[发明专利]用于乙烯直接转化制备丙烯的催化剂及应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用乙烯为原料直接转化制备丙烯的催化剂及应用方法。

背景技术

丙烯作为重要的有机化工原料，主要用于制丙烯腈、环氧丙烷、丙酮、合成树脂、合成橡胶及多种精细化学品等。近些年，随着我国甲醇制烯烃(MTO)项目的持续升温，乙烯和丙烯的产量也在逐年升高。然而，由于丙烯需求的增长速度一直高于乙烯，并且丙烯一直处于供不应求、价格上涨的阶段。因此，国内外科研单位和大公司对扩大丙烯来源技术的开发一直十分活跃，但大都集中在乙烯和丁烯歧化制丙烯方面。

ABB Lummus公司是较早从事乙烯和丁烯歧化制丙烯技术的公司，其开发的OCT工艺已在全球得到了广泛的工业化应用。主要以MgO-WO／SiO₂为催化剂，反应温度150-400℃，反应压力1.0-4.0MPa。除此之外，国际上还有IFP公司的Meta-4工艺以及BASF，Lyondell，Sasol，Equistar等公司研发的各种工艺。国内包括中国科学院大连化学物理研究所和上海石油化工研究院在内的多家科研单位也进行了相关的研究。然而，由乙烯一步法直接制丙烯的技术并未见太多报道。我国因MTO项目的大力发展，乙烯的产量逐渐过剩。除MTO项目之外，生物乙醇的产量也在日趋增长，而乙醇制乙烯技术已是成熟的技术。因此，开发乙烯一步法制丙烯技术不仅有利于充分利用我国现有的乙烯资源，提高其经济附加值，还能与生物乙醇制乙烯技术联用开发清洁可持续的由生物乙醇经乙烯制丙烯路线。国外尽管已有部分相关研究，但丙烯的收率都较低。Basset等人以W(H)₃/γ-Al₂O₃为催化剂的丙烯起始收率约40％，但很快便降至10％以内。Iwamoto研发的Ni／MCM-41催化剂虽具有较好的稳定性，但其丙烯的收率也在35％以下。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于乙烯直接转化制备丙烯的催化剂及应用方法，可以解决述丙烯收率低的问题，该催化剂具有适宜的孔道结构和较强的酸性，在乙烯转化制丙烯反应中，具有较高的催化活性。

本发明提供的用于乙烯直接转化制丙烯的催化剂是以H-SSZ-13沸石分子筛为原料，经酸处理、焙烧制成，该催化剂由硅、氧和铝组成(质量比：SiO2／Al2O3=27)，且具有规则的三维八圆环孔道结构，孔径大小为0.38×0.38nm；

本发明提供的用于乙烯直接转化制丙烯的催化剂的制备方法包括下述步骤：

1)将H-SSZ-13催化剂原粉(主要成分为Si，O和Al，其中SiO2／Al2O3=27)在浓酸(浓硝酸，浓盐酸或醋酸)的条件下进行处理，处理温度为25-150℃，处理时间为5-60h；

2)将酸处理后的催化剂于马弗炉中空气气氛下焙烧4-6h，焙烧温度为500-600℃。

本发明提供的用于乙烯直接转化制丙烯的催化剂的应用方法包括下述步骤：

1)催化剂经浓硝酸，盐酸或醋酸处理，处理温度为25-150℃、处理时间为5-60h；再经500-600℃的焙烧。

2)将焙烧后的催化剂，放入不锈钢固定床反应器中部；在He氛围下，450℃预处理3h，然后降至反应温度(300-450℃)稳定1h；

3)将乙烯的标准气通入反应器顶部的预热器内并与载气混合后通入催化剂床层进行催化反应，即可制得产物，产物用气相色谱在线分析。

所述催化剂的用量为0.1-100g。

步骤3)所述催化反应的工艺条件为：反应温度300-450℃、反应压力常压、乙烯的重时空速(WHSV)为1.0-10.0h^-1。

本发明催化剂孔道适宜，酸性较强，稳定性良好，只需进行酸处理便可直接使用，催化剂在乙烯转化的固定床反应器上催化效果明显，并且丙烯收率较高，酸处理后催化剂的寿命可达10小时以上；该催化剂制备和后处理过程均简单易行，并且成本低廉，可在乙烯直接制丙烯反应中大规模推广应用。

附图说明

图1为所用分子筛催化剂的电镜图。

图2为所用分子筛催化剂的XRD图。

图3为本发明使用的反应装置示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细、完整的说明。

本发明使用的反应装置如图1所示，图中1是气体质量流量控制器，2是缓冲罐，3是截止阀，4是催化剂，5是加热炉，6是气相色谱，7是电脑和显示器。按次序依次连结。

实施例1：