CN1235845C - 用于烯烃催化裂解生产丙烯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于烯烃催化裂解生产丙烯的方法,主要解决以往低硅铝比分子筛催化剂存在的目的产物选择性低的问题。本发明通过采用适当含量的磷对较低硅铝比的ZSM型分子筛催化剂进行改性的技术方案较好地解决了该问题,可用于烯烃催化裂解生产丙烯的工业生产中。
Description
技术领域
本发明涉及用于烯烃催化裂解生产丙烯的方法。
背景技术
据统计,1995年世界乙烯生产能力为79320千吨/年,2000年世界乙烯需求预测为81090千吨/年,至2010年则为110380千吨/年。随着乙烯产量的增加,蒸汽裂解的副产C4及C4以上烯烃的数量不断增加,如何利用好这部分烯烃,增加其附加值成为越来越迫切的任务。同时,受环境保护的压力,全球范围内,减少汽油中烯烃含量已成为一种趋势,这就需要为汽油中的烯烃寻找其他途径。同时,受聚丙烯以及烷基芳烃化合物需求增长的影响,丙烯需求增长旺盛,到2008年丙烯需求量将达到7800万吨。分析家指出,如果不设法增加丙烯产量,到2010丙烯的缺口将达到500万吨/年,因此,在今后一段时期内,丙烯被认为是具有很大市场潜力的产品。针对上述情况,世界上许多石化公司纷纷投入力量来开发利用C4及C4以上低值烯烃生产丙烯的工艺及催化剂。
烯烃转化生产丙烯工艺的基本反应是利用ZSM-5型择型催化剂,把炼厂或石化厂中C4及C4以上低值烯烃选择性地转化为丙烯或乙烯,突出特点是:工艺简单,投资省,原料成本低、灵活性好。既利用了过剩的C4及C4以上烯烃,又生产出用途广泛、附加值较高的石化原料-丙烯、乙烯,是一种极具竞争力的生产丙烯的方法。
文献EP0109059A1中提出了一种把C4~C12烯烃转化为丙烯的工艺。该文献中催化剂使用SiO2/Al2O3摩尔比小于或等于300的ZSM-5分子筛,反应温度为400~600℃,烯烃空速大于50小时-1。该专利中较详细地考察了各种人工配制的原料、反应温度、空速对催化裂解反应的影响。由于该文献中使用的ZSM-5分子筛催化剂的硅铝摩尔比较低(SiO2/Al2O3=28),催化剂没有进行有效的改性,因此目的产物丙烯的选择性很低。在500℃,重量空速60小时-1的条件下,丙烯的选择性为31.99%;在550℃,重量空速60小时-1,丙烯的选择性为40.65%;而在550℃,重量空速3.5小时-1,丙烯的选择性只有12.0%。相当一部分原料转化为附加值较低的甲烷,丙烷等烷烃。
文献EP0921175提出了一种利用ZSM-5分子筛催化剂,把C4及C4以上烯烃转化为丙烯的方法。该文献中使用的ZSM-5分子筛是ZEOCAT P2-2(Chemie Ueticon AG ofSwitzerland)商业化的分子筛,而且分子筛的硅铝比较高,硅铝摩尔比(SiO2/Al2O3)至少大于360。使用上述催化剂,在反应温度540~580℃,以炼厂MTBE后的混合C4为原料(烯烃含量52%,并经过选择性加氢脱出双烯烃)丙烯收率初期为29.2%。
文献CN 1274342A中提出一种以烃类为原料,通过催化转化生产乙烯和丙烯的方法。催化剂采用孔径为5-6.5埃的中孔沸石,上述沸石的硅铝摩尔比(SiO2/Al2O3)为200~5000。
文献WO 90/11338中提出了一种把C4~G12烷烃转化为C2~C4烯烃的工艺。EP0305720中提出了一种把碳氢化合物经催化转化生产气态烯烃的工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服以往文献中存在的低硅铝比分子筛催化剂目的产物选择性低的问题,提供一种新的用于烯烃催化裂解生产丙烯的方法。该方法具有目的产物丙烯的选择性高,收率高特点。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下:一种用于烯烃催化裂解生产丙烯的方法,以硅铝摩尔比SiO2/Al2O3小于或等于100的ZSM型分子筛为催化剂,以碳四及其以上烯烃为原料,在反应温度为400~600℃,反应压力为0~0.15MPa,液相空速为2~30小时-1条件下发生裂解反应生成丙烯,其中所用的ZSM型分子筛用磷进行改性,催化剂中磷含量以重量百分比计为0.1~5%。
上述技术方案中烯烃原料可来自炼厂催化裂解装置的混合碳四或乙烯厂中蒸汽裂解装置的碳四馏分。反应温度优选范围为520~560℃;ZSM型分子筛优选方案为选自ZSM-5分子筛或ZSM-11分子筛,更优选方案为选自ZSM-5分子筛。所用的ZSM型分子筛的硅铝摩尔比SiO2/Al2O3优选范围为20~100,更优选范围为60~90。催化剂中磷含量以重量百分比计优选范围为0.6~2.4%。
本发明中使用的催化剂的制备方法为:上海染化七厂购买的H-ZSM-5分子筛,加入一定量的磷酸浸渍,烘干焙烧后加入Al2O3或SiO2作为粘结剂,通过挤出成型,粘结剂的用量一般为0~70%(重量)。
一般说来,低硅铝比的催化剂有利于提高烯烃的转化率,但是低硅铝比的分子筛的酸量较多,酸密度较高,因此氢转移反应活性高,产物中会产生较多的甲烷,丙烷等低附加值的烷烃。本发明通过在低硅铝比的ZSM型分子筛中加入一定含量的磷进行改性,大大降低了低硅铝比的ZSM型分子筛的酸密度,有效地抑制了氢转移反应,大大提高了目的产物丙烯的选择性和收率。在530℃,重量空速10小时-1的条件下,目的产物丙烯的选择性达到54.7%,丙烯收率达到35.6%。在560℃,重量空速10小时-1的条件下,目的产物丙烯的选择性达到53.8%,丙烯收率达到38.8%,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。
具体实施方式
【实施例1】
称取85%的磷酸0.53克,加入19.4克水,混合均匀,加入上海染化七厂购买的H-ZSM-5分子筛(SiO2/Al2O3摩尔比=60)20克,搅拌均匀,室温干燥过夜,120℃干燥5小时,500℃焙烧3小时。10克上述经改性的ZSM-5分子筛加入9克40%的硅溶胶混合后,挤出成型。再经120℃烘干,400℃焙烧后制得催化剂A。
催化剂反应前催化剂在500℃、氮气气氛下活化2小时。实验中使用的C4原料来自乙烯厂中的抽余混合碳四。原料组成见表1。
表1 乙烯厂抽余混合碳四组成
项目 | 原料组成(重量%) |
异丁烷 | 1.81 |
正丁烷 | 5.05 |
丙二烯 | 0.12 |
乙炔 | 0.08 |
反丁烯 | 11.25 |
丁烯-1 | 32.07 |
异丁烯 | 43.39 |
顺丁烯 | 6.20 |
C4以上 | 0.04 |
采用催化剂A,以抽余混合碳四为原料,在530℃,重量空速为10小时-1的条件下进行反应,结果见表2。
表2
催化剂 | A |
反应时间(小时) | 2 |
烯烃转化率(%) | 78.8 |
丙烯选择性(%) | 41.9 |
丙烯收率(%) | 33.0 |
【实施例2~4】
参照实施例1制备催化剂的方法,改变磷酸的加入量。分别称取85%的磷酸1.07克,1.55克和2.07克,分别加入水19.4克,混合均匀,分别加入上海染化七厂购买的H-ZSM-5分子筛(SiO2/Al2O3摩尔比=90)20克,搅拌均匀,室温干燥过夜,120℃干燥5小时,500℃焙烧3小时。10克上述经改性的ZSM-5分子筛加入9克40%的硅溶胶混合后,挤出成型。再经120℃烘干,400℃焙烧后依次制得催化剂B,C和D。
催化剂反应前催化剂在500℃、氮气气氛下活化2小时。实验中使用的C4原料来自乙烯厂中的抽余混合碳四。
分别采用B,C和D催化剂,以抽余混合碳四为原料,在530℃,重量空速为10小时-1,的条件进行反应,结果见表3。
表3
催化剂 | B | C | D |
反应时间(小时) | 2 | 2 | 2 |
烯烃转化率(%) | 65.0 | 16.9 | 4.7 |
丙烯选择性(%) | 54.7 | 48.4 | 47.3 |
丙烯收率(%) | 35.6 | 8.2 | 2.2 |
【实施例5】
称取上海染化七厂购买的H-ZSM-5分子筛(SiO2/Al2O3摩尔比=30)10克,加入9克40%的硅溶胶混合后,挤出成型。再经120℃烘干,400℃焙烧后制得催化剂E。采用与实施例1-4相同的评价条件,试验结果见表4。
表4
催化剂 | E |
反应时间(小时) | 2 |
烯烃转化率(%) | 88.0 |
丙烯选择性(%) | 26.1 |
丙烯收率(%) | 22.9 |
【实施例6~7】
采用催化剂B,催化剂反应前催化剂在500℃、氮气气氛下活化2小时。实验中使用的C4原料来自乙烯厂中的抽余混合碳四。分别在540℃,560℃的温度,重量空速为10小时1,的条件进行反应,结果见表5。
表5
催化剂 | B | |
反应温度 | 540℃ | 560℃ |
反应时间(小时) | 2 | 2 |
烯烃转化率(%) | 68.6 | 72.1 |
丙烯选择性(%) | 54.1 | 53.8 |
丙烯收率(%) | 37.1 | 38.8 |
Claims (8)
1、一种用于烯烃催化裂解生产丙烯的方法,以硅铝摩尔比SiO2/Al2O3小于或等于100的ZSM型分子筛为催化剂,以碳四及其以上烯烃为原料,在反应温度为400~600℃,反应压力为0~0.15MPa,液相空速为2~30小时-1条件下发生裂解反应生成丙烯,其特征在于所用的ZSM型分子筛用磷进行改性,催化剂中磷的含量以重量百分比计为0.1~5%。
2、根据权利要求1所述用于烯烃催化裂解生产丙烯的方法,其特征在于烯烃原料是来自炼厂催化裂解装置的混合碳四或乙烯厂中蒸汽裂解装置的碳四馏分。
3、根据权利要求1所述用于烯烃催化裂解生产丙烯的方法,其特征在于反应温度为520~560℃。
4、根据权利要求1所述用于烯烃催化裂解生产丙烯的方法,其特征在于ZSM型分子筛为ZSM-5分子筛或ZSM-11分子筛。
5、根据权利要求4所述用于烯烃催化裂解生产丙烯的方法,其特征在于ZSM型分子筛为ZSM-5分子筛。
6、根据权利要求1所述用于烯烃催化裂解生产丙烯的方法,其特征在于催化剂中磷含量以重量百分比计为0.6~2.4%。
7、根据权利要求1所述用于烯烃催化裂解生产丙烯的方法,其特征在于ZSM型分子筛的硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为20~100。
8、根据权利要求7所述用于烯烃催化裂解生产丙烯的方法,其特征在于ZSM型分子筛的硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为60~90。
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