高效催化MTO反应生产工艺研究

王小瑞，董 鹏

(1.兰州石化技术职业学院，甘肃 兰州 730060；2.兰州理工大学，甘肃 兰州 730050)

1 引言

分子筛因具有高的比表面积、稳定的化学性能、机械强度等优点，常被用作酸催化剂，主要利用其内外表面拥有的酸性进行催化反应。其次分子筛可以作为载体，如作为铂、钯、钌类金属的载体，得到同时拥有金属功能和酸性功能的双功能催化剂。而作为分子筛独特的性能择形性，常被研究者重点关注。

ZSM-5分子筛拥有孔口尺寸可控、孔道结构可变、酸性质精准调节及水热稳定性高等优点，是一种最具有前途的分子筛催化剂前驱体。因此，在化工领域中是一种重要的催化材料。为了能够开发适合于资源重整战略部署的必需品乙烯和丙烯，MTO反应势必是一种可以替代石油的路线[1～5]。因为我国煤炭资源丰富因此拟甲醇制烯烃生产技术就变成了替代传统路线的新工艺。然而，目前用于MTO反应中催化剂均存在副产物多、催化剂容易积碳失活等缺点[3，4]，如SAPO系列催化剂。故采用刻蚀技术制备新型催化剂，主要研究在该催化剂催化作用下的工艺条件优化。

2 实验部分

2.1 催化剂制备

HZSM-5(Si/Al=80)，在550 ℃温度下焙烧4 h，备用。具体步骤位：向一定量的苯溶液中加一定量的3-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀后，分别称取一定量的HZSM-5分子筛，分别加入苯溶液中；将上述混合液在85 ℃的温度搅拌25 h。分离同时将固体样品在110 ℃温度下干燥4 h；并在550 ℃温度焙烧4 h，得到所制样品，分别记作550-Z5(下列工艺条件优化均采用3-氨丙基三乙氧基硅烷/HZSM-5=30%，质量比)。

2.2 催化剂性能评价

550-Z5催化剂催化MTO反应性能在固定床中评价。具体步骤为：称取0.5 g催化剂样品和5 g石英砂混合均匀，并均匀装填于固定床一定位置。升温，启动进料、反应并分析。采用GC7890Ⅱ气相色谱仪在线检测：检测柱温为40 ℃，进样器温度200℃，检测器温度180 ℃。采用面积归一法定量计算。

3 工艺条件研究结果

改性HZSM-5催化剂在MTO反应中的催化性能结果见表1。可以看出，温度对反应的影响是一个非常重要的因素，当温度为490℃、常压、氮气流量20 mL/min、WHSV=1.08 h-1、催化剂质量0.5 g、石英砂5 g条件下，甲醇转化率均为100%；乙烯和丙烯的选择性最高为64.78%，烯烃的总选择性为85.90。温度过低，反应速率低，温度过高积碳严重。空速越高，芳烃含量大量增加，空速过小，不经济。压力从经济方面考虑，常压就可以完成此反应。总之，MTO反应的高效及合理生产是国家战略发展目标，而工艺条件是该反应的具体实施过程[6～10]。

表1 催化剂550-Z5催化MTO反应工艺条件优化结果

4 结论

采用KH-550为刻蚀剂制备了KH-550-HZSM-5系列催化剂。通过对改性后催化剂催化MTO工艺条件进行了研究。结果表明：在温度为490 ℃、常压、氮气流量20 mL/min、WHSV=1.08 h-1、催化剂质量0.5 g、石英砂5 g条件下，甲醇的转化率为100%，乙烯丙烯的选择性约为64.95%，烯烃总选择性为85.90%。基于此，本文主要在催化剂理论研究基础上针对MTO反应工艺条件提出了优化结论，以期进一步指导工艺流程实际改造，减少能耗及设备费用，进一步优化MTO反应工艺的高效性、简易性、经济性。