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甲醇制芳烃催化剂研究进展

2016-07-14汪哲明陈希强许烽肖景娴杨为民中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院上海201208

化工进展 2016年5期
关键词:失活芳烃分子筛

汪哲明,陈希强,许烽,肖景娴,杨为民(中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院,上海201208)



综述与专论

甲醇制芳烃催化剂研究进展

汪哲明,陈希强,许烽,肖景娴,杨为民
(中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院,上海201208)

摘要:系统回顾了甲醇制芳烃(MTA)的反应原理、MTA催化剂的活性组分(沸石与脱氢组分)、修饰组分、制备方法以及 MTA催化剂反应-失活研究等方面的研究进展。甲醇可通过氢转移与脱氢环化两种途径转化为芳烃,后一途径可获得更高的芳烃选择性。负载具有脱氢功能的Zn组分、低硅铝比的ZSM-5基催化剂为性能优异的MTA催化剂。La、P及Si等组分的修饰可改善MTA催化剂的水热稳定性、提高其芳烃选择性或对二甲苯(PX)选择性。积炭、脱氢组分聚集、还原及分子筛骨架脱Al(或Ga)是导致MTA催化剂失活的重要因素。最后指出,改善催化剂水热稳定性、提高芳烃收率与高附加值芳烃产品的选择性及实现制备过程的绿色化是未来MTA催化剂开发的重要方向。

关键词:甲醇;芳烃;分子筛;脱氢组分;失活

第一作者:汪哲明(1976—)男,博士,高级工程师,从事石化与煤化工催化剂及技术的研发工作。E-mail wangzm.sshy@sinopec.com。

联系人:杨为民,教授级高工,博士生导师,从事多孔材料、工业催化剂、催化工艺技术开发及科研管理工作。E-mail yangwm.sshy@sinopec.com。

甲醇制芳烃过程(MTA),是指甲醇转化为苯、甲苯以及二甲苯(简称BTX)等芳烃产物的过程。芳烃,特别是BTX轻芳烃,是重要的基本有机化工原料。目前,芳烃生产主要来源于石油路线的催化重整和蒸汽裂解副产的裂解汽油抽提过程,全球采用石油路线生产的芳烃约占芳烃生产总量的 85%以上[1]。2014年,我国进口原油依存度已达59.6%,这已威胁到国家的能源安全。我国的能源分布呈现“缺油、少气、富煤”的特点,煤炭已探明储量居世界第三位,丰富的煤炭资源可为煤化工提供充足的原料。

随着北美页岩气工业的发展,蒸汽裂解过程的原料已呈现轻质化的趋势,那么未来自蒸汽裂解副产的芳烃会出现减少的趋势。近十年以来,对二甲苯的国内市场需求强劲,我国对二甲苯(PX)的消费需求年均增长率保持在15%以上。而国内PX进口依存度保持在40%以上,如2014年,我国PX进口量高达1100万吨,进口依存度高达52.4%[2]。从资源丰富的煤基甲醇为原料制取芳烃,对于提高实现煤炭资源的清洁高效利用、石油资源的部分替代与缓解国内对二甲苯产能不足的状况都具有重要战略意义。高性能MTA催化剂研制对MTA工艺技术开发具有举足轻重的作用。藉此,本文综述了甲醇制芳烃(MTA)过程的反应原理、MTA催化剂性能的影响因素以及催化剂的反应-再生失活等方面研究的最新进展,并指出MTA工业催化剂的未来开发方向。

1 甲醇制芳烃过程的反应原理

图1给出了甲醇转化为芳烃的反应路径[3]。甲醇首先在催化剂的Bronsted酸(简写为 B酸)或Lewis酸(简写为L酸)的催化作用下转化为二甲醚,二甲醚进一步转化为C2=~C3=,然后经过聚合、链增长等反应,低碳烯烃转化为C4=~C8=高碳烯烃。C4=~C8=高碳烯烃在B酸的作用下转化为环烷烃中间物种,环烷烃中间物种可通过两种途径转化为芳烃。

图1 甲醇转化为芳烃的反应过程[3]

通过芳构化途径1,在B酸中心作用下,环烷烃中间物种通过分子间氢转移反应转化为芳烃,副产烷烃组分。通过途径 1,烷烃很难被活化继续转化为芳烃,因此,该途径的芳烃选择性不高。通过芳构化途径2,在脱氢组分(如Zn物种)的作用下,环烷烃还可经过脱氢过程转化芳烃,副产仅为分子量最小的氢气分子。因而,与途径1相比,通过途径2,甲醇转化芳烃的过程具有更高芳烃选择性。

2 甲醇芳构化催化剂

尽管单纯的ZSM-5或ZSM-11等分子筛也具有一定芳构化活性,但目前一些研究表明[4-7],负载脱氢组分的分子筛基双功能催化剂,其总芳烃收率优于单功能的分子筛催化剂。这些研究结果与第1节的论述相一致,即负载了脱氢组分的分子筛催化剂具有更为优异的甲醇芳构化性能。

目前,高性能的MTA催化剂通常为分子筛基复合双功能催化剂[3-26],包含分子筛与脱氢两种活性成分。据报道,用于甲醇芳构化催化剂的脱氢组分有Zn、Ga、Ag、Ni、Cu、Pd以及Mo2C等,用于芳构化的沸石分子筛活性组分有ZSM-5、ZSM-11以及MCM-22等[3-26]。

2.1 分子筛组分的影响

2.1.1 分子筛微孔孔道尺寸与结构

沸石分子筛对特定的反应的择形选择性体现在其微孔孔道尺寸、孔结构对反应过渡态中间体、反应物或产物的生成及扩散“限域”效应,只有尺寸较小的物种才能在分子筛所提供空间内顺利生成或进出孔道。

不同孔道结构与尺寸的分子筛上甲醇转化结果显示[18],不同分子筛上产物中芳烃的选择性按照以下次序依次下降:ZSM-5(41.2%)>ZSM-11(28.4%)>丝光沸石(20.4%)>毛沸石(0)。由于八元环小孔孔口尺寸(0.34nm)的限制,毛沸石上甲醇转化的产物主要为分子尺寸较小的C2~C3的烃类。含有八元环与十二元环两套微孔孔道的丝光沸石,小分子裂化产物、C5+非芳烃以及芳烃含量较高,芳烃产物主要以C11重芳烃为主。十元环ZSM-5和ZSM-11分子筛具有较高的芳构化收率,尤其是孔道尺寸略小的ZSM-5分子筛。MIKKELSEN等[19]发现,十二元环的Beta与MOR分子筛上得到芳烃产物主要为五甲基、六甲基苯,而十元环的ZSM-5分子筛上,主导芳烃产物为分子尺寸较小的二、三甲苯。ZSM-5分子筛适宜的孔口尺寸与 BTX轻芳烃的分子尺寸相当,而且有利于抑制大尺寸、重质芳烃的生成。此外,ZSM-5分子筛的三维微孔结构有利于反应产物的快速反应与扩散,从一定程度上可抑制积炭的生成。从芳烃选择性与稳定性等方面综合考虑,ZSM-5可能为性能较佳的MTA催化剂的分子筛活性组分。不同分子筛上甲醇转化产物分布见表1。

表1 不同分子筛上的甲醇转化产物分布[17](370℃,101.3kPa,LHSV=1.0h-1)

2.1.2 分子筛的酸度

B酸与L酸中心均可催化甲醇转化为二甲醚、低碳烯烃的生成以及低碳烯烃聚合成高碳烯烃的过程[3]。B酸还可催化高碳烯烃环化、环烷烃氢转移芳构化过程。MTA催化剂所负载的一些氧化物组分(如 ZnO)可形成具有脱氢功能的 L酸中心(如Zn2+-L),催化MTA过程中的环烷烃脱氢芳构化步骤。

钟炳等[20]研究发现,与ZSM-5相比,NaZSM-5 的MTA反应产物中的芳烃含量显著下降,二甲醚含量明显增加。这一结果表明,MTA过程需要具有较强酸度的B酸性中心参与。吡啶毒化前后ZSM-5 与Ga取代Al的HGaZSM-5分子筛的MTA性能比较结果[14]显示,ZSM-5分子筛的强酸中心被吡啶毒化后,其甲醇转化产物中几乎没有芳烃组分生成。而HGaZSM-5分子筛的强酸位被吡啶毒化后,虽然分子筛上只剩余弱酸位与中强酸位,HGaZSM-5分子筛仍保留一定MTA活性。这被认为具有脱氢功能的Ga组分引入,改变了甲醇转化为芳烃的路径。许磊等[3]也指出,对于 Zn/ZSM-5催化剂来说,中等酸强度的 B酸即可催化甲醇转化为芳烃。Zn/ZSM-5的二甲醚芳构化反应结果显示[13],随着ZSM-5沸石的硅铝比降低,催化剂强酸量逐渐增加,产物中的芳烃含量也明显有所提升。

2.1.3 分子筛晶粒与介孔

MTA催化剂的甲醇转化率、芳烃选择性以及稳定性也会受到沸石分子筛的晶粒尺寸[12,21]与介孔结构[23]的影响。与常规尺寸的沸石分子筛相比,小晶粒沸石分子筛与介孔沸石分子筛具有暴露的孔口数目多、较丰富的介孔、可接近的酸性位多及扩散路径短的特点。以上两类材料作为催化剂活性组分应用于甲醇转化过程时,体现出扩散限制小、积炭容量高、芳构化反应活性高以及稳定性高的优点。

李光兴等[12,21]以 Zn(NH3)42+络合离子为锌源、四丙基氢氧化铵为模板剂,采用“一锅法”合成了具有棒状形貌、晶粒尺寸为 250nm×50nm× 25nm的Zn-ZSM-5纳米分子筛。甲醇转化结果显示,与常规浸渍法制备的颗粒尺寸为微米级 Zn-ZSM-5催化剂相比,棒状纳米Zn-ZSM-5分子筛催化剂的甲醇芳构化的活性、芳烃选择性以及稳定性均较高。这被归结为小晶粒分子筛较短的扩散路径,减小了扩散限制,而且具有较多的暴露的孔口数目[22]。

ROWNAGHI等[22]采用有机硅、铝源合成了介孔ZSM-5沸石(Meso-ZSM-5),并与常规的ZSM-5沸石(Con-ZSM-5)比较了物化性能与甲醇转化性能。Meso-ZSM-5的介孔表面积与孔容均显著高于Con-ZSM-5。此外,与常规合成的沸石相比,介孔沸石上形成了更大孔径尺寸的介孔结构。较大的介孔尺寸与丰富的介孔,都被归结为Meso-ZSM-5具有更高活性、稳定性(是常规沸石寿命的两倍)的原因。

常规与介孔ZSM-5沸石的组织结构性质见表2。

表2 常规与介孔ZSM-5沸石的组织构性质[23]

2.2 脱氢组分的影响

由图1中的MTA的反应路径可知,分子筛载体负载脱氢组分后,催化剂上甲醇转化为芳烃的路径发生了变化,甲醇可通过途径 2——环烷烃脱氢步骤转化为芳烃。研究表明,MTA催化剂的性能受到负载的脱氢组分种类[4-5,11,7]、含量[6-8,15]、前体[3]以及负载方式[9,24-25]的影响。

2.2.1 脱氢组分的种类

负载Ag、Pd、Ir、Ru、Ni及Cu等组分ZSM-5基催化剂的甲醇反应结果[11]比较显示,Ag、Cu及Ni组分的负载有助于提高催化剂的芳烃选择性,这被归结为金属组分与烯烃活性中间物种之间具有很好的缔合作用,促进了芳构化过程。以上3种金属组分对特定芳烃的选择性的调控性能也有所差异,Ni基催化剂对萘系的芳烃及衍生物具有较高的选择性,载Cu的催化剂对C9~C11的重芳烃的选择性较高,而负载Ag的催化剂对C6~C8的轻芳烃显示了很高的选择性。

ROBERT等[7]报道5%Mo2C/ZSM-5催化剂的芳烃产物选择性可达 46.9%,较空白 ZSM-5提高了50%。ZAIDI等[5]考察了HZSM-5、ZnO/ZSM-5、CuO/ZSM-5、CuO-ZnO/ZSM-5 共4种不同催化剂的甲醇转化行为,研究结果显示4种不同催化剂的芳烃产率按照以下次序逐渐递减:CuO/ZSM-5(76.5%) >CuO-ZnO/ZSM-5(69.4%)>ZnO/ZSM-5(66.9%)>HZSM-5(20.9%)。

Zn2+、Ag+交换的ZSM-5催化剂的甲醇芳构化性能研究[4]显示,负载Zn与Ag组分后,ZSM-5催化剂的芳构化性能有了明显提高,并且Ag-ZSM-5(72.5%)的芳烃收率略高于 Zn-ZSM-5的芳烃收率(68.8%)。副产物的分析结果显示,Ag-ZSM-5催化剂上得到的反应产物中的 CO2含量明显低于Zn-ZSM-5。这一结果表明,Ag+的引入还有利于抑制甲醇分解生成 CO2的反应。本文作者认为,Ag-ZSM-5催化剂上,Ag+与分子筛的骨架酸性位可形成Ag+O-Z物种(Z为zeolite的缩写),该物种可活化烃类C—H形成具有脱氢功能Ag-H物种,促使甲醇按照脱氢芳构化的途径转化为芳烃。在烃类芳构化研究中,NIU等[24]指出,ZnO会与分子筛骨架酸性中心发生相互作用,形成具有脱氢功能的ZnOH+中心(Zn2+-L酸中心)。

Zn/ZSM-5催化剂常用于烃类芳构化过程中,大量的MTU研究结果[3,6,9,12-13,17-18 21,24-25]显示,其MTA活性与选择性也非常优异,并且Zn的价格比较便宜。综合性能与成本两方面考虑,Zn/ZSM-5催化剂有望应用于的未来MTA工业转化过程中。

2.2.2 脱氢组分的用量

负载脱氢组分的分子筛基催化剂上MTA反应,是催化剂的 B酸中心与脱氢中心协同作用的结果[3,6,13]。B酸中心与脱氢中心的比例是反应体现两者相互作用的关键参数,脱氢组分的用量[6-7,15]、前体[3]以及制备方法[9,24-25]等因素是影响该参数的重要因素。

Ag/ZSM-5催化剂上的MTA反应研究结果[8]显示,负载3%Ag的催化剂具有最高的芳烃选择性。作者认为,一方面,过量Ag2O的负载可能会导致聚集形成大晶粒的Ag2O,大晶粒的Ag2O在还原气氛下(反应产物中有H2生成)容易被还原生成金属Ag,从而降低催化剂脱氢性能;另一方面,负载的过量Ag2O可能会覆盖大量分子筛的酸性位,从而导致催化剂酸量急剧下降,脱氢性能的下降与酸中心的大量覆盖将会导致MTA催化剂的芳构化性能的衰减。

王金英等[6]考察了不同 Zn的负载量对催化剂的B酸量、L酸量及Zn/ZSM-5催化剂性能的影响。吡啶红外的表征结果显示,随着Zn负载量的增加,催化剂的B酸量降低,L酸量明显增加,催化剂的B酸/L酸的比例随之降低。B酸量的下降被归结为负载的Zn与B酸中心形成Zn2+-L酸中心所致。不同Zn负载量催化剂的MTA性能见图2。由图2可发现,当催化剂上负载1%Zn,其B酸/L酸比例为0.1时,催化剂上的芳烃收率达到最高。产物分析结果显示,随着Zn负载量的增加,产物中乙烯、丙烯含量逐渐增加,并且甲醇分解产物 CO、CO2的含量也明显有所提升。

Zn的负载量增加,可提高催化剂的脱氢能力,有利于提高通过脱氢过程(途径 2)生成芳烃的比例。同时,Zn负载量的增加,会导致B酸量的下降,降低通过氢转移过程(途径 1)方式生成芳烃的比例。当Zn负载量过高时,B酸浓度会明显下降,如此将抑制B酸中心催化的环化过程,导致环烷烃中间物种含量的显著下降,从而使得途径1与途径2的芳构化途径均受到抑制,因而会造成MTA过程芳烃收率显著下降。因此,为了提高MTA过程的芳烃收率,需精确调配催化剂的脱氢与酸性之间比例,抑制通过途径1生成芳烃的比例,尽量提高通过途径2生成芳烃的比例。

图2 Zn的负载量对Zn/ZSM-5催化剂上B/L酸比例与芳烃产率的影响[6](101.3kPa,400℃,WHSV=0.9h-1)

2.2.3 前体与负载方式

脱氢组分的前体[3]与负载方式[9,24-25]对MTA催化剂的比表面、酸度或脱氢组分的分散有着重要影响,进而会影响MTA催化剂的性能。以硝酸锌、硫酸锌、氯化锌为脱氢组分前体制备的 Zn/ZSM-5催化剂的MTA反应结果[3]显示,以硫酸锌为原料制备的催化剂具有较高的芳烃收率。这被归结为,以硫酸锌为原料制备的催化剂被 ZnO组分覆盖的 B酸性位少,B酸位的保留率高所致。

刘维桥等[9]发现,一步水热合成的ZnZSM-5催化剂无论是甲醇转化率与芳烃的选择性,还是反应稳定性,该催化剂均优于传统浸渍法制备的ZnZSM-5催化剂。与常规浸渍法负载的Zn/ZSM-5催化剂相比,一步水热合成的ZnZSM-5催化剂的孔容较大、孔道通畅,总比表面积与微孔的比表面积均较大,这有利于Zn物种高度分散在ZSM-5分子筛的孔道与外表面上。同时,ZnZSM-5的酸量与强酸量也高于前者。这些优点均在一定程度上有利于抑制积炭等副反应的发生,促进MTA过程,提高催化剂的稳定性与芳烃选择性。

NIU等[24]比较了采用浸渍法(IM)、离子交换法(IE)、物理混合法(PM)以及直接合成法(DS)制备ZnO/ZSM-5催化剂的MTA反应性能,并将以上催化剂的芳烃选择性与催化剂的 ZnOH+脱氢活性中心进行了关联,如图3所示。在所有催化剂中,Zn/ZSM-5(IE)催化剂具有最高的芳烃选择性(46%)。这被归结为,ZnO/ZSM-5(IE)催化剂具有更多ZnOH+脱氢活性中心,促进了脱氢芳构化过程,有利于提高芳烃产物的选择性。

WANG 等[25]发现,原子层沉积制备的ZnO/ZSM-5(ALD)催化剂比常规湿浸法制备的ZnO/ZSM-5(IWI)催化剂具有更高的芳构化收率与BTX选择性。他们认为,原子层沉积法可使ZnO更均匀地分散在ZSM-5载体表面与孔道内,缩短催化剂的Zn2+-L酸中心与B酸中心的距离,并强化两者的协同作用,促进甲醇转化为芳烃的过程。

催化剂脱氢组分的负载方式优化的关键在于促进脱氢组分在分子筛的表面或孔道内的分散,强化B酸中心与脱氢中心之间的协同作用,提高 MTA过程的转化效率。

图3 不同方法制备的Zn/ZSM-5催化剂的芳烃选择性与其表面ZnOH+含量的关联关系

2.3 其他修饰组分的影响

研究显示,Sn[16]、La[17]、P[26-29]、Si[31]等修饰组分的引入,通过对催化剂内、外表面酸性的调控,可起到改善催化剂的水热稳定性、提高其抗积炭性能、BTX选择性或PX选择性的作用。

袁友珠等[16]发现,添加Sn物种有利于稳定Zn物种,修饰ZSM-5分子筛的缺陷位,抑制催化剂上积炭速率,提高Zn/ZSM-5催化剂的稳定性。其中,负载1%Sn+1%Zn的ZSM-5催化剂的BTX收率(64.1%)最高。NI等[17]报道,采用共浸法制备的La/Zn/ZSM-5催化剂的稳定性、BTX选择性及收率均优于ZSM-5与Zn/ZSM-5催化剂。积炭分析结果显示,催化剂的积炭量按照以下次序逐渐递减: Zn/ZSM-5>La/Zn/ZSM-5>ZSM-5>La /ZSM-5。这一结果表明La组分的添加抑制了催化剂积炭反应。ZHANG等[27]指出,La负载可以促进水分子在分子筛表面的吸附,加速了水与积炭之间的反应,从而在一定程度上抑制了催化剂的积炭并提高了催化剂的稳定性。

磷修饰是调变分子筛的酸度、改善其水热稳定性的常用方法[26-29]。研究表明,P可以与ZSM-5分子筛的骨架铝发生相互作用、形成新的酸性中心[29],该酸性中心的水热稳定性明显优于四面体的骨架铝,但其酸强度弱于后者。刘巍等[30]发现,过量的P引入会导致B酸中心覆盖、孔道堵塞,从而造成催化剂MTA活性下降。

未进行择形修饰的Zn/ZSM-5催化剂上的甲醇转化过程,芳烃产物中的二甲苯为平衡混合物,对二甲苯(PX)在二甲苯混合物中的含量为 20%~30%。魏飞等[31]通过液相硅烷化的方法,在ZSM-5分子筛外表面覆盖了一层SiO2惰性层,经过硅烷化择形修饰后的ZSM-5催化剂的PX在产物中的选择性可提高至90%。产物中PX选择性的提高,被归结为硅烷化覆盖了外表面上非选择性酸性中心、窄化了分子筛孔口与增加了孔口扩散限制所致。高附加值产物——PX选择性的提高,有利于提高MTA过程的经济性。

2.4 MTA催化剂的失活与再生

催化剂上积炭[9,12,16,21]、脱氢组分的颗粒聚集长大[4]、还原[4]以及分子筛骨架脱Al[15](或Ga[32])是造成MTA催化剂发生失活的重要因素。在MTA催化剂失活类型中,唯有积炭失活,催化剂的活性可通过烧炭而得以大部分恢复,属于可恢复性失活过程。其余的失活过程均为不可再生的永久性失活过程。

INOUE等[4]指出,当ZSM-5分子筛的Ag+交换度由10%提高到70%,Ag2O负载量的增加将会导致Ag2O组分的聚集长大。大颗粒的Ag2O容易在MTA的反应气氛(产物中含 H2)下被还原成 Ag金属粒子,从而造成Ag/ZSM-5催化剂脱氢性能的下降与芳构化性能的衰减。田涛等[15]考察了Ag/ZSM-5催化剂上的MTA反应-再生过程。图4给出了4次芳构化反应与催化剂再生循环中芳烃产率随时间变化曲线。如图4所示,每经过一次反应+再生循环,催化剂的芳构化活性约比前一次衰减20%左右。经历4次反应-再生循环以后,催化剂芳构化活性的保留率仅为50%。XRD与TEM表征结果显示,催化剂上Ag粒子的粒径并无明显变化。NH3-TPD与pyridine-IR的表征结果证实,催化剂无论是总酸量还是B酸位的数量都有显著下降。因此,Ag/ZSM-5芳构化催化剂失活的主要原因被归结为,ZSM-5分子筛在反应与再生的水热气氛下,分子筛发生骨架脱铝所致。

在MTA反应与再生过程中,催化剂处于水热气氛中,分子筛活性组分将不可避免发生骨架脱铝,出现水热失活。如何通过催化剂的改进稳定分子筛的骨架铝,提高催化剂的水热稳定性将是MTA催化剂能否实现工业化必须解决的关键问题。

图4 4次芳构化反应-催化剂再生中芳烃收率随时间变化关系

3 结 语

煤(甲醇)制芳烃是继煤制烯烃、煤制天然气、煤制油、煤制乙二醇之后的最重要新型煤化工方向。目前MTA技术尚处于工业化的前夜,催化剂是其核心竞争力。从目前的研究报道来看,负载脱氢组分+低硅铝比的ZSM-5分子筛基双功能催化剂是性能优异的MTA催化剂。为了提高MTA技术的竞争力,还需通过催化剂组成(分子筛、脱氢组分及修饰组分)的调控与匹配、制备及修饰过程等方面优化来提高MTA催化剂整体性能,减少制备过程污染物的排放。MTA催化剂的开发需重点关注以下几点。

(1)优异的水热稳定性是MTA催化剂满足工业长周期稳定运行的重要性能指标。因此,MTA催化剂研制首要解决的问题是,稳定分子筛活性组分的骨架酸性位,不断改善催化剂的水热稳定性。

(2)总芳烃收率、高附加值芳烃组分(BTX、X以及 PX产品)选择性以及甲醇转化率是关系MTA技术经济性的重要指标。以上技术指标的不断提高,是MTA催化剂开发与增强MTA技术竞争力的重要方向。

(3)降低催化剂的生产成本、减少生产过程的三废排放、实现MTA催化剂制备过程的绿色化,也是MTA催化剂研发工作所必须面对的挑战。

参 考 文 献

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Advance in the research and development of methanol to aromatic catalysts

WANG Zheming,CHEN Xiqiang,XU Feng,XIAO Jingxian,YANG Weimin
(SINOPEC Shanghai Research Institute of Petrochemical and Technology,Shanghai 201208,China)

Abstract:The research and development advance in the reaction mechanism of methanol to aromatics(MTA),the influence of active components (zeolite,dehydrogenation component),modifiers,the preparation methods and deactivity of the MTA catalyst for both the reaction and regeneration processes,is reviewed in this paper. Methanol is conversed to aromatics by two approaches,hydrogen shift and dehydrogenation-cyclization,and the latter could have high aromatic selectivity. The bi-functional catalysts consisted of ZSM-5 zeolite with low Si/Al ratio and dehydrogenation Zn component,exhibit excellent performance in MTA process. Modification of the MTA catalysts with La,P and Si components could improve their hydrothermal stability and selectivity to aromatics or p-xylene (PX). The deactivation of MTA catalysts during the reaction and regeneration processes mainly results from carbon deposition,aggregation and reduction of the dehydrogenation components and hydrothermal removal Al or Ga from the molecular sieve framework. In future,the research and development of the MTA catalysts should be directed to improving hydrothermal stability,increasing the selectivity for high added-value aromatics and developing green preparation process for the catalysts.

Key words:methanol;aromatics;molecular sieve;dehydrogenation component;deactivation

中图分类号:O 643.3

文献标志码:A

文章编号:1000-6613(2016)05-1433-08

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.05.024

收稿日期:2015-09-10;修改稿日期:2015-11-29。

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