[发明专利]分子筛流化床催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分子筛流化床催化剂的制备方法，特别是关于一种用于含氧化合物制低碳烯烃的分子筛流化床催化剂的制备方法。

背景技术

低碳烯烃作为化学工业重要的基本有机化工原料，在现代石油和化学工业中起着举足轻重的作用。乙烯用来制造各种聚乙烯塑料，和用于制造其他化学品如氯乙烯，环氧乙烷，乙基苯和醇。丙烯用来制造各种聚丙烯塑料，和用于制造其他化学品如丙烯腈和环氧丙烷。随着我国国民经济的发展，尤其是现代化工、化学工业的发展对轻质烯烃的需求日渐攀升，供需矛盾也将日益突出。迄今为止，世界上98%以上的乙烯产量仍来自蒸汽裂解技术，丙烯产量的67%来自蒸汽裂解生产乙烯的副产品，30%来自炼油厂催化裂化(FCC)生产汽、柴油的副产品。然而由于近年来石油资源持续短缺，产能增长有限以及石油资源的不可再生性，原油价格一路走高，这使得乙烯、丙烯的生产成本随之上升，并且已探明石油资源按现有生产水平仅可再开采将近50年。为解决烯烃供求方面的矛盾，开发非石油原料制低碳烯烃利用技术已迫在眉睫。

含氧化合物尤其是醇，能够转化成低碳烯烃。优选的转化过程泛指含氧化合物-到-烯烃(OTO)反应过程，一种特别优选的OTO工艺是甲醇-到-烯烃(MTO)反应过程，其中甲醇在分子筛催化剂存在下主要地转化为乙烯和/或丙烯。甲醇是一种常见的大化工原料，可由煤炭、天然气、生物质、固体废物等作为原料来生产，原料来源十分广泛。天然气等原料通过部分氧化法或蒸汽转化法得到合成气(CO+H₂)，然后在合成甲醇催化剂(如铜/锌氧化物催化剂)的作用下，在合成反应器中转化得到甲醇。天然气或煤经合成气生产甲醇已实现工业化，规模不断扩大、技术日臻完善。非石油资源如天然气资源相对丰富，尽管以很高的消费速度增长，但世界范围内的天然气供应仍可保证100多年。因此，甲醇制烯烃(Methanol to Olefin，简称MTO)技术，作为由煤炭或天然气生产基本有机化工原料的新工艺路线，是最有希望取代或部分替代石脑油作为原料制取烯烃的路线，也是实现煤化工或天然气化工向石油化工延伸发展的有效途径。这种方法可以较大范围调节产品比例，以满足市场的需求。开发甲醇制烯烃技术，对确保国家能源安全，经济快速、可持续发展具有深远意义。

甲醇制烯烃过程，需要在分子筛择形催化的作用下进行。很多分子筛均可用于甲醇制烯烃的催化剂活性组分，比如广为人知的ZSM-5分子筛、SAPO分子筛等。其他可用于甲醇制烯烃反应的分子筛有T沸石、ZK-5、毛沸石和菱沸石等。到目前为止，应用于甲醇制烯烃反应过程的分子筛以SAPO-34分子筛性能最佳，SAPO-34分子筛是一种磷酸硅铝微孔晶体，结构类似于菱沸石，属于三方晶系，具有三维孔道结构，其孔口直径为0.43nm，具有强择形性，因而用于甲醇制烯烃反应时表现的性能良好，低碳烯烃的选择性较高。

分子筛应用于工业催化时，一般不能采用100%的分子筛制备成催化剂应用于工业过程。分子筛的自身粘结性比较差，自身粒度过于细小，难于成型为直接应用于工业过程的催化剂。分子筛的制造成本一般比较高，如果采用100%的分子筛作为工业催化剂，将使得工业过程的运作成本增加。工业过程一般要求催化剂具备一定的形状和强度以适应于工业反应器。对于固定床反应器，催化剂在安装之后无需移动，但催化剂需具备一定的抗压碎强度，以防止在装剂过程中催化剂受冲击而破损，并防止安装在下层的催化剂由于承受压力而破损。对于流化床反应器，由于催化剂本身在反应器中不断循环流动或者湍动，故而催化剂除了需要有良好的活性和选择性外，也要具有一定的球形度、良好的粒度分布、堆比等各种物理性质。因此，无论是将分子筛应用于固定床反应器，还是应用于流化床反应器，均需将分子筛和载体材料通过粘结剂的作用形成分子筛催化剂组合物；这种分子筛组合物同时可兼具催化活性、选择性、稳定性、形状和强度，从而满足工业过程对催化剂的要求。