[發明專利]一種由乙醇一步法制芳烴的反應工藝及催化劑

無效

• 申請號: 200810031149.0
• 申請日: 2008-04-25
• 公開（公告）號: CN101564696A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 晁自勝;章文貴;劉娜;黃彩娟
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B01J29/40
• 分類號: B01J29/40;B01J29/42;C07C1/20;C07C15/00
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技術領域

本發明涉及由一種由乙醇一步法制芳烴的反應工藝及催化劑

背景技術

芳烴是極為重要的大宗化學品和有機化工基礎原料，其中最基本和最重要的是苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯和異丙苯等C₇～C₉芳烴，它們被廣泛用作制造合成樹脂、合成橡膠、合成纖維、涂料、燃料、農藥及軍工產品的原料。高級烷基苯是制造表面活性劑的重要原料。含氧、氯、氮或硫的芳烴衍生物，例如，苯酐、氯苯、硝基苯等，可用于生產各種精細化工產品。多環芳烴中聯苯用作化工過程的熱載體。稠環芳烴中萘是制造染料和增塑劑的重要原料。液體芳烴或其混合物，例如，苯、二甲苯、甲苯等，可用作油漆和涂料等的良好溶劑。芳烴(如，甲苯、異丙苯等)的辛烷值較高，可用作提高汽油質量的重要組分。

芳烴主要來源于煤和石油。從煤煉焦副產焦爐煤氣及煤焦油中可以分離出苯、甲苯、萘、蒽等多種芳烴。石油中含有多種芳烴，但含量不高，且其組分與含量也因產地而異。在石油煉制過程中，通過石腦油的催化重整，可以將其中的非芳烴組分轉化為芳烴，也可以通過石油裂解制汽油過程中分離出芳烴。目前，石油加工已成為芳烴的主要來源，全世界芳烴總產量中90％以上來自石油。從全世界范圍內來看，對于芳烴的需求增長超過了產能的增長，產需之間存在著較大的矛盾，而這種狀況在我國表現的更為明顯。特別是，隨著世界原油價格的不斷上漲，石油資源的日益枯竭，進一步加劇了芳烴生產和消費之間的矛盾。因此，尋找制備芳烴的替代路線顯得非常迫切和重要。目前，正在研究和發展中的替代路線主要是天然氣路線，是以天然氣中所含的C₁～C₄烴(特別是甲烷)為原料，并且可分為以下兩種途徑：1)在無氧或臨氧條件下，C₁～C₄烴經催化芳構化過程轉化為芳烴。該途徑存在著選擇性和收率低、操作條件苛刻(高溫、高壓)、催化劑易快速結焦失活等問題；2)C₁～C₄烴首先經過合成氣步驟轉化為甲醇，然后由甲醇脫水轉化為二甲醚及隨后的進一步脫水轉化為低碳烯烴，最終由低碳烯烴經疊合、異構化、環化脫氫等反應形成飽和烴、芳烴、烯烴等。該途徑存在著工藝流程復雜、操作條件苛刻(高溫、高壓)、催化劑易快速結焦失活等問題。在上述已有工業化或研究發展中的制備芳烴工藝路線中，共同存在著一些缺點，例如，使用不可再生的化石資源(煤、石油、天然氣)為原料、生產過程存在環境污染問題、操作條件苛刻、耗能高、以及催化劑壽命短等。因此，進一步研究開發更加經濟和環保的生產芳烴的工藝路線具有非常重要的意義。

乙醇目前主要是通過植物生物質發酵而獲得大規模的工業化生產，屬于可再生資源。植物生物質資源來源廣泛、儲量豐富、年年再生。此外，隨著工業生物技術的不斷進步，發酵乙醇的生產成本不斷下降，使得生產成本相應下降，因此，由乙醇催化轉化制備芳烴，相對于傳統的煤炭和石油路線以及正在研究開發的天然氣路線，表現出了越來越大的經濟競爭優勢，同時也具有能有效利用植物生物質、無污染、可從根本上規避石油資源匱乏所帶來的危機等巨大的社會意義。但目前國內外尚未有關于由乙醇直接轉化制備芳烴的專利文獻報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種由乙醇一步法制芳烴的反應工藝以及相應的催化劑。所說的反應工藝涉及了乙醇或其水溶液在固定床流動型反應器中，于常壓、反應溫度260～380℃，液時空速0.6～6h^-1條件下，經多相催化劑的作用，轉化為以芳烴為主的液相烴類產物和微量的以C₂～C₄烯烴為主的氣相產物。從反應器中出來的反應混合物經空氣冷卻后實現氣-液分離。所得到的水/烴類液相混合物經靜置分離除去水相后，得到主要含有芳烴的液相產物，再經現有任何現有分離工藝技術，最終得到目標產物芳烴和非芳烴，非芳烴可作為溶劑或汽油組分使用。所說的多相催化劑由0～10wt％的活性金屬組分和0～75wt％的無定形硅鋁以及硅鋁比為25～300的HZSM-5組成，其制備過程在于，首先將HZSM-5與含有活性金屬組分的鹽溶液和/或含無定形硅鋁的溶膠一起充分混合均勻，然后在室溫靜置或加熱回流狀態下處理一定時間，最后去除液體，并將所得固體物質進行高溫焙燒。采用本發明工藝和催化劑，在優化的條件下，乙醇轉化率100％，液相收率大于99％，芳烴的理論收率和時空收率分別大于79％和0.23g/g·h。