[发明专利]分子筛催化剂组合物、其制备和在转化方法中的应用

说明书

发明领域

本发明涉及一种分子筛催化剂组合物、一种制备或形成所述分子筛催化剂组合物的方法和使用所述催化剂组合物的转化方法。 

发明背景 

传统上烯烃是通过催化或蒸汽裂化方法由石油原料生产的。这些裂化方法，特别是蒸汽裂化，从各种烃原料生产轻烯烃，例如乙烯和/或丙烯。乙烯和丙烯是重要的石油化学品，可用于制备塑料和其它化合物的各种方法中。 

含氧物，特别是醇可转化为轻烯烃，对于这一点石油化学工业已经知道了相当长的一段时间。有许多技术可用于生产含氧物，包括发酵，或由天然气、石油液体、包括煤在内的含碳物质、再循环塑料、城市废物或任何其它有机材料衍生的合成气的反应。通常，合成气的生产包括天然气(大部分是甲烷)与氧源的燃烧反应，产生氢气、一氧化碳和/或二氧化碳。合成气生产方法是众所周知的，包括常规的蒸汽转化、自热转化或其组合。 

甲醇是用于轻烯烃生产的优选的醇，其通常由氢气、一氧化碳和/或二氧化碳在甲醇反应器中、在多相催化剂存在下的催化反应来合成。例如，在一种合成方法中，在水冷的管式甲醇反应器中使用铜/氧化锌催化剂来生产甲醇。优选的甲醇转化方法通常被称为甲醇至烯烃方法，其中甲醇在分子筛存在下主要转变为乙烯和/或丙烯。 

分子筛是具有不同大小的孔的多孔固体，例如沸石或沸石型分子筛、碳和氧化物。用于石油和石化工业的大部分商业上有用的分子筛被称为沸石，例如硅铝酸盐分子筛。沸石通常具有一、二或三维晶体孔结构，所述孔结构具有分子尺寸的均匀大小的孔，其选择性吸附能够进入孔的分子，并且将那些太大的分子排除。 

有许多不同类型的众所周知的分子筛，它们可以将原料，特别是含有含氧物的原料转化为一种或多种烯烃。例如，美国专利5,367,100描述了使用众所周知的沸石ZSM-5将甲醇转化为烯烃；美国专利4,062,905讨论了使用结晶硅铝酸盐沸石例如沸石T、ZK 5、毛沸石和菱沸石将甲醇和其它含氧物转化为乙烯和丙烯；美国专利4,079,095描述了使用ZSM-34将甲醇转化为烃类产品如乙烯和丙烯；和美国专利4,310,440描述了使用晶体磷铝酸盐(常用ALPO₄表示)由醇生产轻烯烃。 

一种用于将甲醇转化为烯烃的最有用的分子筛是硅铝磷酸盐分子筛。硅铝磷酸盐(SAPO)分子筛含有[SiO₂]、[A1O₂]和[PO₂]角原子共享四面体单元的三维多微孔的结晶骨架结构。SAPO合成描述在美国专利4,440,871中，通过引用该专利全文被结合在本文中。SAPO通常通过硅、铝和磷源与至少一种模板剂的反应混合物的水热结晶来合成。SAPO分子筛的合成、其配制成SAPO催化剂和其在将烃原料特别是甲醇原料转化成烯烃中的应用，见美国专利4,499,327、4,677,242、4,677,243、4,873,390、5,095,163、5,714,662和6,166,282，通过引用所述专利全文被结合在本文中。 

通常，将分子筛制成分子筛催化剂组合物，以改进其在工业转化方法中的耐久性。在工业化方法的过程中，催化剂组合物颗粒本身、反应器壁和其它反应器系统之间的碰撞引起所述颗粒破碎成被称为细粉的更小的颗粒。分子筛催化剂组合物颗粒的所述物理性破碎被称为磨耗。细粉常常在流出物流中离开反应器，从而导致回收系统出现问题。具有较高耐磨耗性的催化剂组合物产生较少的细粉，转化需要较少的催化剂组合物，并且较长的寿命导致较低的操作成本。 

通过将分子筛和基质材料结合，通常是在粘结剂的存在下，来形成分子筛催化剂组合物。粘结剂的目的是使基质材料(常常是粘土)与分子筛保持在一起。粘结剂和基质材料在形成分子筛催化剂组合物中的应用，对于各种工业方法来说是众所周知的。还已知分子筛催化剂组合物的制备或配制方法会影响催化剂组合物的磨耗。