CN112679295B - 叔丁醇转化生产丙烯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种叔丁醇转化生产丙烯的方法。该方法包括:将叔丁醇水溶液与催化剂A接触后,生成流出物Ⅰ;流出物Ⅰ再与催化剂B接触后,生成含乙烯和丙烯的产物II;产物II经分离,得到产物丙烯和乙烯;其中,所述的催化剂A为含分子筛ZSM‑11的催化剂,所述的催化剂B为含分子筛ZSM‑5和SAPO‑34的催化剂。该方法具有产物丙烯收率高、选择性好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种叔丁醇转化生产丙烯的方法。
背景技术
叔丁醇(TBA,tert-butyl alcohol)是无色的结晶,有少量水存在时为无色挥发性液体,有类似樟脑的气味,有吸湿性,易燃,和其它醇相比有较高的毒性和麻醉性。叔丁醇可溶于大多数有机溶剂,如醇类、酯类、酮类、芳香族及脂肪烃类,这些性质使叔丁醇成为有用的溶剂和添加剂,是具有广泛用途的石化产品之一。其中应用最多的是作为汽油添加剂,提高汽油的辛烷值,叔丁醇可单独加入,或混合其它醇类溶剂添加,也可制成甲基叔丁基醚加入。叔丁醇也可用于有机化学品的合成,如生产高纯度异丁烯、甲基丙烯醛和甲基丙烯酸可通过叔丁醇氧化反应依次制得,甲基丙烯酸甲酯也可通过充分氧化后的叔丁醇与甲醇酯化反应制得。在日本甲基丙烯酸的工业生产当中,利用叔丁醇氧化工艺比例约占60%。此外,叔丁醇可通过相应化学反应直接制得水溶性酚醛树脂、叔丁基苯酚、叔丁胺、叔丁基氢等物质。叔丁醇可作为溶剂在合成树脂和硝化纤维素等的生产过程中应用,还可作为抗氧剂和稳定剂,在合成塑料行业中有广泛应用。叔丁醇可以被用来合成果子精等各种助剂,在医药、农药、香料生产中应用较多。叔丁醇产品分为两种:质量分数为85%的叔丁醇和无水叔丁醇。85%的叔丁醇目前在国内属于微利商品,且销路不好。主要原因是对叔丁醇下游产品的开发力度不够,导致需求量增长缓慢。
由混合碳四烃制备丙烯的催化剂及反应已有很多报道,CN104107713A公开了一种混合碳四烯烃裂解制丙烯的催化剂,该催化剂组成如下:20%~90%的型状指数为3~100的ZSM-5分子筛、0.05%~3%的过渡金属氧化物、18%~69%的粘结剂。CN101033166A公开了一种以不含双烯烃的碳四及碳四以上烯烃为原料催化裂解生产丙烯的方法,该方法采用以用杂多酸进行改性的ZSM型分子筛为催化剂,其中杂多酸的用量为5%~20%。上述方法是用于混合碳四烃制烯烃,而且碳四烯烃的来源不同,对催化剂的性能要求不同,而针对叔丁醇如何高收率地制备丙烯仍处于不断研究和探索中。
发明内容
针对叔丁醇为原料转化生产丙烯,如何高收率地制备丙烯而且催化剂稳定性好的技术问题,本发明提供了一种叔丁醇转化生产丙烯的方法。该方法具有产物丙烯收率高、选择性好的特点。
本发明叔丁醇转化生产丙烯的方法,包括如下步骤:
a)将叔丁醇水溶液与催化剂A接触后,生成流出物Ⅰ;
b)步骤a)得到的流出物Ⅰ与催化剂B接触后,生成含乙烯和丙烯的产物II;
c)步骤b)得到的产物II经分离,得到产物丙烯和乙烯;
所述的催化剂A为含分子筛ZSM-11的催化剂,所述的催化剂B为含分子筛ZSM-5和SAPO-34的催化剂。
上述技术方案中,催化剂A,以重量百分比计包括以下组分:
i)ZSM-11 70.0%~89.0%,
ii)稀土元素0~5%,优选为0.1~3%,
iii)粘结剂8.0%~29.0%。
上述技术方案中,催化剂A中的稀土元素包括La、Ce、Pr、Nd中的一种或几种。粘结剂选自氧化铝或氧化硅中至少一种,所用ZSM-11分子筛的SiO2/Al2O3摩尔比为20~300。
上述技术方案中,催化剂B,以重量百分比计包括以下组分:
1)ZSM-5/SAPO-34 60.0%~89.0%,
2)第VIB族元素0~2.0%,优选为0.01~2.0%,
3)粘结剂10.0%~39.0%。
上述技术方案中,催化剂B中第VIB族元素包括Cr、Mo、W中的一种或几种。粘结剂选自氧化铝或氧化硅中至少一种,所用ZSM-5分子筛的SiO2/Al2O3摩尔比为200~1000。SAPO-34分子筛的SiO2/Al2O3摩尔比为0.5~1.2。
上述技术方案中,所述的ZSM-5/SAPO-34中,ZSM-5与SAPO-34的重量比为(0.1~1.2):1,优选为(0.1~1.0):1。所述的ZSM-5/SAPO-34优选为共晶分子筛。
上述技术方案中,步骤a)中,叔丁醇水溶液中水与叔丁醇的质量比为(0.1~1.2):1,反应条件为:反应温度为400~600℃,叔丁醇重量空速1~10h-1,反应压力0.05~1MPa。
上述技术方案中,步骤b)的反应条件为:反应温度为450~650℃,反应压力为0.02~2MPa。
上述技术方案中,催化剂A:催化剂B=(1~12):1。
上述技术方案中,步骤a)和步骤b)可以采用两个串联的反应器进行反应,可以采用固定床反应器。
上述技术方案中,催化剂A的制备方法如下:先制备ZSM-11分子筛,加入粘结剂混合成型,经干燥后,再经氨交换、焙烧,制成载体,然后选择性地浸渍负载稀土元素,得到催化剂A,其中成型可以根据需要制备所需的形状,成型后需经干燥和焙烧(比如于90~120℃干燥2~8小时,于500~650℃焙烧2~8小时),得到载体。所述氨交换可以采用常规方法进行。浸渍负载稀土元素可以采用多次负载,也可以采用一次负载,当采用多次负载时,每次负载后均需要干燥和焙烧,其中所述的干燥条件如下:于90~120℃干燥2~8小时,焙烧条件如下:于500~650℃焙烧2~8小时。
上述技术方案中,催化剂B的制备方法:制备ZSM-5/SAPO-34分子筛,加入粘结剂混合成型,经干燥后,再经氨交换、焙烧制成载体,然后选择性地浸渍第VIB族元素,得到催化剂B,其中成型可以根据需要制备所需的形状,成型后需经干燥和焙烧(比如于90~120℃干燥2~8小时,于500~650℃焙烧2~8小时)。所述氨交换可以采用常规方法进行。所述的浸渍第VIB族元素,可以采用多次负载,也可以采用一次负载,当采用多次负载时,每次负载后均需要干燥和焙烧,其中所述的干燥条件如下:于90~120℃干燥2~8小时,焙烧条件如下:于500~650℃焙烧2~8小时。
本发明叔丁醇转化生产丙烯的方法有效地克服了现有技术中叔丁醇下游产品种类少、有效利用率低以及丙烯市场短缺的问题,本发明通过以叔丁醇为原料,先采用催化剂A将叔丁醇完全转化为C1~C8产物,再采用催化剂B将其中的C4、C5组分进一步进行裂解反应生成丙烯和乙烯,最终得到以丙烯、乙烯为主要产物的技术方案。本发明方法可以将叔丁醇高收率转化为丙烯,丙烯选择性好,而且催化剂稳定性好,具有良好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细阐述。
【实施例1】
以50克SiO2/Al2O3(摩尔比)=50的ZSM-11分子筛为活性组分,加入5克氧化铝及5wt%的稀硝酸混捏成型、干燥后,并经氨交换、焙烧步骤,取上述成型物10克,用10克含La1wt%的硝酸镧溶液浸渍12小时,烘干、500℃焙烧4小时,制成1wt%La修饰、SiO2/Al2O3(摩尔比)=50的ZSM-11催化剂,作为催化剂A。
将拟薄水铝石、磷酸、二乙胺、白炭黑和去离子水按n(Al2O3):n(P2O5):n(SiO2):n(DEA):n(H2O)=1:1.06:1:2.1:60的比例混合,充分搅拌后,按ZSM-5与SAPO-34质量比0.1:1加入SiO2/Al2O3(摩尔比)为200的ZSM-5分子筛,强烈搅拌直至形成均匀凝胶,转移至不锈钢高压釜中,于200℃恒温晶化48小时,干燥、焙烧,得到ZSM-5/SAPO-34复合分子筛。以60克上述复合分子筛为活性组分,加入97克硅溶胶(SiO2含量40wt%)成型、干燥后,并经氨交换、焙烧步骤,取上述成型物10克,用含Cr 0.5wt%的铬酸溶液浸渍12小时,烘干、500℃焙烧4小时,制成0.5wt%Cr修饰的ZSM-5/SAPO-34复合分子筛催化剂,作为催化剂B。
采用固定床反应工艺,叔丁醇水溶液为原料,其中水与叔丁醇的重量比为1:1,催化剂A和催化剂B的质量比为10:1,原料先进入反应器I与催化剂A接触,反应温度为400℃,反应压力0.05MPa,叔丁醇重量空速1.0h-1,结果叔丁醇转化率99.9wt%,丙烯选择性25.5wt%,反应产物流直接通入反应器II与催化剂B接触并发生反应,反应条件为:反应温度为500℃,反应压力0.02MPa,产物中丙烯总收率为62.3wt%。
【实施例2】
以50克SiO2/Al2O3(摩尔比)=300的ZSM-11沸石为活性组分,加入10克粘结剂氧化硅、50克水挤条成型,干燥后,并经氨交换、焙烧步骤,取上述成型物10克,用10克含Ce0.1wt%的硝酸铈溶液浸渍4小时,烘干、500℃焙烧4小时,制成0.1wt%Ce修饰、SiO2/Al2O3(摩尔比)=300的ZSM-11催化剂,研磨成10-20目颗粒,作为催化剂A。
将拟薄水铝石、磷酸、四乙基氢氧化铵、白炭黑和去离子水按n(Al2O3):n(P2O5):n(SiO2):n(TEAOH):n(H2O)=1:1:0.8:2.1:60的比例混合,充分搅拌后按ZSM-5与SAPO-34质量比0.5:1加入SiO2/Al2O3(摩尔比)为500的加入ZSM-5分子筛,强烈搅拌直至形成均匀凝胶,转移至不锈钢高压釜中,于200℃恒温晶化48小时,干燥、焙烧,得到ZSM-5/SAPO-34复合分子筛。以50克上述复合分子筛为活性组分,加入40克硅溶胶(SiO2含量40wt%)成型、干燥后,并经氨交换、焙烧步骤,取上述成型物10克,用含W 2wt%的钨酸铵溶液浸渍过夜,烘干、550℃焙烧4小时,制成2wt%W修饰的ZSM-5/SAPO-34复合分子筛催化剂,作为催化剂B。
采用固定床反应工艺,叔丁醇水溶液为原料,其中水与叔丁醇的重量比为0.1:1,催化剂A和催化剂B的质量比为8:1,原料先进入反应器I与催化剂A接触,反应温度为450℃,反应压力0.5MPa,叔丁醇重量空速5h-1,结果叔丁醇转化率99.3wt%,丙烯选择性28.5wt%,反应产物流直接通入反应器II中与催化剂B接触并发生反应,反应条件为:反应温度为450℃,反应压力0.5MPa,产物中丙烯总收率为65.8wt%。
【实施例3】
以50克SiO2/Al2O3(摩尔比)=100的ZSM-11沸石为活性组分,加入10克粘结剂氧化硅、50克水挤条成型,干燥后,并经氨交换、焙烧步骤,取上述成型物10克,用10克含Pr1wt%的硝酸镨溶液浸渍4小时,烘干、500℃焙烧4小时,制成1wt%Pr修饰、SiO2/Al2O3(摩尔比)=100的ZSM-11催化剂,研磨成10-20目颗粒,作为催化剂A。
将拟薄水铝石、磷酸、四乙基氢氧化铵、白炭黑和去离子水按n(Al2O3):n(P2O5):n(SiO2):n(TEAOH):n(H2O)=1:1:0.5:2.1:60的比例混合,充分搅拌后按ZSM-5与SAPO-34质量比0.8:1加入SiO2/Al2O3(摩尔比)为1000的加入ZSM-5分子筛,强烈搅拌直至形成均匀凝胶,转移至不锈钢高压釜中,于200℃恒温晶化48小时,干燥、焙烧,得到ZSM-5/SAPO-34复合分子筛。以70克上述复合分子筛为活性组分,加入21克硅溶胶(SiO2含量40wt%)成型、干燥后,并经氨交换、焙烧步骤,取上述成型物10克,用含Mo 1.5wt%的钼酸铵溶液浸渍过夜,烘干、550℃焙烧4小时,制成1.5wt%Mo修饰的ZSM-5/SAPO-34复合分子筛催化剂,作为催化剂B。
采用固定床反应工艺,叔丁醇水溶液为原料,其中水与叔丁醇的重量比为0.5:1,催化剂A和催化剂B的质量比为5:1,原料先进入反应器I与催化剂A接触,反应温度为600℃,反应压力0.8MPa,叔丁醇重量空速10h-1,结果叔丁醇转化率99.3wt%,丙烯选择性26.3wt%,反应产物流直接通入反应器II中与催化剂B接触并发生反应,反应条件为:反应温度为550℃,反应压力1MPa,产物中丙烯总收率66.3wt%。
【实施例4】
以50克SiO2/Al2O3(摩尔比)=20的ZSM-11沸石为活性组分,加入5克氧化铝及5wt%的稀硝酸混捏成型、干燥后,并经氨交换、焙烧步骤,取上述成型物10克,用10克含Nd3wt%的硝酸钕溶液浸渍12小时,烘干、500℃焙烧4小时,制成3wt%Nd修饰、SiO2/Al2O3(摩尔比)=20的ZSM-11催化剂,作为催化剂A。
将拟薄水铝石、磷酸、二乙胺、白炭黑和去离子水按n(Al2O3):n(P2O5):n(SiO2):n(DEA):n(H2O)=1:1.06:0.5:2.1:60的比例混合,充分搅拌后按ZSM-5与SAPO-34质量比1:1加入SiO2/Al2O3(摩尔比)为600的ZSM-5分子筛,强烈搅拌直至形成均匀凝胶,转移至不锈钢高压釜中,于200℃恒温晶化48小时,干燥、焙烧,得到ZSM-5/SAPO-34复合分子筛。以50克上述复合分子筛为活性组分,加入50克硅溶胶(SiO2含量40wt%)成型、干燥后,并经氨交换、焙烧步骤,取上述成型物10克,用含Cr 0.01wt%的铬酸溶液浸渍12小时,烘干、500℃焙烧4小时,制成0.01wt%Cr修饰的ZSM-5/SAPO-34复合分子筛催化剂,作为催化剂B。
采用固定床反应工艺,叔丁醇水溶液为原料,其中水与叔丁醇的重量比为1.2:1,催化剂A和催化剂B的质量比为1:1,原料先进入反应器I与催化剂A接触,反应温度为500℃,反应压力1MPa,叔丁醇重量空速10h-1,结果叔丁醇转化率99.9wt%,丙烯选择性27.2wt%,反应产物流直接通入反应器II中与催化剂B接触并发生反应,反应条件为:反应温度为650℃,反应压力0.02MPa,产物中丙烯总收率为64.5wt%。
【实施例5】
以50克SiO2/Al2O3(摩尔比)=200的ZSM-11沸石为活性组分,加入5克氧化铝及5wt%的稀硝酸混捏成型、干燥后,并经氨交换、焙烧步骤,取上述成型物10克,用10克含La0.5wt%的硝酸镧溶液浸渍12小时,烘干、500℃焙烧4小时,制成0.5wt%La修饰、SiO2/Al2O3(摩尔比)=200的ZSM-11催化剂,作为催化剂A。
将拟薄水铝石、磷酸、二乙胺、白炭黑和去离子水按n(Al2O3):n(P2O5):n(SiO2):n(DEA):n(H2O)=1:1.06:0.9:2.1:60的比例混合,充分搅拌后按ZSM-5与SAPO-34质量比0.6:1加入SiO2/Al2O3(摩尔比)为800的ZSM-5分子筛,强烈搅拌直至形成均匀凝胶,转移至不锈钢高压釜中,于200℃恒温晶化48小时,干燥、焙烧,得到ZSM-5/SAPO-34复合分子筛。以50克上述复合分子筛为活性组分,加入65克硅溶胶(SiO2含量40wt%)成型、干燥后,并经氨交换、焙烧步骤,取上述成型物10克,用含Mo 1wt%的钼酸铵溶液浸渍12小时,烘干、500℃焙烧4小时,制成1wt%Mo修饰的ZSM-5/SAPO-34复合分子筛催化剂,作为催化剂B。
采用固定床反应工艺,叔丁醇水溶液为原料,其中水与叔丁醇的重量比为0.2:1,催化剂A和催化剂B的质量比为2:1,原料先进入反应器I与催化剂A接触,反应温度为530℃,反应压力0.8MPa,叔丁醇重量空速6h-1,结果叔丁醇转化率99.9wt%,丙烯选择性27.8wt%,反应产物流直接通入反应器II中与催化剂B接触并发生反应,反应条件为:反应温度为650℃,反应压力2MPa,产物中丙烯总收率为66.7wt%。
Claims (8)
1.一种叔丁醇转化生产丙烯的方法,包括如下步骤:
a)将叔丁醇水溶液与催化剂A接触后,生成流出物Ⅰ;
b)步骤a)得到的流出物Ⅰ与催化剂B接触后,生成含乙烯和丙烯的产物II;
c)步骤b)得到的产物II经分离,得到产物丙烯和乙烯;
催化剂A,以重量百分比计包括以下组分:
i) ZSM-11 70.0%~89.0%,
ii) 稀土元素 0.1%~5%,
iii) 粘结剂 8.0%~29.0%;
所述催化剂B,以重量百分比计包括以下组分:
1) ZSM-5/SAPO-34 60.0%~89.0%,
2) 第VIB族元素 0.01%~2.0%,
3) 粘结剂 10.0%~39.0%;
催化剂A中的稀土元素选自La、Ce、Pr、Nd中的一种或几种;
催化剂B中第VIB族元素选自Cr、Mo、W中的一种或几种;
所述的ZSM-5/SAPO-34中,ZSM-5与SAPO-34的重量比为(0.1~1.2):1;
步骤a)的反应条件为:反应温度为400~600℃,叔丁醇重量空速1~10h-1,反应压力0.05~1MPa;
步骤b)的反应条件为:反应温度为450~650℃,反应压力为0.02~2MPa。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:催化剂A,以重量百分比计包括以下组分:
i) ZSM-11 70.0%~89.0%,
ii) 稀土元素 0.1%~3%,
iii) 粘结剂 8.0%~29.0%。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:催化剂A中所用ZSM-11分子筛的SiO2/Al2O3摩尔比为20~300。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:催化剂B中所用ZSM-5分子筛的SiO2/Al2O3摩尔比为200~1000,SAPO-34分子筛的SiO2/Al2O3摩尔比为0.5~1.2。
5.根据权利要求1或4所述的方法,其特征在于:所述的ZSM-5/SAPO-34中,ZSM-5与SAPO-34的重量比为(0.1~1.0):1。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤a)中,叔丁醇水溶液中水与叔丁醇的质量比为(0.1~1.2):1。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:催化剂A:催化剂B=(1~12):1。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤a) 和步骤b)采用两个串联的固定床反应器进行反应。
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