[发明专利]甲醇转化制丙烯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种甲醇转化制丙烯的方法。

背景技术

丙烯是石油化学工业的重要基础原料，受聚丙烯及其衍生物需求快速增长的驱动，今后几年丙烯的需求仍将以较快的速度增长，因此丙烯被认为是具有很大市场潜力的产品。目前，国内外丙烯的生产方法均以石油为原料，而我国石油资源十分缺乏，石油储量与产量远不能满足国民经济快速发展的需要，供需矛盾十分严峻。由甲醇为原料催化制取低碳烯烃(MTO)以及甲醇转化制取丙烯(MTP)技术是最有希望取代石油路线的新工艺，MTP技术的关键是高性能催化剂的研制，HZSM-5分子筛因其合适的孔径及大范围可调的硅铝比，从而成为MTP催化剂的首选，在催化剂的作用下，甲醇首先脱水生成二甲醚，然后甲醇与二甲醚的平衡混合物继续转化为以乙烯和丙烯为主的低碳烯烃，所生成的低碳烯烃通过缩聚、环化、脱氢、烷基化和氢转移等反应进一步生成烷烃、芳烃及高碳烯烃。因此，提高催化剂的扩散性能，使产物快速扩散从而减少副反应，从而使催化剂稳定性及产物丙烯的选择性得以提高，是MTP催化剂研制的关键。

用于MTP反应的HZSM-5分子筛由于其独特的孔道结构和良好的催化性能，而在众多催化反应中得到广泛应用。但是这种微孔分子筛对较大的分子存在扩散限制，对涉及大分子的吸附、催化应用中具有一定的局限性。1992年，Mobil公司的研究人员首次合成出了M41S系列介孔硅酸盐和铝酸盐分子筛，孔道大小为1.5～10纳米。这些有序性介孔材料的合成，大大拓宽了原有微孔分子筛的孔径范围。但是，由于介孔分子筛的孔壁处于无定型状态，因此，介孔分子筛的水热稳定性和酸性与晶体结构的微孔沸石相比较低，这限制了其直接作为催化剂使用，通常将其作为载体或进一步修饰后才可直接使用。Holland等(B.T.Holland,L.Abrams,A.Stein.J.Am.Chem.Soc,1999,121,4308～4309)用紧密堆积的聚苯乙烯球为固体模板，向其中加入硅源和铝源，在一定条件下晶化形成沸石结构后除去固体模板的方法得到了多级孔道ZSM-5沸石，但这种方法需要解决聚苯乙烯球的玻璃态温度问题，导致了合成过程的繁琐，而且目前还没有办法解决这个问题。由此看出，分子 筛的结构和形貌对其扩散性能具有很大的影响，所以改善微孔ZSM-5分子筛的结构和形貌是研究者们一直努力的方向。

MTP相关报道有中国专利CN200710037239.6、CN200710037240.9、CN200710039073.1等。此外，德国鲁奇(Lurgi)公司也开发了Cd和Zn改性的催化剂用于甲醇制丙烯工艺。现有用于甲醇转化制丙烯反应的ZSM-5分子筛催化剂，存在丙烯收率低、催化剂活性稳定性差及丙烯选择性不高的缺点。减少副产物生成、提高丙烯选择性，延长催化剂稳定性是MTP催化剂开发的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有甲醇转化制丙烯反应的催化剂稳定性差、丙烯选择性不高的问题，提供一种新的甲醇转化制丙烯的方法。该方法用于甲醇转化制丙烯反应时，具有催化剂稳定性高、产物丙烯选择性高的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种甲醇转化制丙烯的方法，以甲醇水溶液为原料，在反应温度为400～600℃，反应压力为0.01～5MPa，甲醇重量空速为0.5～15小时^-1，水与甲醇的质量比为0.2～5:1的条件下，原料通过催化剂床层进行甲醇转化生成丙烯，其中所用的催化剂以重量百分比计，包括以下组分：a)30～80％的型状指数为3～100的ZSM-5，其中型状指数定义为分子筛晶体三维方向上最长边和最短边长度的比值；b)20～65％的粘结剂；c)0～5％的稀土元素。

上述技术方案中，优选的，其中催化剂的比表面积为250～600米²/克，总孔容为0.1～2毫升/克。

上述技术方案中，优选的，孔直径＜2纳米的孔容占总孔容的20～80％，孔直径为2～50纳米的孔容占总孔容的15～60％，孔直径＞50纳米的孔容占总孔容的5～50％。

上述技术方案中，更优选的，催化剂的比表面积为300～580米²/克，总孔容为0.2～1.5毫升/克。

上述技术方案中，更优选的，孔直径＜2纳米的孔容占总孔容的30～75％，孔直径2～50纳米的孔容占总孔容的20～50％，孔直径＞50纳米的孔容占总孔容的5～40％。

上述技术方案中，优选的，反应温度范围为420～550℃。

上述技术方案中，优选的，反应压力范围为0.02～3MPa。