CN104437605B - 一种w‑zsm‑5分子筛催化剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种w‑zsm‑5分子筛催化剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种W‑ZSM‑5分子筛催化剂及其制备方法与应用。本发明的W‑ZSM‑5分子筛催化剂是按照以下方法制备的：先将去离子水、碱源、有机模板剂、钨源、硅源按一定比例依次加入烧杯中配制成混合物，其中，硅源与钨源的摩尔比为SiO2/WO3＝50～10000，常温下制成凝胶物质，之后晶化，晶化产物经洗涤、干燥、焙烧，进行离子交换，并再经干燥、焙烧，得到H型W‑ZSM‑5分子筛催化剂。本发明可在碱性体系中直接合成W杂原子分子筛W‑ZSM‑5，其X射线衍射谱图证明W进入分子筛骨架使分子筛的晶胞发生膨胀，晶胞体积增大。该分子筛催化剂用于低碳烯烃裂解反应，具有较高的催化活性和乙烯、丙烯选择性。

Description

一种W-ZSM-5分子筛催化剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种W-ZSM-5分子筛催化剂及其制备方法与应用，具体涉及一种在碱性体系中直接合成进入分子筛骨架中的W杂原子分子筛W-ZSM-5的方法、所制得的W-ZSM-5分子筛催化剂，所述分子筛催化剂用作低碳烯烃的催化裂解催化剂，可提高乙烯丙烯的总收率，特别是提高丙烯的收率。
背景技术
ZSM-5分子筛具有二维十元环孔道，其一为十元环直孔道，另一为具有Zigzag形状的十元环孔道，孔道结构：0.56nm×0.53nm和0.55nm×0.51nm。ZSM-5分子筛独特的孔道结构和酸性，使其被广泛地应用于石油加工、煤化工与精细化工等各类催化领域中。
Mobile公司于1972年首次报道了ZSM-5的合成，在其公开的合成方法(US3,702,886)中，是将硅源、铝源、水、碱和模板剂制备的反应混合物在水热条件下晶化后得到ZSM-5产品。用该方法制备的ZSM-5分子筛，为硅铝分子筛，其应用具有一定局限性。
此后，人们通过大量的研究对ZSM-5分子筛的合成技术进行了改进。其研究方向之一是在分子筛骨架中引入杂原子，即，利用其它元素将分子筛骨架中的铝原子同晶取代，保持分子筛的骨架结构不发生改变。在杂原子分子筛骨架中，由于引入了特定的杂原子例如Fe、Ni、W、Cr、La等过度金属或稀土元素，可以调变母体分子筛的酸性及催化性能。
合成杂原子分子筛一般采用水热合成法。文献(于龙，庞文琴。杂原子W-ZSM-5分子筛的合成与表征。催化学报。1991，12(5)：376-380)按照配料比(摩尔比)SiO2：WO3：TPABr：F：NH3：H2O＝1：(0.0083-0.0615)：0.25：5.5：14.5：100采用水热晶化法合成了W-ZSM-5分子筛，X射线电子探针分析及X射线光电子能谱测定均表明杂原子W存在于分子筛骨架中，该文献合成的分子筛用于催化甲醇氧化反应具有一定的催化活性，但该合成方法使用的F-离子对环境有严重的危害，且由于体系固含量很低导致合成分子筛的效率很低。
文献(徐如人,庞文琴,于吉红.分子筛与多孔材料化学.科学出版社，2004，237～239)系统地研究了在氟离子体系中M-ZSM-5的晶化合成问题，认为过渡金属元素在高pH下不稳定，易水解生成氢氧化物或氧化物沉淀，难于生成较高过渡金属元素含量的杂原子沸石。然而，在氟离子体系中这些过渡金属元素可以生成氟的配合物从而有利于进入分子筛骨架。
文献“固相法合成W-ZSM-5分子筛”(李海岩等人，《工业催化》，2009年12期)通过固相法原位合成了W-ZSM-5分子筛，XRD和红外表征结果表明，部分钨同晶取代硅进入ZSM-5骨架，未进入骨架的钨高度分散在ZSM-5表面。产品晶粒形貌规则，具有较高的比表面积，经过焙烧脱模板剂后仍然保持较高的结晶度。NH3-TPD结果表明，合成的W-ZSM-5总酸量低于Al-ZSM-5。合成的W-ZSM-5分子筛可用于汽油和柴油加氢催化剂，微反结果表明，SiO2/WO3摩尔比为45的W-ZSM-5微反活性与SiO2/Al2O3摩尔比为120的Al-ZSM-5的微反活性接近。该文献未记载其W-ZSM-5分子筛适用于催化低碳烯烃裂解反应。
文献“W-ZSM-5催化剂C4烯烃裂解制丙烯催化性能研究”(张建军等人，《分子催化》，2008年03期)公开了采用浸渍法制备W-ZSM-5催化剂，研究了W的添加对HZSM-5催化剂物化性质的影响，并考察了W-ZSM-5催化剂在C4烯烃催化裂解制丙烯反应中的催化性能。结果表明，W的添加中和了催化剂的部分强酸位，降低了催化剂的酸性和酸强度，抑制了芳构化和氢转移等副反应的发生，增强了催化剂的抗积炭性能，促进了催化裂解过程中歧化反应的发生，有利于提高丙烯的选择性和收率。当W含量为3.2％时，催化剂的丙烯选择性和收率值达到最大，分别为47.4％和41.3％。该现有技术采用浸渍法将W负载于Al-ZSM-5分子筛上，只是对分子筛的改性，W物种并未存在于分子筛的骨架中，而是包覆在ZSM-5分子筛的表面，在超过300℃的高温催化裂化工艺中，很容易造成W升华损失。
现有的W-ZSM-5分子筛及其制备方法，仍有待进一步改进。
发明内容
本发明的目的主要是提供了一种W-ZSM-5分子筛催化剂的制备方法，所制得的催化剂可以用于催化低碳烯烃裂解制乙烯和丙烯。
本发明的另一目的在于提供一种可以用于催化低碳烯烃裂解制乙烯和丙烯的W-ZSM-5分子筛催化剂。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述W-ZSM-5分子筛催化剂催化低碳烯烃裂解制乙烯和丙烯的方法。
一方面，本发明提供了一种W-ZSM-5分子筛催化剂的制备方法，该方法包括：
a、将去离子水、碱源、有机模板剂、钨源、硅源依次加入烧杯中配制成混合物，其中，硅源与钨源的摩尔比为SiO2/WO3＝50～10000；
b、将步骤a的混合物在常温下混合1～24小时，制成凝胶物质；
c、将步骤b的凝胶物质移入密封高压釜中，在100～200℃的温度下晶化1～10天，得到晶化产物；
d、将步骤c所得的晶化产物用去离子水洗涤至滤液pH＝8～9，得到洗涤后的滤饼；
e、将步骤d所得的滤饼在100～120℃下干燥2～5小时，然后在450～600℃下焙烧3～8小时，得到Na型W-ZSM-5分子筛；
f、将步骤e所得的Na型W-ZSM-5分子筛用0.1～8.0摩尔/升的酸溶液或者铵盐，在温度为30～90℃条件下进行离子交换；
g、将步骤f所得产物经去离子水洗涤过滤后的滤饼在100～120℃下干燥2～5小时，然后在450～600℃下焙烧3～8小时，得到H型W-ZSM-5分子筛催化剂。
本发明的方法主要是在碱性体系中直接合成含W杂原子分子筛，所合成的W-ZSM-5分子筛其X射线衍射(XRD)谱图为ZSM-5分子筛的结构，W进入分子筛骨架使分子筛的晶胞发生膨胀，晶胞体积增大。
根据本发明的具体实施方案，本发明的W-ZSM-5分子筛催化剂的制备方法中，步骤a中所述去离子水、碱源、有机模板剂、钨源、硅源的质量比为H2O：Na2O：R：WO3：SiO2＝5.0～60.0：0.5～2.0：0.1～8.0：0.01～0.5：5.0～80.0。其中，碱源是以Na2O计，本领域技术人员可以理解，当采用不同碱源时，应按照1molNa+＝1molK+＝1/2molCa2+＝1molNH4 +换算成相应的Na+的物质的量，再折算成Na2O的质量。
根据本发明的具体实施方案，本发明所制备的W-ZSM-5分子筛催化剂主要是用于催化低碳烯烃裂解制乙烯和丙烯，发明人在研究中发现，制备W-ZSM-5分子筛催化剂时，步骤a中硅源与钨源的摩尔比对于所制得的W-ZSM-5分子筛催化剂催化低碳烯烃裂解时的催化活性和乙烯、丙烯选择性具有重要影响。根据本发明的具体实施方案，可提高SiO2/WO3摩尔比以提高所制得的W-ZSM-5分子筛催化剂催化低碳烯烃裂解时的催化活性和乙烯、丙烯选择性。优选地，本发明的制备W-ZSM-5分子筛催化剂的方法中，步骤a中硅源与钨源的摩尔比为SiO2/WO3＝500～8000。
根据本发明的具体实施方案，本发明的W-ZSM-5分子筛催化剂的制备方法中，所述硅源为单分散二氧化硅、水玻璃、硅胶、硅溶胶、白炭黑、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、硅酸钠等中的一种或者多种的混合物。
根据本发明的具体实施方案，本发明的W-ZSM-5分子筛催化剂的制备方法中，所述钨源为偏钨酸铵、钨酸铵、钨酸钠等氧化钨盐、三氧化钨中的一种或者多种的混合物。
根据本发明的具体实施方案，本发明的W-ZSM-5分子筛催化剂的制备方法中，所述有机模板剂为四丙基氢氧化铵、四丙基溴化铵、三乙胺、乙二胺等有机胺类中的一种或者多种的混合物。
根据本发明的具体实施方案，本发明的W-ZSM-5分子筛催化剂的制备方法中，所述碱源为甲醇钠、乙醇钠等烷基醇钠，氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙等无机碱，三乙胺、三乙醇胺等有机碱中的一种或者多种的混合物。
根据本发明的具体实施方案，本发明的W-ZSM-5分子筛催化剂的制备方法中，所述步骤c中所述晶化温度100～200℃、晶化时间1～10天，优化的晶化温度120～180℃，晶化时间2～8天。另一方面，本发明还提供了一种W-ZSM-5分子筛催化剂，其是按照本发明所述的方法制备得到的。
本发明的W-ZSM-5分子筛催化剂可用于低碳烯烃裂解反应，具有较高的催化活性、稳定性和乙烯、丙烯选择性。而且，本发明还提供了所述的W-ZSM-5分子筛催化剂在催化低碳烯烃转化为乙烯和丙烯中的应用。
具体地，本发明提供了一种低碳烯烃催化裂解制乙烯和丙烯的方法，该方法包括以根据本发明所述的方法制备的W-ZSM-5分子筛催化剂催化低碳烯烃裂解。更具体地，所述低碳烯烃是C4～C8的烯烃，原料中允许含有部分杂质C4～C8的烷烃以及少量(质量含量不超过1.5％)的水分、二烯烃、醇等，烷烃允许含量不大于50％(质量百分含量)。优选地，低碳烯烃是碳四碳五烯烃，包括戊烯、1-丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯和异丁烯的一种或多种；更优选地，低碳烯烃是碳四烯烃，包括1-丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯和异丁烯的一种或多种。
综上所述，本发明提供了一种W-ZSM-5分子筛催化剂及其制备方法与应用。本发明中是在碱性条件下直接合成W-ZSM-5分子筛催化剂，其中，硅源与钨源的摩尔比为SiO2/WO3＝50～10000，所合成的W-ZSM-5分子筛催化剂可直接用于催化低碳烯烃裂解制乙烯和丙烯，只需调节W-ZSM-5分子筛催化剂中钨的含量而不需经过其它任何改性就具有良好的催化性能和乙烯、丙烯选择性。
附图说明
图1为根据对比例1制备得到的ZSM-5分子筛的X-射线衍射谱图。
图2为根据对比例2制备得到的ZSM-5分子筛的X-射线衍射谱图。
图3为根据对比例3制备得到的W-ZSM-5分子筛的X-射线衍射谱图。
图4为根据实施例1制备得到的W-ZSM-5分子筛的X-射线衍射谱图。
图5为根据实施例2制备得到的W-ZSM-5分子筛的X-射线衍射谱图。
图6为根据实施例3制备得到的W-ZSM-5分子筛的X-射线衍射谱图。
图7为根据实施例4制备得到的W-ZSM-5分子筛的X-射线衍射谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施方案并结合具体实施例及附图对本发明进一步加以描述，旨在详细说明本发明技术方案的实施和所具有的有益效果，但不能认定为对本发明的可实施范围的任何限定。
本发明提供的W-ZSM-5分子筛催化剂的制备方法可以通过如下步骤实施：
步骤a，将去离子水、碱源、有机模板剂、钨源、硅源按一定比例依次加入烧杯中配制成混合物，硅源与钨源的摩尔比为SiO2/WO3＝50～10000。其中，所述硅源可以是单分散二氧化硅、水玻璃、硅胶、硅溶胶、白炭黑、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、硅酸钠中的一种或者多种的混合物；所述钨源可以是偏钨酸铵、钨酸铵、钨酸钠中的一种或者多种的混合物；所述有机模板剂可以是四丙基氢氧化铵、四丙基溴化铵、三乙胺、乙二胺等有机胺类中的一种或者多种的混合物；所述碱源可以是甲醇钠、乙醇钠等烷基醇钠，氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙等无机碱，三乙胺、三乙醇胺等有机碱中的一种或者多种的混合物。优选地，制备时，去离子水、碱源、有机模板剂、钨源、硅源的质量比为H2O：Na2O：R：WO3：SiO2＝5.0～60.0：0.5～2.0：0.1～8.0：0.01～0.5：5.0～80.0。
步骤b，将步骤a的混合物在常温下混合1～24小时，制成凝胶物质。
步骤c，将步骤b的凝胶物质移入密封高压釜中，在100～200℃的温度下晶化1～10天。优选地，晶化温度为120～180℃，晶化时间为2～8天，使分子筛晶体可以充分的成核并生长。所述密封高压釜通常是具有Teflon衬里的不锈钢反应釜。
步骤d，将步骤c所得的产物用去离子水洗涤至滤液pH＝8～9，优选地，在进行步骤d前，先对密封高压釜内的晶化产物进行即冷，停止晶化，比如向密封高压釜内喷入接近零度的去离子水，以更好地保持分子筛晶型。
步骤e，将步骤d所得的滤饼在100～120℃下干燥2～5小时，然后在450～600℃下焙烧3～8小时，得到Na型W-ZSM-5分子筛。
步骤f，将步骤d得到的Na型W-ZSM-5分子筛用0.1～8摩尔/升的酸溶液或者铵盐，在温度为30～90℃条件下进行离子交换(该过程中通常控制液固重量比为1～30：1)，以便用氢离子或铵根离子交换出Na型W-ZSM-5分子筛中的钠离子，可以根据离子交换的情况进行一次或多次离子交换，比如1～3次，每次交换的时间为1～2小时，以尽可能完全地交换出钠离子。
步骤g，将步骤f所得产物经去离子水洗涤过滤后的滤饼在100～120℃下干燥2～5小时，然后在450～600℃下焙烧3～8小时，得到H型W-ZSM-5分子筛催化剂。
下面通过实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不仅限定在所举实例。
实施例1
将去离子水、氢氧化钠、四丙基溴化铵、偏钨酸铵、单分散二氧化硅按质量比20.1：1.7：1.3：0.258：40.8依次加入烧杯中配置成混合物。将制得的混合物在常温下搅拌12小时，制得凝胶物质，之后移入晶化釜。升温至170℃，晶化48小时。然后用冰水迅速冷却，停止晶化，并将混合物移出晶化釜。将上述混合物用去离子水洗涤至滤饼pH＝8。在100℃下干燥5h，在550℃空气氛围中焙烧5小时。在90℃下，用1mol/L的硝酸铵溶液交换2次，每次3小时。洗涤3次后在100℃下干燥5h，在550℃空气氛围中焙烧5小时，得到H型W-ZSM-5分子筛催化剂。晶相分析采用X粉末射线衍射仪(岛津公司Shimadzu Lab XRD-6000型)，管电压40KV，管电流40mA，Cu靶，Kα射线，在2θ＝5～50°间连续扫描，扫描速率2°/min。XRD分析(见图4)可知，合成的分子筛催化剂晶粉的X射线衍射分析数据与专利US3,702,866给出的数据相符。
将得到的W-ZSM-5分子筛催化剂压片且筛分至20～40目，在固定床反应装置进行分子筛的催化裂解性能评价，反应条件：温度为580℃，压力为常压，重时空速9h-1。反应原料组成：反2-丁烯48.56％；顺2-丁烯32.54％；正丁烷15.04％；异丁烷1.44％；碳五0.82％；其他1.60％。实验结果见表1。
用JADE软件计算W-ZSM-5分子筛的晶胞参数及晶胞体积，结果见表2。
实施例2
将去离子水、氢氧化钠、四丙基氢氧化铵、钨酸铵、硅胶按质量比15.3：1.7：7.4：0.043：44.2依次加入烧杯中配置成混合物。将制得的混合物在常温下搅拌12小时，制得凝胶物质，之后移入晶化釜。升温至170℃，晶化48小时。然后用冰水迅速冷却，停止晶化，并将混合物移出晶化釜。将上述混合物用去离子水洗涤至滤饼pH＝8。在100℃下干燥5h，在550℃空气氛围中焙烧5小时。在90℃下，用1mol/L的硝酸铵溶液交换2次，每次3小时。洗涤3次后在100℃下干燥5h，在550℃空气氛围中焙烧5小时，得到H型W-ZSM-5分子筛催化剂。X粉末射线衍射仪分析(见图5)结果表明，其晶型结构与ZSM-5分子筛相同。
催化剂评价方法同实施例1，实验结果见表1。
用JADE软件计算W-ZSM-5分子筛的晶胞参数及晶胞体积，结果见表2。
实施例3
将去离子水、氢氧化钠、四丙基氢氧化铵、四丙基溴化铵、偏钨酸铵、白炭黑按质量比18.2：2.0：3.7：1.2：0.028：42.5依次加入烧杯中配置成混合物。将制得的混合物在常温下搅拌12小时，制得凝胶物质，之后移入晶化釜。升温至170℃，晶化48小时。然后用冰水迅速冷却，停止晶化，并将混合物移出晶化釜。将上述混合物用去离子水洗涤至滤饼pH＝8。在100℃下干燥5h，在550℃空气氛围中焙烧5小时。在90℃下，用1mol/L的硝酸铵溶液交换2次，每次3小时。洗涤3次后在100℃下干燥5h，在550℃空气氛围中焙烧5小时，得到H型W-ZSM-5分子筛催化剂。X粉末射线衍射仪分析(见图6)结果表明，其晶型结构与ZSM-5分子筛相同。
催化剂评价方法同实施例1，实验结果见表1。
用JADE软件计算W-ZSM-5分子筛的晶胞参数及晶胞体积，结果见表2。
实施例4
将去离子水、氢氧化钾、氢氧化钠、四丙基溴化铵、偏钨酸铵、硅溶胶按质量比10.5：0.6：0.9：1.6：0.022：75依次加入烧杯中配置成混合物。将制得的混合物在常温下搅拌12小时，制得凝胶物质，之后移入晶化釜。升温至170℃，晶化48小时。然后用冰水迅速冷却，停止晶化，并将混合物移出晶化釜。将上述混合物用去离子水洗涤至滤饼pH＝8。在100℃下干燥5h，在550℃空气氛围中焙烧5小时。在90℃下，用1mol/L的硝酸铵溶液交换2次，每次3小时。洗涤3次后在100℃下干燥5h，在550℃空气氛围中焙烧5小时，得到H型W-ZSM-5分子筛催化剂。X粉末射线衍射仪分析(见图7)结果表明，其晶型结构与ZSM-5分子筛相同。
催化剂评价方法同实施例1，实验结果见表1。
用JADE软件计算W-ZSM-5分子筛的晶胞参数及晶胞体积，结果见表2。
对比例1
将去离子水、氢氧化钠、四丙基溴化铵、单分散二氧化硅按质量比20.1：1.7：1.3：40.8依次加入烧杯中配置成凝胶混合物。将制得的混合物在常温下搅拌12小时，之后移入晶化釜。升温至170℃，晶化48小时。然后用冰水迅速冷却，停止晶化，并将混合物移出晶化釜。将上述混合物用去离子水洗涤至滤饼pH＝8。在100℃下干燥5h，在550℃空气氛围中焙烧5小时。在90℃下，用1mol/L的硝酸铵溶液交换2次，每次3小时。洗涤3次后在100℃下干燥5h，在550℃空气氛围中焙烧5小时，得到H型ZSM-5分子筛催化剂。X粉末射线衍射仪分析(见图1)结果表明，其晶型结构与ZSM-5分子筛相同。
催化剂评价方法同实施例1，实验结果见表1。
用JADE软件计算ZSM-5分子筛的晶胞参数及晶胞体积，结果见表2。
对比例2
将去离子水、氢氧化钠、四丙基溴化铵、偏铝酸钠、单分散二氧化硅按质量比20.1：1.7：1.3：0.271：40.8依次加入烧杯中配置成凝胶混合物。将制得的混合物在常温下搅拌12小时，之后移入晶化釜。升温至170℃，晶化48小时。然后用冰水迅速冷却，停止晶化，并将混合物移出晶化釜。将上述混合物用去离子水洗涤至滤饼pH＝8。在100℃下干燥5h，在550℃空气氛围中焙烧5小时。在90℃下，用1mol/L的硝酸铵溶液交换2次，每次3小时。洗涤3次后在100℃下干燥5h，在550℃空气氛围中焙烧5小时，得到H型ZSM-5分子筛催化剂。X粉末射线衍射仪分析(见图2)结果表明，其晶型结构与ZSM-5分子筛相同。
催化剂评价方法同实施例1，实验结果见表1。
用JADE软件计算ZSM-5分子筛的晶胞参数及晶胞体积，结果见表2。
对比例3
将去离子水、氢氧化钠、四丙基溴化铵、偏铝酸钠、单分散二氧化硅按质量比20.1：1.7：1.3：0.271：40.8依次加入烧杯中配置成凝胶混合物。将制得的混合物在常温下搅拌12小时，之后移入晶化釜。升温至170℃，晶化48小时。然后用冰水迅速冷却，停止晶化，并将混合物移出晶化釜。将上述混合物用去离子水洗涤至滤饼pH＝8。在100℃下干燥5h，在550℃空气氛围中焙烧5小时。在90℃下，用1mol/L的硝酸铵溶液交换2次，每次3小时。洗涤3次后在100℃下干燥5h，在550℃空气氛围中焙烧5小时，得到H型ZSM-5分子筛催化剂。配置一定浓度的偏钨酸铵水溶液，用质量分数为2％的稀硫酸调节pH值为2.0～3.0，加入H型ZSM-5分子筛(液固比4～5)，80℃浸渍2h，120℃干燥12h，580℃焙烧4h，得到W含量为3.2％的催化剂样品。X粉末射线衍射仪分析(见图3)结果表明，其晶型结构与ZSM-5分子筛相同。
催化剂评价方法同实施例1，实验结果见表1。
用JADE软件计算ZSM-5分子筛的晶胞参数及晶胞体积，结果见表2。
表1
样品 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2 对比例3
丁烯转化率(％) 95.4 95.5 94.5 94.3 92.1 93.5 92.1
产物分布(wt％)
乙烯 21.8 21.3 20.6 21.7 19.1 17.0 16.1
丙烯 33.7 34.5 31.9 32.2 22.7 17.5 30.2
乙烯选择性 22.8 22.3 21.8 23.0 20.7 18.2 17.5
丙烯选择性 35.3 36.1 33.8 34.1 24.7 18.7 32.8
乙烯丙烯总收率 55.5 55.8 52.5 53.9 41.8 34.5 46.3
表2
以上实验可以表明，本发明的W-ZSM-5分子筛催化剂用于低碳烯烃裂解反应，具有较高的催化活性和乙烯、丙烯选择性。

Claims (10)

1.一种W-ZSM-5分子筛催化剂的制备方法，该方法包括：
a、将去离子水、碱源、有机模板剂、钨源、硅源依次加入烧杯中配制成混合物，其中，硅源与钨源的摩尔比为SiO2/WO3＝50～10000；并且，步骤a中所述去离子水、碱源、有机模板剂、钨源、硅源的质量比为H2O：Na2O：R：WO3：SiO2＝5.0～60.0：0.5～2.0：0.1～8.0：0.01～0.5：5.0～80.0；其中，所述碱源为烷基醇钠、氢氧化钠、氢氧化钾、三乙胺、三乙醇胺中的一种或者多种的混合物；
b、将步骤a的混合物在常温下混合1～24小时，制成凝胶物质；
c、将步骤b的凝胶物质移入密封高压釜中，在100～200℃的温度下晶化1～10天，得到晶化产物；
d、将步骤c所得的晶化产物用去离子水洗涤至滤液pH＝8～9，得到洗涤后的滤饼；
e、将步骤d所得的滤饼在100～120℃下干燥2～5小时，然后在450～600℃下焙烧3～8小时，得到Na型W-ZSM-5分子筛；
f、将步骤e所得的Na型W-ZSM-5分子筛用0.1～8.0摩尔/升的酸溶液或者铵盐，在温度为30～90℃条件下进行离子交换；
g、将步骤f所得产物用去离子水洗涤过滤后的滤饼在100～120℃下干燥2～5小时，然后在450～600℃下焙烧3～8小时，得到H型W-ZSM-5分子筛催化剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤c中，晶化温度120～180℃，晶化时间2～8天。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤a硅源与钨源的摩尔比为SiO2/WO3＝500～8000。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述硅源为单分散二氧化硅、水玻璃、硅胶、硅溶胶、白炭黑、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、硅酸钠中的一种或者多种的混合物。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述钨源为偏钨酸铵、钨酸铵、钨酸钠、三氧化钨中的一种或者多种的混合物。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述有机模板剂为四丙基氢氧化铵、四丙基溴化铵、三乙胺、乙二胺中的一种或者多种的混合物。
7.一种W-ZSM-5分子筛催化剂，其是按照权利要求1～6任一项所述的方法制备得到的。
8.权利要求7所述的W-ZSM-5分子筛催化剂在催化碳四烯烃转化为低碳烯烃中的应用。
9.一种低碳烯烃催化裂解制乙烯和丙烯的方法，该方法包括以根据权利要求1-6任一项所述的方法制备的W-ZSM-5分子筛催化剂催化低碳烯烃裂解；其中，所述低碳烯烃是C4～C8的烯烃，原料中允许含有部分C4～C8的烷烃以及少量水分、二烯烃、醇，烷烃允许质量含量不大于50％。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述低碳烯烃是碳四烯烃，包括1-丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯和异丁烯的一种或多种。
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