CN104707646A - 一种二甲醚氧化脱氢制备甲苯的催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种二甲醚氧化脱氢制备甲苯的催化剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及制备甲苯的方法,具体的说是一种二甲醚氧化脱氢制备甲苯的催化剂及其制备方法和应用。催化剂是由分子筛、活性组分氧化物、助剂和粘合剂组成,各组分的重量百分组成为:分子筛组分占催化剂重量百分含量为34%-75%,粘合剂占催化剂重量百分含量为2%-30.1%,活性组分氧化物占催化剂重量百分含量为2%-50%,助剂占催化剂重量百分含量为0-5%;所述催化剂应用于二甲醚氧化脱氢制备甲苯。本发明中所用的催化剂为改性的分子筛催化剂。本发明具有工艺过程简单、生产成本低、环保、能耗低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及制备甲苯的方法,具体的说是一种二甲醚氧化脱氢制备甲苯的催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着国民经济的发展,全球范围内对能源的需求不断增加,传统以煤和石油为主的能源消费结构,带来了许多的社会和环境问题,在此背景下,以合成气和煤为基础合成的清洁燃料二甲醚受到了极大的关注。近年来合成气一步法直接制取二甲醚取得实质性的进展,大规模低成本的生产二甲醚成为可能。国外二甲醚生产已具有一定规模,我国二甲醚市场供过于求,产能严重过剩,因此亟需探索以二甲醚为原料生产下游化工产品的问题,即“二甲醚化学”问题。然而,长期以来,二甲醚的应用一直局限在发泡剂、溶剂、冷冻剂、喷雾剂等,还未作为化工原料进行研究,因此以二甲醚为原料生产高附加值产物具有重要的现实意义。
甲苯是有机化工的重要原料,大量用作溶剂和高辛烷值的汽油添加剂。甲苯衍生的一系列中间体,广泛用于染料、医药、火炸药、助剂、香料等精细化工产品的生产。甲苯侧链氯化可得一氯苄、二氯苄、三氯苄及衍生物苯甲醇、苯甲醛和苯甲酰氯,在染料、医药、农药、香料合成中应用广泛。甲苯磺化产品对甲苯磺酸盐、甲苯-2,4-二磺酸,甲苯磺酰氯等,可用于洗涤剂添加剂、化肥防结块添加剂。甲苯的生产主要来源于传统石油路线和甲醇制芳烃工艺,传统石油路线包括催化重整、汽油加氢裂解和轻烃芳构化等工艺,我国石油资源的匮乏造成了原材料石脑油和轻柴油资源的紧张,因此限制了此工艺的发展。而甲醇制芳烃工艺只能获得高选择性的苯、甲苯、二甲苯混合物,无法获得高选择性的甲苯。
以二甲醚为原料可生产多种化工产品主要有:二甲醚制丙烯(天然气化工:C1化学与化工第35卷5期1-4,2010)、二甲醚制甲酸甲酯(CN1300094C),二甲醚制氢气(Applied Catalysis A216(2001)85-90),二甲醚制乙醇(CN102407155A和Green Chemistry15(2013)1501-1504)等方面,二甲醚氧化制甲苯是一个崭新的课题,以金属改性的分子筛为催化剂可制取高选择性的甲苯。
发明内容
本发明的目的是提供一种二甲醚氧化脱氢制备甲苯的催化剂及其制备方法和应用。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种二甲醚氧化脱氢制备甲苯的催化剂,催化剂是由分子筛、活性组分氧化物、助剂和粘合剂组成,各组分的重量百分组成为:分子筛组分占催化剂重量百分含量为34%-75%,粘合剂占催化剂重量百分含量为2%-30.1%,活性组分氧化物占催化剂重量百分含量为2%-50%,助剂占催化剂重量百分含量为0-5%;
所述,分子筛为SAPO-34、HY、ZSM-5、ZSM-22、MCM-22、HMOR或Hβ;粘合剂为拟薄水铝石;活性组分氧化物为WO3、MoO3、Nb2O5、MnO2、CoO、CuO、ZnO、Fe2O3、NiO、Cr2O3和V2O5中的一种或几种的混合;助剂为La、Ti、Dy或Cs。
所述粘合剂为拟薄水铝石,拟薄水铝石按Al2O3计。
一种二甲醚氧化脱氢制备甲苯的催化剂的制备方法,以分子筛为主体,引入金属氧化物活性组分和助剂进行改性,以拟薄水铝石为粘结剂进行成型。
将经金属氧化物活性组分和助剂改性处理的分子筛和粘合剂按照催化剂组成的比例混合,加入稀硝酸(浓度质量3-5%),混合均匀后,在80-150℃下干燥8-12h,再将其在400-600℃焙烧4-8h,破碎至40-60目,即得到成型后的催化剂。
所述以分子筛为主体,引入金属氧化物活性组分和助剂进行改性的方法是:
将含活性组分氧化物的可溶性无机盐的一种或几种溶于蒸馏水,加入含助剂的可溶性无机盐配成溶液;将上述分子筛粉末浸入上述溶液中,静置4-8h,然后在80-150℃下烘干8-12h,再将其在300-600℃焙烧4-10h,即得到金属改性的分子筛;
或,在水热合成上述分子筛中,加入上述含活性组分氧化物的可溶性无机盐及含助剂的可溶性无机盐,陈化24h,陈化后的混合物转移到聚四氟内衬的不锈钢反应釜中,于170—200℃动态晶化36—72h,将产物抽滤和洗涤,所得的白色滤饼在120—150℃下干燥12—36h,500—600℃焙烧4-8h,即得到金属改性的分子筛。
所述含活性组分氧化物可溶性无机盐为偏钨酸铵、钨酸铵、硝酸钼、草酸铌、硝酸锰、硝酸钴、硝酸铜、硝酸锌、硝酸铁、硝酸镍、硝酸铬、偏钒酸铵、硝酸锆;含助剂的可溶性无机盐为硝酸镧、硝酸镝、硫酸钛、硝酸铯。
一种二甲醚氧化脱氢制备甲苯的催化剂的应用,所述催化剂应用于二甲醚氧化脱氢制备甲苯。
进一步的说,将催化剂装入固定床管式反应器中,在二甲醚和氧的摩尔比为(1-6):(1-6)之间,反应空速200-2000h-1,反应温度170~420℃,反应压力为0.1-3Mpa,反应时间为10分钟-10小时的条件下进行氧化反应。
所述的氧为分子氧或过氧化物。所述分子氧为氧气,空气或含有氧的惰性气体;过氧化物为过氧化氢或过氧叔丁醇。
本发明与现有的甲苯生产工艺相比,具有催化剂制备过程简单,生产成本低,环保,能耗低的特点。同时通过本发明的催化剂制备甲苯原料几乎全部转化,甲苯的选择性较高。
具体实施方式
下面结合实施例对发明做出进一步的具体说明,但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
称取50g偏钨酸铵,溶解于10ml去离子水,加入HZSM-22分子筛30g,静置10h,110℃过夜干燥,置于马弗炉550℃焙烧6h,即得到WO3/HZSM-22催化剂粉末。再将上述7.6g催化剂粉末与0.8g拟薄水铝石混合均匀,加入3%(wt)的稀硝酸,混合均匀后,在110℃下干燥8h,再将其在400℃焙烧4h,破碎至40-60目,即得到成型后的WO3/HZSM-22催化剂,其组分重量百分含量为:11.49%WO3,79.56%HZSM-22,9.52%Al2O3。
把以上制得的WO3/HZSM-22催化剂装入固定床反应器中,通入二甲醚和氧气(nDME:nO2=1:1),在反应压力为0.1MPa,反应空速为200h-1,反应温度290℃的条件下,反应30分钟,二甲醚转化率为98%,甲苯选择性为35.6%。
实施例2:
称取25g质量浓度25%的四丙基氢氧化铵(TPAOH)水溶液与120.5g去离子水混合,将0.55g偏铝酸钠加入到上述溶液中,35℃恒温搅拌至澄清,加入17.78g正硅酸乙酯(TEOS),在上述溶液中加入0.14g氢氧化钠,待NaOH溶解后加入0.67g九水硝酸铁和1.18g六水硝酸钴,继续搅拌4h,移入反应釜中,50℃老化2h,160℃晶化48h。晶化结束后,冷却至室温,将反应混合物抽滤,并将所得滤饼洗涤至滤液呈中性,110℃干燥12h,550℃焙烧5h,得到原位改性的Fe2O3-Co2O3/ZSM-5分子筛。
12.6g Fe2O3-Co2O3/ZSM-5分子筛与0.95g拟薄水铝石混合均匀,在100℃下干燥10h,再将其在500℃焙烧8h,破碎至40-60目,即得到成型后的Fe2O3-Co2O3/ZSM-5催化剂,其组分重量百分含量为:1.09%Fe2O3,2.8%Co2O3,89.11%HZSM-5,7.015%Al2O3。
把以上制得的Fe2O3-Co2O3/ZSM-5催化剂装入固定床反应器中,通入二甲醚和含有氧的惰性气体(氩气)(nDME:nO2=1:2),在反应压力为0.1MPa,反应空速为500h-1,反应温度270℃的条件下,反应60分钟,二甲醚转化率为99%,甲苯的选择性为25.7%。
实施例3:
称取6.69g硫酸钛,6.43g偏钒酸铵,33.7g草酸加热溶于75ml去离子水,加入SAPO-34分子筛35g,静置10h,100℃过夜干燥,置于马弗炉550℃焙烧6h,即得到TiO2/V2O5/SAPO-34催化剂粉末。再将上述7.6g催化剂粉末与1.2g拟薄水铝石混合均匀,加入3%的稀硝酸,在110℃下干燥12h,再将其在550℃焙烧6h,破碎至40-60目,即得到成型后的TiO2/WO3/SAPO-34催化剂,其组分重量百分含量为:5.27%TiO2,11.84%V2O5,82.88%SAPO-34,13.64%Al2O3。
把以上制得的TiO2/V2O5/SAPO-34催化剂装入固定床反应器中,通入二甲醚和过氧化氢(nDME:nO2=1:3),在反应压力为0.4MPa,反应空速为800h-1,反应温度200℃的条件下,反应1.5小时,二甲醚转化率为99%,甲苯选择性为10.3%。
实施例4:
称取1.2g钼酸铵,0.5g硝酸镧,0.6g氨水溶于10ml去离子水,加入ZSM-22分子筛10g,静置10h,100℃过夜干燥,置于马弗炉550℃焙烧6h,即得到MoO3/La2O3/ZSM-22催化剂粉末。再将上述7.6g催化剂粉末与2.0g拟薄水铝石混合均匀,加入3%的稀硝酸,混合均匀,在120℃下干燥10h,再将其在600℃焙烧8h,破碎至40-60目,即得到成型后的MoO3/La2O3/ZSM-22催化剂,其组分重量百分含量为:0.60%MO3,1.59%La2O3,74.55%ZSM-22,23.26%Al2O3。
把以上制得的MoO3/La2O3/ZSM-22催化剂装入固定床反应器中,通入二甲醚和氧气(nDME:nO2=1:5),在反应压力为1MPa,反应空速为1200h-1,反应温度220℃的条件下,反应3小时,二甲醚转化率为95.3%,甲苯选择性为13.5%。
实施例5:
称取7.69g硝酸锰和22.28g的硝酸镍,溶解于50ml去离子水,加入MCM-22分子筛10g,静置10h,100℃过夜干燥,置于马弗炉550℃焙烧6h,即得到MnO-NiO/MCM-22催化剂粉末。再将上述7.6g催化剂粉末与2.7g拟薄水铝石混合均匀,加入3%的稀硝酸,混合均匀后,在130℃下干燥9h,再将其在450℃焙烧8h,破碎至40-60目,即得到成型后的MnO-NiO/MCM-22催化剂,其组分重量百分含量为:12.01%MnO,28.03%NiO,40.04%MCM-22,19.92%Al2O3。
把以上制得的MnO-NiO/MCM-22催化剂装入固定床反应器中,通入二甲醚和过氧叔丁醇(nDME:nO2=2:1),在反应压力为1.5MPa,反应空速为1500h-1,反应温度420℃的条件下,反应5小时,二甲醚转化率为75.2%,甲苯选择性为9.6%。
实施例6:
称取43.86g的六水硝酸锌和9.06g硝酸镝,溶解于50ml去离子水,加入HY分子筛10g,静置10h,100℃过夜干燥,置于马弗炉550℃焙烧6h,即得到Dy2O3-ZnO/HY催化剂粉末。再将上述7.6g催化剂粉末与3.62g拟薄水铝石混合均匀,加入3%的稀硝酸,混合均匀后,在140℃下干燥10h,再将其在550℃焙烧6h,破碎至40-60目,即得到成型后的Dy2O3-ZnO/HY催化剂,其组分重量百分含量为:5.0%Dy2O3,20.01%ZnO,50.01%HY,25.01%Al2O3。
把以上制得的Dy2O3-ZnO/HY催化剂装入固定床反应器中,通入二甲醚和氧气(nDME:nO2=3:1),在反应压力为2MPa,反应空速为1800h-1,反应温度280℃的条件下,反应8小时,二甲醚转化率为83.1%,甲苯选择性为12.2%。
实施例7:
称取3.79g硝酸铯、15.11g的钨酸铵和17.42g的五水硝酸锆,溶解于50ml去离子水,加入Hβ分子筛10g,静置10h,100℃过夜干燥,置于马弗炉550℃焙烧6h,即得到Cs2O-WO3-ZrO2/Hβ催化剂粉末。再将上述7.6g催化剂粉末与4.68g拟薄水铝石混合均匀,加入3%(v/v)的稀硝酸,混合均匀后,在150℃下干燥12h,再将其在550℃焙烧8h,破碎至40-60目,即得到成型后的CeO2-WO3-ZrO2/Hβ催化剂,其组分重量百分含量为:6.99%CeO2,10.48%WO3,17.47%ZrO2,34.94%Hβ,38.1%Al2O3。
把以上制得的CeO2-WO3-ZrO2/Hβ催化剂装入固定床反应器中,通入二甲醚和氧气(nDME:nO2=4:1),在反应压力为3MPa,反应空速为2000h-1,反应温度300℃的条件下,反应10分钟,二甲醚转化率为70.5%,甲苯选择性为21.78%。
实施例8:
称取1.74g的硝酸镝和20.33g的九水硝酸铬,溶解于50ml去离子水,加入6g MCM-48和6g HMOR分子筛,静置10h,100℃过夜干燥,置于马弗炉550℃焙烧6h,即得到Dy2O3-Cr2O3/MCM-48&HMOR催化剂粉末。再将上述7.6g催化剂粉末与2.79g拟薄水铝石混合均匀,加入3%的稀硝酸,混合均匀后,在150℃下干燥10h,再将其在550℃焙烧7h,破碎至40-60目,即得到成型后的Dy2O3-Cr2O3/MCM-48&HMOR催化剂,其组分重量百分含量为:3.93%Dy2O3,35.96%Cr2O3,17.03%MCM-48,17.03%HMOR,26.86%Al2O3。
把以上制得的Dy2O3-Cr2O3/MCM-48&HMOR催化剂装入固定床反应器中,通入二甲醚和氧气(nDME:nO2=3:1),在反应压力为0.5MPa,反应空速为600h-1,反应温度300℃的条件下,反应10小时,二甲醚转化率为80.5%,甲苯选择性为32.3%。
Claims (10)
1.一种二甲醚氧化脱氢制备甲苯的催化剂,其特征在于:催化剂是由分子筛、活性组分氧化物、助剂和粘合剂组成,各组分的重量百分组成为:分子筛组分占催化剂重量百分含量为34%-75%,粘合剂占催化剂重量百分含量为2%-30.1%,活性组分氧化物占催化剂重量百分含量为2%-50%,助剂占催化剂重量百分含量为0-5%;
所述,分子筛为SAPO-34、HY、ZSM-5、ZSM-22、MCM-22、HMOR或Hβ;
粘合剂为拟薄水铝石;
活性组分氧化物为WO3、MoO3、Nb2O5、MnO2、CoO、CuO、ZnO、Fe2O3、NiO、Cr2O3和V2O5中的一种或几种的混合;
助剂为La、Ti、Dy或Cs。
2.按权利要求1所述的二甲醚氧化脱氢制备甲苯的催化剂,其特征在于:所述粘合剂为拟薄水铝石,拟薄水铝石按Al2O3计。
3.一种按权利要求1所述的二甲醚氧化脱氢制备甲苯的催化剂的制备方法,其特征在于:以分子筛为主体,引入金属氧化物活性组分和助剂进行改性,以拟薄水铝石为粘结剂进行成型。
4.按权利要求3所述的二甲醚氧化脱氢制备甲苯的催化剂的制备方法,其特征在于:将经金属氧化物活性组分和助剂改性处理的分子筛和粘合剂按照催化剂组成的比例混合,加入稀硝酸(浓度质量3-5%),混合均匀后,在80-150℃下干燥8-12h,再将其在400-600℃焙烧4-8h,破碎至40-60目,即得到成型后的催化剂。
5.按权利要求4所述的二甲醚氧化脱氢制备甲苯的催化剂的制备方法,其特征在于:
所述以分子筛为主体,引入金属氧化物活性组分和助剂进行改性的方法是:
将含活性组分氧化物的可溶性无机盐的一种或几种溶于蒸馏水,加入含助剂的可溶性无机盐配成溶液;将上述分子筛粉末浸入上述溶液中,静置4-8h,然后在80-150℃下烘干8-12h,再将其在300-600℃焙烧4-10h,即得到金属改性的分子筛;
或,在水热合成上述分子筛中,加入上述含活性组分氧化物的可溶性无机盐及含助剂的可溶性无机盐,陈化24h,陈化后的混合物转移到聚四氟内衬的不锈钢反应釜中,于170-—200℃动态晶化36—72h,将产物抽滤和洗涤,所得的白色滤饼在120—150℃下干燥12—36h,500—600℃焙烧4-8h,即得到金属改性的分子筛。
6.按权利要求5所述的二甲醚氧化脱氢制备甲苯的催化剂的制备方法,其特征在于:所述含活性组分氧化物可溶性无机盐为偏钨酸铵、钨酸铵、硝酸钼、草酸铌、硝酸锰、硝酸钴、硝酸铜、硝酸锌、硝酸铁、硝酸镍、硝酸铬、偏钒酸铵、硝酸锆;
含助剂的可溶性无机盐为硝酸镧、硝酸镝、硫酸钛、硝酸铯。
7.一种权利要求1所述的二甲醚选择性氧化制备甲苯的催化剂的应用,其特征在于:
所述催化剂应用于二甲醚氧化脱氢制备甲苯。
8.按权利要求7所述的二甲醚氧化脱氢制备甲苯的催化剂的应用,其特征在于:将催化剂装入固定床管式反应器中,在二甲醚和氧的摩尔比为(1-6):(1-6)之间,反应空速200-2000h-1,反应温度170~420℃,反应压力为0.1-3Mpa,反应时间为10分钟-10小时的条件下进行氧化反应。
9.按权利要求8所述的二甲醚氧化脱氢制备甲苯的催化剂的应用,其特征在于:所述的氧为分子氧或过氧化物。
10.按权利要求9所述的二甲醚氧化脱氢制备甲苯的催化剂的应用,其特征在于:所述分子氧为氧气,空气或含有氧的惰性气体;过氧化物为过氧化氢或过氧叔丁醇。
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Legal Events
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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