比例混合，室温下水解完全，装入不锈钢反应釜，在水热条件下，控制分子筛晶体的生长方向，100℃晶化60小时，得到硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为200、型状指数为100的NaZSM-5分子筛。
称取70克上述硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为200、型状指数为100的NaZSM-5分子筛、5克白炭黑、6.5克氧化铝，加入62.5 克的硅溶胶(SiO2质量百分含量为40%)进行混捏成型，成型催化剂在100℃烘3小时。反应釜中预先加入15克的三乙胺、10克乙二胺和10克蒸馏水，将60克上述制备的圆柱状产物置于反应釜中多孔不锈钢网上方密封后在120℃下进行气固相处理3天。
产物取出后用蒸馏水洗涤，晾干后在空气气氛中于550℃焙烧，再于80℃5%硝酸铵溶液中交换三次，烘干后于550℃马弗炉中焙烧8小时，得到型状指数为100的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂。
取10克含P 1.5 %的磷酸二氢铵溶液，等体积浸渍上述10克无粘结剂分子筛催化剂24小时，于80℃烘箱中烘干，500℃焙烧4小时，即得所需1.5%P修饰的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂。
 
【实施例7】
以氨水为模板剂，硝酸铝为铝源，正硅酸乙酯为硅源，原料按摩尔比SiO2/Al2O3=500；OH－/SiO2=0.6；R/SiO2=1.2；H2O/SiO2=30的比例混合，采用实施例1中所述方法，150℃晶化40小时，得到硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为500、型状指数为30的NaZSM-5分子筛。
称取50克上述硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为500、型状指数为30的NaZSM-5分子筛，2.8克偏铝酸钠，加入90克硅溶胶（SiO2质量百分含量为40%）进行混捏成型，成型催化剂在100℃烘3小时。反应釜中预先加入50克的三乙胺和10克蒸馏水，将60克上述制备的圆柱状产物置于反应釜中多孔不锈钢网上方密封后在180℃下进行气固相处理5天。
产物取出后用蒸馏水洗涤，晾干后在空气气氛中于550℃焙烧，再于90℃5%氯化铵溶液中交换三次，烘干后于600℃马弗炉中焙烧4小时，得到型状指数为30的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂。
取10克含P 3%的磷酸溶液，等体积浸渍上述10克无粘结剂分子筛催化剂24小时，于80℃烘箱中烘干，500℃焙烧4小时，即得所需3%P修饰的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂。
 
【实施例8】
采用固定床催化反应装置，反应器为不锈钢管，对【实施例7】制备的催化剂进行了甲醇转化制丙烯反应活性评价，考察所用的工艺条件为：催化剂装1.5克，操作温度为500℃，操作压力为0.02MPa，甲醇重量空速为1.0h-1，水/甲醇重量比为1:1。考评结果如表1所示。
 
【实施例9】
将【实施例7】制备的催化剂采用Ni重量百分含量为1%的硝酸镍溶液等体积浸渍24小时，80~100℃烘干，再于500~550℃马弗炉中焙烧3~6小时，即得Ni修饰的催化剂。
采用【实施例8】的条件对上述催化剂进行了甲醇转化制丙烯反应活性评价。考评结果列于表1。
 
【比较例1】
称取40克硅铝摩尔比（SiO2/Al2O3）为500、型状指数为1的NaZSM-5分子筛、2.8克偏铝酸钠，加入90克硅溶胶（SiO2质量百分含量为40%）进行混捏成型，成型催化剂在100℃烘3小时。反应釜中预先加入50克的三乙胺和10克蒸馏水，将60克上述制备的圆柱状产物置于反应釜中多孔不锈钢网上方密封后在180℃下进行气固相处理5天。产物取出后用蒸馏水洗涤，晾干后在空气气氛中于550℃焙烧，再于90℃5%氯化铵溶液中交换三次，烘干后于600℃马弗炉中焙烧4小时，得到型状指数为1的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂。
采用【实施例8】的条件对上述催化剂进行了甲醇转化制丙烯反应活性评价。考评结果列于表1。
表1
【实施例10～13】
按照【实施例8】所用工艺条件对实施例1制备的催化剂进行甲醇转化制丙烯反应活性评价，只是改变反应温度，考评结果列于表2。
 
【实施例14～17】
按照【实施例8】所用工艺条件对实施例2制备的催化剂进行甲醇转化制丙烯反应活性评价，只是改变反应压力，考评结果列于表2。
 
【实施例18～21】
按照【实施例8】所用工艺条件对实施例3制备的催化剂进行甲醇转化制丙烯反应活性评价，只是改变甲醇的重量空速，考评结果列于表2。
 
【实施例22～25】
按照【实施例8】所用工艺条件对实施例5制备的催化剂进行甲醇转化制丙烯反应活性评价，只是改变水/甲醇重量比，考评结果列于表2。
 
表2
【实施例26】
按照 【实施例8】的工艺条件对【实施例7】制备的催化剂进行了甲醇转化制丙烯反应的活性稳定性考察，结果列于表3。
 
【比较例1】
称取50克硅铝摩尔比（SiO2/Al2O3）为500、型状指数为30的NaZSM-5分子筛、2.8克偏铝酸钠，加入90克硅溶胶（SiO2质量百分含量为40%）进行混捏，用直径为1.5毫米的模具挤条成型，晾干，置于100℃烘箱中3小时，于600℃马弗炉中焙烧4小时，去除模板剂，在85℃10%氯化铵溶液中交换三次，烘干后于500℃马弗炉中焙烧8小时，得到硅铝摩尔比500、型状指数为30的含粘结剂HZSM-5分子筛催化剂。
将上述催化剂采用【实施例8】的工艺条件进行了甲醇转化制丙烯反应的活性稳定性考察，结果列于表3。
 
【比较例2】
称取50克硅铝摩尔比（SiO2/Al2O3）为500、型状指数为1的NaZSM-5分子筛、2.8克偏铝酸钠，加入90克硅溶胶（SiO2质量百分含量为40%）进行混捏成型，成型催化剂在100℃烘3小时。反应釜中预先加入50克的三乙胺和10克蒸馏水，将上述制备的圆柱状产物置于反应釜中多孔不锈钢网上方密封后在180℃下进行气固相处理5天。
产物取出后用蒸馏水洗涤，晾干后在空气气氛中于550℃焙烧，再于90℃5%氯化铵溶液中交换三次，烘干后于600℃马弗炉中焙烧4小时，得到硅铝摩尔比500、型状指数为1的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂。
将上述催化剂采用【实施例8】的工艺条件进行了甲醇转化制丙烯反应的活性稳定性考察，结果列于表3。
 
【比较例3】
称取50克硅铝摩尔比（SiO2/Al2O3）为500、型状指数为1的NaZSM-5分子筛、2.8克偏铝酸钠，加入90克硅溶胶（SiO2质量百分含量为40%）进行混捏成型，成型催化剂在100℃烘3小时。于600℃马弗炉中焙烧4小时，去除模板剂，在85℃10%氯化铵溶液中交换三次，烘干后于500℃马弗炉中焙烧8小时，得到硅铝摩尔比500、型状指数为1的含粘结剂HZSM-5分子筛催化剂。
将上述催化剂采用【实施例8】的工艺条件进行了甲醇转化制丙烯反应的活性稳定性考察，结果列于表3。
表3
  型状指数 粘结剂 丙烯选择性(%) 催化剂稳定性(h)
实施例26 30 无 43.8 1520
比较例1 30 含 40.2 1050
比较例2 1 无 39.8 1200
比较例3 1 含 37.6 850

Claims (10)

1.一种无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂，以重量百分比计，包括以下组分：
a）90～100%型状指数为3~100的ZSM-5分子筛，其中型状指数定义为分子筛晶体三维方向上最长边和最短边长度的比值；
b）0～5%的P元素或其氧化物；    
c）0~5%的V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni中的至少一种元素或其氧化物。
2.根据权利要求1所述无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂，其特征在于ZSM-5分子筛的型状指数为5~60，硅铝分子摩尔比为20~400。
3.根据权利要求1所述的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂，其特征在于催化剂，以重量百分比计，包括以下组分：
a）92～98%型状指数为3~20的ZSM-5分子筛；
b）0.01～4%的P或其氧化物；    
c）0.01~4%的V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni中的至少一种元素或其氧化物。
4.根据权利要求1所述的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂，其特征在于催化剂以重量百分比计，包括以下组分：
a）94～98%型状指数为3~10的ZSM-5分子筛；
b）0.1～2%的P或其氧化物；    
c）0.1~2%的V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni中的至少一种元素或其氧化物。
5.权利要求1或3所述无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂的制备方法，包括以下步骤：
a) 以成型焙烧后的催化剂重量计，把20~80%的型状指数为3~100的NaZSM-5分子筛原粉、2~20%的铝的化合物和10~70%的氧化硅混合成型干燥后，得到成型催化剂前体混合物                                                ，其中混合物中铝的化合物重量含量小于氧化硅的重量含量；
b) 将混合物置于含有选自氨水、乙二胺、三乙胺、正丁胺、己二胺、四丙基溴化铵或四丙基氢氧化铵中至少一种模板剂蒸气中，在100~200℃晶化10~200小时后，得到无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂前体；
c) 催化剂前体在20～90℃下与5～10重量%的铵盐水溶液进行交换，洗涤、干燥后，于400～700℃下焙烧2～8小时，得到无粘结剂HZSM-5分子筛催化剂前体；
d）采用0～5%的P元素对催化剂前体进行改性，得到P修饰的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂前体；
e）取含0~5%的V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni至少一种可溶性溶液，将步骤d）得到的催化剂前体在上述金属盐溶液中浸渍1～48小时，在40～100℃干燥后于450～700℃焙烧即得所需无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂；
其中，以成型焙烧后的催化剂重量计，模板剂的用量为5~200%，铝的化合物选自铝盐、铝的氧化物、铝的含水氧化物或铝的氢氧化物中的至少一种；铵盐选自硝酸铵或氯化铵中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂的制备方法，其特征在于P来自于磷酸、磷酸二氢铵、磷酸三甲酯中的至少一种；V选自钒酸铵，Cr、Mn、Fe、Co、Ni选自其硝酸盐或盐酸盐。
7.根据权利要求5所述的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂的制备方法，其特征在于
a) 以成型焙烧后的催化剂重量计，把30~80%的型状指数为3~100的NaZSM-5分子筛原粉、2~10%的铝的化合物和15~60%的氧化硅混合成型干燥后，得到成型催化剂前体混合物，其中混合物中铝的化合物重量含量小于氧化硅的重量含量；
b) 将混合物置于含有选自氨水、乙二胺、三乙胺、正丁胺、己二胺、四丙基溴化铵或四丙基氢氧化铵中至少一种模板剂蒸气中，在120~180℃晶化20~100小时后，得到无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂前体；
c) 催化剂前体在80～90℃下与5～10重量%的铵盐水溶液进行交换，洗涤、干燥后，于500～600℃下焙烧3～8小时，得到无粘结剂HZSM-5分子筛催化剂前体；
d）采用0.01～5%的P元素对催化剂前体进行改性，得到P修饰的无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂前体；
e）取含0.01~5%的V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni至少一种可溶性溶液，将步骤d）得到的催化剂前体在上述金属盐溶液中浸渍2～40小时，在80～100℃干燥后于450～600℃焙烧即得所需无粘结剂ZSM-5分子筛催化剂；
其中，以成型焙烧后的催化剂重量计，模板剂的用量为10~100%，铝的化合物选自铝盐、铝的氧化物、铝的含水氧化物或铝的氢氧化物中的至少一种；铵盐选自硝酸铵或氯化铵中的至少一种。
8.一种甲醇制丙烯的方法，以甲醇水溶液为原料，在反应温度为400～600℃，反应压力为0.01～5MPa，甲醇重量空速为0.5～15小时-1，水与甲醇的质量比为（0.1～5）:1的条件下，原料通过催化剂床层，与权利要求1至4中的任意一种催化剂接触，进行甲醇转化生成丙烯。
9.根据权利要求8所述的甲醇制丙烯的方法，在反应温度为450～550℃，反应压力为0.01～2MPa，甲醇重量空速为0.5～10小时-1，水与甲醇的质量比为（0.1～3）:1的条件下，原料通过催化剂床层。
10.根据权利要求8所述的甲醇制丙烯的方法，在反应温度为450～550℃，反应压力为0.01～1MPa，甲醇重量空速为0.5～5小时-1，水与甲醇的质量比为（0.1～2）:1的条件下，原料通过催化剂床层，反应生成丙烯。
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