[发明专利]甲醇和/或二甲醚制取乙烯丙烯的催化剂、其制法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种由甲醇和/或二甲醚制取低碳烯烃的技术，具体地涉及一种甲醇和/或二甲醚转化制取乙烯丙烯的催化剂、所述催化剂的制备方法以及使用所述催化剂并采用物料循环技术由甲醇和/或二甲醚高选择性制备乙烯和丙烯的方法。 

背景技术

乙烯、丙烯是现代化工的基本原料，工业上乙烯和丙烯主要是以石油炼制而得的轻质油(石脑油和轻柴油)为原料进行生产，完全依赖于石油资源。随着社会经济的发展，烯烃需求日益增大，研究开发烯烃生产新技术一直是重要的研究方向，其中煤经甲醇制取低碳烯烃(MTO)是最具有应用前景的非石油路线生产乙烯、丙烯的新途径。几十年来，世界各国均投入了大量人力和物力对此路线进行研究开发。 

1976年Mobil Oil公司首先进行了甲醇在ZSM-5分子筛催化剂上转化为碳氢化合物的反应。其后，USP 4,035,430中公开了甲醇在ZSM-5分子筛催化剂上转化汽油的过程；USP 4,542,252中公开了甲醇在ZSM-5分子筛催化剂上制取低碳烯烃的技术；USP 3,911,041，USP 4,049,573，USP4,100,219，JP 60-126233，JP 61-97231，JP 62-70324和EP 6501中公开了使用磷、镁、硅或碱金属元素改性的ZSM-5分子筛催化剂由甲醇制取低碳烯烃的反应；且本申请人在USP 5,367,100中公开了使用磷和镧改性的ZSM-5分子筛催化剂由甲醇或二甲醚制取低碳烯烃的反应，其气相产物中乙烯和丙烯总选择性仅为65重量％左右，乙烯、丙烯和丁烯总选择性大于85重量％。 

1984年，美国联合碳化物公司(UCC)开发了新型磷酸硅铝系列分子筛(SAPO-n)(USP 4440871)，其中SAPO-34分子筛由于具有适宜的酸性和孔道结构在MTO反应中呈现出优异的催化性能，并成为取代ZSM-5沸石 分子筛的新一代MTO催化剂的活性组分。由于SAPO-34孔道较小且具有椭球形笼状结构，在甲醇转化反应中容易结炭失活，因此采用SAPO-34分子筛为活性组分的MTO催化剂需要制备成微球流化催化剂并应用于流化反应过程，流化反应对催化剂的频繁再生和磨损不可避免地会造成催化剂的损失，从而增加MTO过程的生产成本。 

为了克服甲醇制烯烃流化床技术的弊端，发展抗结炭催化剂和催化剂磨损小的固定床技术仍是该技术的重要发展方向。从上述现有技术得知，在ZSM-5沸石分子筛为活性组分的催化剂上，造成产物中乙烯和丙烯选择性较低的主要原因之一是甲醇转化中产生大量芳烃产物。所以，提高产物中乙烯和丙烯选择性的路线为：(1)将生成的芳烃进一步转化为烯烃；或(2)将生成的芳烃循环使用促进烯烃的生成，并抑制芳烃产物的生成。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于甲醇和/或二甲醚转化制备乙烯和丙烯的催化剂及其制备方法、以及使用所述催化剂制备乙烯和丙烯的方法，其烃类产物中乙烯和丙烯选择性大于90wt％，从而提高甲醇和/或二甲醚转化为乙烯和丙烯的收率和原料利用率。 

为了实现上述目的，本发明的发明人研究开发了镧和硅烷化联合改性的分子筛催化剂，镧改性可以有效调变沸石分子筛的酸性和水热稳定性，而硅烷化技术可以对沸石分子筛外表面酸性进行“钝化”修饰，改性后的催化剂用于甲醇和/或二甲醚转化制备乙烯和丙烯反应可以降低产物中烷烃的生成，提高乙烯和丙烯的选择性；而且本发明的发明人研究了通过循环技术将生成的芳烃与甲醇和/或二甲醚共同进料促进甲醇和/或二甲醚转化为烯烃并抑制芳烃产物的生成而提高乙烯和丙烯的选择性。在此基础上，完成了本发明。 

因此，在一方面，本发明提供一种用于甲醇和/或二甲醚转化制取乙烯和丙烯的催化剂，所述催化剂是：镧和硅烷化联合改性的分子筛催化剂，其中所述分子筛催化剂中的分子筛为HZSM-5和/或HZSM-11沸石分子筛，其中通过镧和硅烷化联合改性，使得催化剂担载镧和硅化合物，其中镧的担载量为催化剂总重量的0.5-5重量％，硅化合物以氧化硅计的担载量为 催化剂总重量的0.1-10重量％，并且余量为HZSM-5和/或HZSM-11沸石分子筛。 

在本发明的一个优选的实施方案中，镧的担载量为催化剂总重量的1-5重量％，硅化合物以氧化硅计的担载量为催化剂总重量的1-10重量％，并且余量为HZSM-5和/或HZSM-11沸石分子筛。