CN111116282A - 叔丁醇制烯烃的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种叔丁醇制烯烃的方法,主要解决现有技术无法实现叔丁醇制烯烃的问题。本发明通过采用含叔丁醇的原料在特定的反应条件下,在分子筛催化剂的作用下转化为含乙烯、丙烯、丁烯和水的产物流的技术方案较好地解决了上述问题,可用于低碳烯烃的工业生产中。
Description
技术领域
本发明涉及一种叔丁醇制烯烃的方法。
技术背景
叔丁醇可溶于大多数有机溶剂,如醇类、酮类、脂类和芳香族类等,同时叔丁醇可用作汽油添加剂。叔丁醇分子上的羟基很容易被取代生成叔丁基卤化物或过氧化物,使叔丁醇成为重要的烷基化试剂,尤其用于芳香烃和酚类,可生产多种精细化学品,如医药、农药和各种助剂。工业上叔丁醇主要有无水叔丁醇和质量分数为85%的叔丁醇。无水叔丁醇可通过液液萃取法、萃取蒸馏法和共沸精馏法制得。利用薄膜-蒸馏结合法从叔丁醇/水混合物中可以生产无水叔丁醇。随着石油化工行业的快速发展,叔丁醇产量显著增加,
叔丁醇的研究法辛烷值为108,加入汽油中可显著提高汽油辛烷值。叔丁醇可单独加入,或混合其他醇类溶剂添加,也可制成甲基叔丁基醚加入。醚类作汽油添加剂使用时与汽油碳氢化合物混合后,表现出优良的性能,如较低的挥发性和良好的兼容性。叔丁醇与甲醇制甲基叔丁基醚反应引起关注,该反应可在多种催化剂条件下反应,如H、HY和HZSM等沸石分子筛催化剂。由于甲基叔丁基醚易对地下水造成污染,美国已禁止甲基叔丁基醚作为汽油添加剂使用。北美和欧洲一些国家也开始逐渐减少甲基叔丁基醚在汽油中的加入量。中国近年则开始加大力度推广乙醇汽油,并且预期在2020年完全禁止在汽油中加入甲基叔丁基醚。因此某些通过叔丁醇生产甲基叔丁基醚的企业迫切需要进行技术转型。另一方面,低碳烯烃,即乙烯和丙烯,是两种重要的基础化工原料,其国内的需求量在不断增加。由叔丁醇生产烯烃——尤其是低碳烯烃的路线无疑是不错的选择。
然而叔丁醇生产烯烃技术目前尚未开发,本发明有针对性的解决了这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术无法实现叔丁醇制烯烃特别是无法实现叔丁醇制乙烯和丙烯的问题,提供一种叔丁醇制烯烃的方法。该方法为叔丁醇企业解决了叔丁醇出路的问题,同时具有烯烃的碳基质量分率高、低碳烯烃收率高特别是乙烯和丙烯收率高的优点。
为解决上述问题,本发明采用的技术方案如下:一种叔丁醇制烯烃的方法,含叔丁醇的原料在分子筛催化剂的作用下转化为含乙烯、丙烯和丁烯的产物流。
上述技术方案中,所述含叔丁醇的原料中叔丁醇的质量分率大于0.5,优选为大于0.6,更优选为大于0.8。
叔丁醇原料中可以包含水,甲醇,异丁烯等其他组分,优选叔丁醇的原料中含少量的水。水的存在降低了反应物中原料叔丁醇的分压,缩短了原料在催化剂上的停留时间,能够提高目的产物乙烯丙烯的选择性,降低副产物C4烃类、C5+的选择性,但是叔丁醇转化率略有下降。提高叔丁醇在原料中的质量分率将延长反应物在催化剂上的停留时间,乙烯丙烯将进一步反应生成重组份。
综合考虑低碳烯烃的选择性、后续分离单元的处理负荷和能耗,叔丁醇制烯烃反应的叔丁醇原料中叔丁醇的质量分率优选的为0.8~1.0。
上述技术方案中,所述反应条件的反应温度为380~550℃,优选为400~520℃。叔丁醇制烯烃反应是一个吸热反应,在反应进口温度低于380℃时,目标产物选择性较低。随着反应温度的升高,丙烯选择性增加,副产物C4及C5+组分的选择性显著下降,叔丁醇的转化率随着反应温度的提高而升高。当温度高于550℃时,重组分容易在催化剂表面结焦,不利于催化剂的稳定及装置运行的安全。因此,优选的反应温度为400~520℃。
上述技术方案中,所述反应条件的反应压力为0.11~0.8MPa,优选为0.11~0.3MPA。由于叔丁醇制烯烃反是增分子反应,所以提高反应压力不利于目标产物的生成。随着反应压力升高,乙烯丙烯的选择性显著降低;同时C5+等组分的选择性显著上升,乙烯和碳四的选择性略有增加;叔丁醇的转化率无明显变化。综合考虑丙烯选择性、后续分离要求等因素,叔丁醇制烯烃反应操作压力优选控制在0.11~0.3MPA范围内。
上述技术方案中,所述反应在固定床反应器中发生。固定床反应器结构简单,制造成本低,通过周期性地切换再生,可以实现装置的连续生产。
上述技术方案中,所述分子筛催化剂含硅铝酸盐。
上述技术方案中,所述分子筛催化剂包含ZSM-5、ZSM-11、菱沸石、丝光沸石、毛沸石、镁碱沸石、SAPO分子筛中的一种或至少一种;优选为分子筛催化剂包含ZSM-5分子筛。
上述技术方案中,优选的,分子筛催化剂包含ZSM-5和镁碱沸石;更优选的,ZSM-5和镁碱沸石的重量比为(1:2)~(2:1)。
上述技术方案中,所述产物流中烯烃的碳基质量分率大于0.65,优选为大于0.73,更优选为大于0.80。
上述技术方案中,所述产物流中乙烯的碳基质量分率大于0.035,优选为大于0.04,更优选为大于0.045。
上述技术方案中,所述产物流中丙烯的碳基质量分率大于0.22,优选为大于0.27,更优选为大于0.30。
采用本发明的方法,叔丁醇或叔丁醇的水溶液经汽化和过热等步骤后,温度达到适合反应温度,进入固定床反应器,在反应器中和分子筛催化剂接触并反应,转化为含乙烯、丙烯、丁烯、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烯、戊烷等烃类和水的反应产物。叔丁醇的转化率大于98%,优选的大于99%,更优选的大于99.9%。该反应产物中乙烯、丙烯、丁烯、戊烯的总含量(基于碳基)大于73wt%,优选的大于75wt%,更优选的大于78wt%。该反应产物中丙烯的含量(基于碳基)大于27wt%,优选的大于28wt%,更优选的大于29wt%。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的阐述,但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
提供叔丁醇和水的混合原料物流,其中叔丁醇的质量分率为0.8。该叔丁醇和水的混合原料物流在温度480℃、压力0.2MPA的反应条件下,在固定恒温床反应器中和ZSM-5硅铝酸盐分子筛催化剂接触,转化为含乙烯、丙烯、水、甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、丁烷、戊烯、戊烷、碳六和碳七等组分的反应产物。叔丁醇的转化率为99.4%,反应产物中烯烃的碳基质量分率为79%,反应产物中丙烯的碳基质量分率为28.6%,反应产物中乙烯的碳基质量分率为4.7%。
【实施例2】
提供叔丁醇和水的混合原料物流,其中叔丁醇的质量分率为0.9。该叔丁醇和水的混合原料物流在温度480℃、压力0.2MPA的反应条件下,在固定恒温床反应器中和ZSM-5硅铝酸盐分子筛催化剂接触,转化为含乙烯、丙烯、水、甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、丁烷、戊烯、戊烷、碳六和碳七等组分的反应产物。叔丁醇的转化率为99.5%,反应产物中烯烃的碳基质量分率为78%,反应产物中丙烯的碳基质量分率为28.5%,反应产物中乙烯的碳基质量分率为4.8%。
【实施例3】
提供叔丁醇和水的混合原料物流,其中叔丁醇的质量分率为0.95。该叔丁醇和水的混合原料物流在温度480℃、压力0.2MPA的反应条件下,在固定恒温床反应器中和ZSM-5硅铝酸盐分子筛催化剂接触,转化为含乙烯、丙烯、水、甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、丁烷、戊烯、戊烷、碳六和碳七等组分的反应产物。叔丁醇的转化率为99.5%,反应产物中烯烃的碳基质量分率为79%,反应产物中丙烯的碳基质量分率为28.3%,反应产物中乙烯的碳基质量分率为4.6%。
【实施例4】
提供叔丁醇和水的混合原料物流,其中叔丁醇的质量分率为0.8。该叔丁醇和水的混合原料物流在温度400℃、压力0.2MPA的反应条件下,在固定恒温床反应器中和ZSM-5硅铝酸盐分子筛催化剂接触,转化为含乙烯、丙烯、水、甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、丁烷、戊烯、戊烷、碳六和碳七等组分的反应产物。叔丁醇的转化率为98.0%,反应产物中烯烃的碳基质量分率为74%,反应产物中丙烯的碳基质量分率为27.5%,反应产物中乙烯的碳基质量分率为4.4%。
【实施例5】
提供叔丁醇和水的混合原料物流,其中叔丁醇的质量分率为0.8。该叔丁醇和水的混合原料物流在温度520℃、压力0.2MPA的反应条件下,在固定恒温床反应器中和ZSM-5硅铝酸盐分子筛催化剂接触,转化为含乙烯、丙烯、水、甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、丁烷、戊烯、戊烷、碳六和碳七等组分的反应产物。叔丁醇的转化率为99.95%,反应产物中烯烃的碳基质量分率为80%,反应产物中丙烯的碳基质量分率为28.7%,反应产物中乙烯的碳基质量分率为4.8%。
【实施例6】
提供叔丁醇和水的混合原料物流,其中叔丁醇的质量分率为0.8。该叔丁醇和水的混合原料物流在温度480℃、压力0.11MPA的反应条件下,在固定恒温床反应器中和ZSM-5硅铝酸盐分子筛催化剂接触,转化为含乙烯、丙烯、水、甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、丁烷、戊烯、戊烷、碳六和碳七等组分的反应产物。叔丁醇的转化率为99.6%,反应产物中烯烃的碳基质量分率为83%,反应产物中丙烯的碳基质量分率为29.0%,反应产物中乙烯的碳基质量分率为4.8%。
【实施例7】
提供叔丁醇和水的混合原料物流,其中叔丁醇的质量分率为0.8。该叔丁醇和水的混合原料物流在温度480℃、压力0.3MPA的反应条件下,在固定恒温床反应器中和ZSM-5硅铝酸盐分子筛催化剂接触,转化为含乙烯、丙烯、水、甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、丁烷、戊烯、戊烷、碳六和碳七等组分的反应产物。叔丁醇的转化率为99.5%,反应产物中烯烃的碳基质量分率为75%,反应产物中丙烯的碳基质量分率为27.1%,反应产物中乙烯的碳基质量分率为4.3%。
【实施例8】
提供叔丁醇和水的混合原料物流,其中叔丁醇的质量分率为0.6。该叔丁醇和水的混合原料物流在温度480℃、压力0.2MPA的反应条件下,在固定恒温床反应器中和ZSM-5硅铝酸盐分子筛催化剂接触,转化为含乙烯、丙烯、水、甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、丁烷、戊烯、戊烷、碳六和碳七等组分的反应产物。叔丁醇的转化率为99.3%,反应产物中烯烃的碳基质量分率为80%,反应产物中丙烯的碳基质量分率为29.0%,反应产物中乙烯的碳基质量分率为4.8%。
【实施例9】
提供叔丁醇和水的混合原料物流,其中叔丁醇的质量分率为0.5。该叔丁醇和水的混合原料物流在温度480℃、压力0.2MPA的反应条件下,在固定恒温床反应器中和ZSM-5硅铝酸盐分子筛催化剂接触,转化为含乙烯、丙烯、水、甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、丁烷、戊烯、戊烷、碳六和碳七等组分的反应产物。叔丁醇的转化率为99.1%,反应产物中烯烃的碳基质量分率为82%,反应产物中丙烯的碳基质量分率为29.4%,反应产物中乙烯的碳基质量分率为4.8%。
【实施例10】
提供叔丁醇和水的混合原料物流,其中叔丁醇的质量分率为0.8。该叔丁醇和水的混合原料物流在温度380℃、压力0.2MPA的反应条件下,在固定恒温床反应器中和ZSM-5硅铝酸盐分子筛催化剂接触,转化为含乙烯、丙烯、水、甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、丁烷、戊烯、戊烷、碳六和碳七等组分的反应产物。叔丁醇的转化率为90%,反应产物中烯烃的碳基质量分率为65%,反应产物中丙烯的碳基质量分率为22%,反应产物中乙烯的碳基质量分率为3.5%。
【实施例11】
提供叔丁醇和水的混合原料物流,其中叔丁醇的质量分率为0.8。该叔丁醇和水的混合原料物流在温度550℃、压力0.2MPA的反应条件下,在固定恒温床反应器中和ZSM-5硅铝酸盐分子筛催化剂接触,转化为含乙烯、丙烯、水、甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、丁烷、戊烯、戊烷、碳六和碳七等组分的反应产物。叔丁醇的转化率为99.99%,反应产物中烯烃的碳基质量分率为70%,反应产物中丙烯的碳基质量分率为21%,反应产物中乙烯的碳基质量分率为3.5%。
【实施例12】
提供叔丁醇和水的混合原料物流,其中叔丁醇的质量分率为0.8。该叔丁醇和水的混合原料物流在温度480℃、压力0.8MPA的反应条件下,在固定恒温床反应器中和ZSM-5硅铝酸盐分子筛催化剂接触,转化为含乙烯、丙烯、水、甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、丁烷、戊烯、戊烷、碳六和碳七等组分的反应产物。叔丁醇的转化率为99.3%,反应产物中烯烃的碳基质量分率为66%,反应产物中丙烯的碳基质量分率为23.3%,反应产物中乙烯的碳基质量分率为3.8%。
【实施例13】
提供叔丁醇和水的混合原料物流,其中叔丁醇的质量分率为0.8。该叔丁醇和水的混合原料物流在温度480℃、压力0.2MPA的反应条件下,在固定恒温床反应器中和ZSM-11分子筛催化剂接触,转化为含乙烯、丙烯、水、甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、丁烷、戊烯、戊烷、碳六和碳七等组分的反应产物。叔丁醇的转化率为99.4%,反应产物中烯烃的碳基质量分率为60%,反应产物中丙烯的碳基质量分率为17%,反应产物中乙烯的碳基质量分率为2.7%。
【实施例14】
提供叔丁醇和水的混合原料物流,其中叔丁醇的质量分率为0.8。该叔丁醇和水的混合原料物流在温度480℃、压力0.2MPA的反应条件下,在固定恒温床反应器中和按1:1混装的丝光沸石和毛沸石催化剂接触,转化为含乙烯、丙烯、水、甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、丁烷、戊烯、戊烷、碳六和碳七等组分的反应产物。叔丁醇的转化率为99.4%,反应产物中烯烃的碳基质量分率为63%,反应产物中丙烯的碳基质量分率为19%,反应产物中乙烯的碳基质量分率为3.0%。
【实施例15】
提供叔丁醇和水的混合原料物流,其中叔丁醇的质量分率为0.8。该叔丁醇和水的混合原料物流在温度400℃、压力0.2MPA的反应条件下,在固定恒温床反应器中和催化剂接触,其中催化剂为ZSM-5和镁碱沸石的混合物,ZSM-5和镁碱沸石的重量比为1:2;转化为含乙烯、丙烯、水、甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、丁烷、戊烯、戊烷、碳六和碳七等组分的反应产物。叔丁醇的转化率为99.0%,反应产物中烯烃的碳基质量分率为81.2%,反应产物中丙烯的碳基质量分率为28.8%,反应产物中乙烯的碳基质量分率为5.2%。
【实施例16】
提供叔丁醇和水的混合原料物流,其中叔丁醇的质量分率为0.8。该叔丁醇和水的混合原料物流在温度400℃、压力0.2MPA的反应条件下,在固定恒温床反应器中和催化剂接触,其中催化剂为ZSM-5和镁碱沸石的混合物,ZSM-5和镁碱沸石的重量比为1:1;转化为含乙烯、丙烯、水、甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、丁烷、戊烯、戊烷、碳六和碳七等组分的反应产物。叔丁醇的转化率为99.2%,反应产物中烯烃的碳基质量分率为82.5%,反应产物中丙烯的碳基质量分率为29.0%,反应产物中乙烯的碳基质量分率为5.0%。
【实施例17】
提供叔丁醇和水的混合原料物流,其中叔丁醇的质量分率为0.8。该叔丁醇和水的混合原料物流在温度400℃、压力0.2MPA的反应条件下,在固定恒温床反应器中和催化剂接触,其中催化剂为ZSM-5和镁碱沸石的混合物,ZSM-5和镁碱沸石的重量比为2:1;转化为含乙烯、丙烯、水、甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、丁烷、戊烯、戊烷、碳六和碳七等组分的反应产物。叔丁醇的转化率为99.1%,反应产物中烯烃的碳基质量分率为82.0%,反应产物中丙烯的碳基质量分率为28.7%,反应产物中乙烯的碳基质量分率为5.1%。
Claims (10)
1.一种叔丁醇制烯烃的方法,含叔丁醇的原料在分子筛催化剂的作用下转化为含乙烯、丙烯和丁烯的产物流。
2.根据权利要求1所述叔丁醇制烯烃的方法,其特征在于所述含叔丁醇的原料中叔丁醇的质量分率大于0.5,优选为大于0.6,更优选为大于0.8。
3.根据权利要求1所述叔丁醇制烯烃的方法,其特征在于所述反应条件的反应温度为380~550℃,优选为400~520℃。
4.根据权利要求1所述叔丁醇制烯烃的方法,其特征在于所述反应条件的反应压力为0.11~0.8MPa,优选为0.11~0.3MPA。
5.根据权利要求1所述叔丁醇制烯烃的方法,其特征在于所述反应在固定床反应器中发生。
6.根据权利要求1所述叔丁醇制烯烃的方法,其特征在于所述分子筛催化剂含硅铝酸盐。
7.根据权利要求1所述叔丁醇制烯烃的方法,其特征在于所述分子筛催化剂包含ZSM-5、ZSM-11、菱沸石、丝光沸石、毛沸石、镁碱沸石、SAPO分子筛中的一种或至少一种;优选为分子筛催化剂包含ZSM-5分子筛。
8.根据权利要求1所述叔丁醇制烯烃的方法,其特征在于所述产物流中烯烃的碳基质量分率大于0.65,优选为大于0.73,更优选为大于0.80。
9.根据权利要求1所述叔丁醇制烯烃的方法,其特征在于所述产物流中乙烯的碳基质量分率大于0.035,优选为大于0.04,更优选为大于0.045。
10.根据权利要求1所述叔丁醇制烯烃的方法,其特征在于所述产物流中丙烯的碳基质量分率大于0.22,优选为大于0.27,更优选为大于0.30。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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