[发明专利]用于将乙醇直接转化为丙烯的催化剂组合物

说明书

本申请为非临时申请，要求2010年3月8日提交的题为“CATALYST COMPOSITION FOR DIRECT CONVERSION OF ETHANOL TO PROPYLENE(用于将乙醇直接转化为丙烯的催化剂组合物)”的美国临时专利申请号61/311,551的优先权，该临时申请的教导并入本申请作为参考，就好像在下文中全部再现一样。

技术领域

本发明涉及将乙醇转化为丙烯。更具体地，本发明涉及使用改性的ZSM-5沸石催化剂将乙醇直接转化为丙烯。

背景技术

丙烯为用于生产耐久和不耐久商品二者的宽范围的材料的重要原料。虽然其价格目前经历显著的波动，但是仍以数百万公吨(数十亿磅)/年的水平保持着工业上重要的供应和市场的需求。

丙烯最通常作为乙烯生产或精炼厂操作的副产物而生产。当其与乙烯生产关联而生产时，蒸汽裂化方法使用热量来产生烃和特定的产物(例如丙烯)的混合物，随后可通过蒸馏分离。当石脑油用作蒸汽裂化原料时，生产显著量的丙烯。当其作为精炼厂操作的副产物而生产时，可进行较重质石油级分的催化裂化。遗憾的是，事实上由石油开始的这些路线经历供应和价格波动，生产丙烯的成本以及因此对其的需要同样变动。这使得生产者难以保持可接受的余量和预期将来的需求。由于这些问题，已寻求用于丙烯生产的备选的原料。

近年来，更多的研究致力于由可更新的来源(例如由发酵得到的生物质)生产期望的烃产物的方法。这种来源包括各种植物，包括，例如，甘蔗。由这种来源生产乙醇已非常成功。由于这种成功，产生由生物来源的乙醇生产丙烯的可能性。然而，大多数已知的方法遭受相对低的丙烯产率。因此，现在非常期望鉴定提高由乙醇生产丙烯的产率的方式。

发明内容

在一种实施方式中，本发明提供一种制备丙烯的方法，所述方法包括在升高的温度下，在适于形成丙烯的条件下，使乙醇与氧化铼改性的ZSM-5沸石催化剂接触。所述方法可包括首先制备氧化铼改性的ZSM-5沸石催化剂组合物，做法是在适于形成催化剂前体的条件下，在水介质或有机介质中，使用铼源浸渍ZSM-5沸石，以及在适于形成氧化铼改性的ZSM-5沸石催化剂的条件下，煅烧催化剂前体。

具体实施方式

本发明提供一种比起许多其它已知的催化剂(包括其它沸石，例如未改性的ZSM-5)，以较高产率将乙醇转化为丙烯的方法。本发明的方法包括使用氧化铼改性的ZSM-5沸石催化剂。本文中为了方便，存在于ZSM-5沸石之上或之中的铼的氧化物用广义的符号“ReOx”表示，而无论铼或氧的初始来源。因此，氧化铼改性的ZSM-5沸石催化剂通称为“ReOx/ZSM-5”。

ReOx/ZSM-5可由制备非改性的ZSM-5沸石的任何已知的方法开始制备，或者未改性的ZSM-5沸石可市售得到。沸石领域的技术人员会充分认识到，该晶体组合物家族的X-射线衍射图案的特征包括在下表1中。

表1

为埃。10埃等于1纳米(nm)。

表1中的值通过结晶学领域技术人员众所周知的标准技术来测定，并且基于使用辐射，其为铜的K-α双重态，以及具有条带笔式记录仪的闪烁计数器光谱仪。由光谱仪图表读取峰值高度I以及它们的位置作为两倍θ(ω)的函数，其中θ为布拉格角。由这些，可计算相对强度100I/I_o，其中I_o为最强峰的强度，d(观察到的)为相应于记录的峰的晶面间间隔，以埃计。相对强度在表1中用符号给出，其中w=弱，s=强，vs=非常强。应理解的是，该X-射线衍射图案是所有ZSM-5沸石物类的特性。从一个阳离子到另一个的离子交换揭示实质上相同的图案，其中晶面间间隔和相对强度的变化有较小偏移。根据在具体的样品中氧化物阳离子的比率以及组合物是否经历热处理，可发生其它较小变化。

此外，还关于氧化物的摩尔比来鉴定组成，如下所示：

0.9±0.2M_2／nO:W₂O₃·5-100YO₂·zH₂O

其中M为阳离子，例如，铵(NH₄⁺)、钠(Na⁺)或钙(Ca²⁺)，n为该阳离子的化合价，W选自铝和镓，Y选自硅和锗，并且z为0-40。在一个优选的合成的形式中，关于氧化物的摩尔比，该沸石具有如下所示的化学式：