[发明专利]一种用于乙醇脱水制乙烯的分子筛型固体酸催化剂及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于化工产品制备技术领域，具体涉及一种用于乙醇脱水制乙烯的分子筛型固体酸催化剂及其制备和应用。

背景技术

乙烯是最基本的化工原料，约有75％的石油化工产品来源于乙烯。乙烯主要用于生产聚乙烯、聚氯乙烯、环氧乙烷、二氯乙烷、苯乙烯、醋酸乙烯等化学品。随着化工、能源等乙烯衍生物产业的快速发展，乙烯的需求在不断增加。目前，乙烯主要是以石油为原料通过催化裂解来生产，其反应温度通常高达850℃。随着石油资源的日益枯竭和石油价格的不断攀升，以石油为原料的乙烯工业势必受到巨大冲击。因而，利用可再生的生物质资源发展生物能源和化工已成为当前乃至未来经济发展的必然趋势。乙醇可通过植物淀粉或木质纤维素经发酵获得，其原料来源广泛、充足、且可再生，能够满足大规模生物质化工产业发展的需要。因此，从乙醇脱水制乙烯具有逐步替代从石油制乙烯的巨大潜力。

氧化铝型催化剂是目前工业上乙醇脱水制乙烯相对成熟的催化剂，上世纪80年代美国Halcon公司研制的代号为Syndol的催化剂性能最好，但是该催化剂与文献报道的分子筛催化剂相比[石油化工，1987，16(11)：764-768]，对反应条件要求苛刻，反应温度高，乙醇原料浓度要求高，导致整体能耗和成本高。因此，开发能够将不同浓度乙醇高效转化为乙烯的长寿命低温催化剂，已成为生物质由乙醇中间体制乙烯的关键。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于乙醇脱水制乙烯的分子筛型固体酸催化剂及其制备和应用。

为实现上述目的本发明采用的技术方案为：

一种用于乙醇脱水制乙烯的分子筛型固体酸催化剂，催化剂为活性组分和载体组成，其中，活性组分占载体重量的0.1-15wt％，活性组分为铁，载体为氢型分子筛。

所述氢型分子筛为氢型ZSM-5、氢型MOR、氢型BEA或氢型AFI；所述活性组分占载体重量的1-10wt％。

一种用于乙醇脱水制乙烯的分子筛型固体酸催化剂，将含有活性组分的溶液与氢型分子筛的合成溶液混合，混合后经水热晶化、焙烧、离子交换后即可得到固体酸催化剂；其中，活性组分占载体重量的0.1-15wt％。

具体说是：采用一步水热合成法，将含活性组分的溶液与分子筛合成溶液混合，然后150-170℃水热晶化，烘干后于马弗炉中在400-600℃下焙 烧4-6h，而后经过离子交换得到Fe改性分子筛催化剂；

所述含活性组分的溶液为含铁离子的溶液。

一种用于乙醇脱水制乙烯的分子筛型固体酸催化剂的应用，所述催化剂在催化乙醇脱水制乙烯中的应用。

具体是，取所述分子筛型固体酸催化剂碎粉至平均粒径为60-80目，取所述分子筛型固体酸催化剂，采用固定床反应器，在载气的存在下(载气为氮气，流量为0.02L/min)以浓度为10-95wt％的乙醇水溶液为原料，由蠕动泵注入反应器气化段，乙醇的质量空速为1-10h^-1，乙醇经反应器的预热段气化后，在190～350℃的反应温度下，通过分子筛型固体酸催化剂层进行反应，再经冷凝器冷却分离后，收集气相组分，获得乙烯。

本发明所具有的优点：

本发明催化剂不添加贵金属组分，利用廉价过渡金属氧化物负载型分子筛获得催化剂，降低催化剂的生产成本，提高其安全性；同时本发明催化剂适用于低浓度乙醇脱水制乙烯的催化反应中，并且催化反应中采用的本发明催化剂可多次利用，并保持活性和选择性不变。

同时与现有技术相比，本发明的优良效果在于：

1.相比于贵金属类催化剂，本发明的催化剂的成本低廉，乙醇脱水制乙烯转化效率较高，并能提高低浓度乙醇脱水制乙烯的效率；

2.本发明方法制备的催化剂反应温度较低，催化反应的最佳温度为210℃左右，乙醇脱水制备乙烯的转化率能达到99％、选择性能达到98％；本发明中制备的催化剂对不同浓度的乙醇催化制乙烯均表现出较高的催化活性和选择性，该催化剂低温活性高，解决了目前工业生产中存在温度高、空速低等技术问题。因此，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的催化剂在210℃对乙醇的催化效果及选择性图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1

催化剂的制备