一种zsm-5分子筛组合物、制备方法及其应用的制作方法
【专利摘要】一种ZSM-5分子筛组合物，其特征在于该分子筛组合物含有以P2O5计的0.1-10重量%的磷和以氧化物计的0-10重量%的稀土，所说的ZSM-5分子筛中，碱金属以氧化物计的含量小于0.2重量%，SiO2与A12O3的摩尔比值为100-1000，在氮气吸附法测定下的BET法比表面积为300-600m2/g，总孔容为0.2-0.6mL/g，孔直径>2nm的介孔孔容占总孔容的30-70%。该分子筛组合物在甲醇制轻烯烃反应中有利于提高目的产物丙烯的选择性。
【专利说明】-种ZSM-5分子筛组合物、制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种ZSM-5分子筛组合物、制备方法及其应用，更进一步说本发明涉 及一种含磷和稀土的ZSM-5分子筛组合物、制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002] 丙烯是重要有机化工原料，随着聚丙烯等衍生物需求的迅速增长，对丙烯的需求 也逐年上升。丙烯生产的传统来源中，约70%来自石油烃蒸汽裂解工艺，另有28%来自重油 催化裂化工艺，都依赖石油资源。石油产能的下降及全球油价的大幅度升高迫使研究人员 开发新的替代能源和新的工艺方法来生产大宗化学品。由煤、天然气、生物质等经合成气 向甲醇转化技术已经成熟并实现大规模工业化生产，由甲醇为原料催化脱水制取低碳烯烃 (ΜΤ0)以及甲醇制丙烯（MTP)技术是最有希望取代石油路线的新型烯烃生产工艺。甲醇制 烯烃技术的研究、开发、工业化近年来成为国际各大石油公司技术开发的热点。
[0003] 自1984年美国Mobil公司报道将甲醇制汽油工艺改进后用于甲醇制低碳烯烃 (MTO) (Chang, C D等，J. Catal.，SB，289 (1984))后，许多沸石或分子筛被用作ΜΤ0反应的催 化剂，经过多年的筛选研究，目前主要集中在两类分子筛催化剂。其中一类集中在如ZSM-5 沸石等的中孔沸石。USP3911041公开了采用至少约0. 78重量％磷改性的ZSM-5沸石、在 300-700°C温度下使甲醇转化为烯烃。USP4049573和4088706公开了通过硼或镁的氧化物， 或者进一步加入磷氧化物改性ZSM-5沸石，在250-700°C和0. 2-30大气压下使甲醇转化为 烯烃。USP4480145公开了使用大晶体ZSM-5沸石和沸石孔隙的硅石装填降低沸石的扩散 性，可提高甲醇转化的乙烯产率。该专利还公开了通过在180-820°C下水热处理降低沸石 α活性至6-10,可提高沸石的循环寿命和甲醇转化活性。USP4549573公开了在350-700°C 和1-100大气压下将甲醇转化为烃类时，使用约束因子为1-12且二氧化硅/氧化铝摩尔比 为298-2000的沸石，可提高轻质烯烃的产率。
[0004] 用于甲醇转化为烯烃的另一类重要催化剂为磷酸硅铝（SAP0)族分子筛。该族 分子筛由美国联合碳化合物公司（UCC)在二十世纪八十年代初发明（USP4440871)，其中 SAP0-34分子筛展现了对甲醇制烯烃较佳的催化性能，但该反应产物中富产乙烯，乙烯收率 达53. 8%，丙烯为29. 1%，P/E比很低（USP5817906)。近来有报道在甲醇制烯烃反应中丙烯 选择性达到45. 4%，乙烯含量依然很高，P/E (丙烯/乙烯）重量比小于1. 45(USP6710218)。 SAP0系列分子筛催化剂孔径小，易结焦，并且产物组分中P/E比低，不适用于MTP工艺。
[0005] 上世纪九十年代，德国Lurgi公司基于改性的ZSM-5分子筛开发出一套完整的MTP 工艺，采用部分产物烯烃循环反应方式，丙烯选择性达到71. 2%(PEP Review98-13)，使得有 关ZSM-5分子筛上甲醇制丙烯技术又引起研究人员的关注。
[0006] CN1431982A公开了用甲醇制备丙烯的方法，甲醇部分脱水后进入串联固定床反 应器、利用部分产物循环的方式使得甲醇转化为轻烯烃，所用催化剂为ZSM-5沸石催化剂， 其碱金属含量小于380ppm。所述催化剂的ZnO含量小于0. 1重量％，CdO含量小于0. 1重 量％，BET表面积为300至600m2/g，孔体积为0. 3至0. 5mL/g (压汞法测定)。该催化剂更详 细的制备方法参见US05063187和US07229941，由水热合成的初级晶粒尺寸为0. 1-0. 9 μ m (US05063187)或 0. 01-0. 1 μ m (US07229941)的 ZSM-5 沸石分散在占催化剂 10-40% 的氧化 错粘结剂中制备。
[0007] CN1084431A公开了一种用于甲醇或二甲醚制取轻烯烃过程的含磷、稀土元素和孔 结构调节剂的ZSM-5型沸石催化剂及采用脱水反应器和2?η个反应一再生切换操作的多 段绝热固定床裂解反应器的反应过程，在高温下（M00°C)非循环操作，在规模为日处理甲 醇0. 7-1吨的装置上，甲醇转化率100%，C2?C4烯烃选择性可大于85%，在线运转时间可大 于600小时，且单程操作周期可大于24小时。其中ZSM-5沸石硅铝比为40-80,催化剂磷含 量为0. 7-5%，镧或富镧混合稀土含量为0. 9-6. 5%。
[0008] CN1352627A公开了将甲醇或二甲醚选择性转化为轻烯烃的催化剂，采用具有10 元环交叉通道的沸石如ZSM-5沸石和ZSM-11沸石，通过加入含磷化合物并水热处理使得且 当在120°C和8kPa下测定时沸石对2, 2-二甲基丁烷的扩散参数小于ΙΟΟ?Γ1，使用该沸石制 备的催化剂用于甲醇转化反应，在370-480°C、甲醇分压为30-150PSia时，甲醇的单程转化 率小于95%，由于扩散限制对乙烯的选择性提高。
[0009] CN1803738A公开的使用移动床技术和独立的重烯烃变换步骤将含氧有机化合物 转化为丙烯的方法，优选使用ZSM-5分子筛催化剂，在含氧化合物转化反应步骤中使用移 动床反应器技术，代替现有技术的固定床技术；采用独立的重烯烃变换步骤，使含氧化合物 转化反应步骤中的反应温度降低15°C;限制催化剂循环时间〈700小时；产品乙烯返回含氧 化合物转化反应器，减少了催化剂上的生焦，使得催化剂的活性、含氧化合物的转化率和丙 烯选择性基本接近于或保持在催化剂初始循环水平，从而显著提高了含氧化合物转化为丙 烯的平均丙烯循环产率。
[0010] CN101172246A公开了甲醇转化制丙烯催化剂的制备方法。通过将硅铝摩尔比为 20-1000的ZSM-5分子筛与粘合剂混合成型后焙烧，与选自盐酸、硝酸、硫酸、磷酸或酒石酸 中至少一种的酸溶液或铵溶液进行交换后焙烧，再经历温度为400-700°C的水蒸汽处理，然 后再用选自草酸、柠檬酸、磷酸或酒石酸中至少一种酸溶液浸渍后焙烧制得改性分子筛催 化剂。该催化剂用于甲醇转化制丙烯评价时，甲醇转化率可达100%，丙烯收率达47. 1%，P/ E比高于6。
[0011] CN101172918A公开了甲醇先与氧化铝催化剂接触后再与上述催化剂接触实现甲 醇制丙烯的两段转化方法。
[0012] CN101429085A公开了从甲醇/二甲醚制备丙烯、乙烯轻烯烃的方法，所用催化 剂为硅铝比>50、0. 01-10%稀土和0. 01-10%磷氧化物改性的无粘结剂ZSM分子筛，包括 ZSM-5、ZSM-11、ZSM-23、ZSM-48 或其混合物。
[0013] CN101239326A公开了甲醇转化制丙烯催化剂的制备方法。将硅铝摩尔比为20? 1000的ZSM-5分子筛原粉在空气氛围内焙烧，脱除部分模板剂的ZSM-5分子筛原粉用选自 盐酸、硝酸、硫酸或磷酸中的至少一种酸溶液交换后焙烧，再与选自碱金属氢氧化物或碱金 属碳酸盐中的至少一种碱溶液接触后焙烧，然后用选自硝酸、盐酸、磷酸或硫酸中的至少一 种交换后焙烧制得所需的催化剂。所得催化剂在470°C，甲醇重量空速为11Γ 1，甲醇分压大 于70千帕的甲醇转化条件下，丙烯选择性大于40%，乙烯选择性小于5%，P/E(丙烯/乙烯 重量）比大于9。
[0014] CN101279282A公开了用于甲醇制丙烯的ZSM-5分子筛催化剂及其制备方法。将 硅铝比20-1000的ZSM-5介孔分子筛按质量分数20-100%计与选自氧化硅、粘土或氧化铝 的粘结剂混合后，挤条、压片或喷球成型；然后经选自盐酸、硝酸、硫酸或乙酸中的至少一种 酸溶液调节pH值的铵溶液接触，产物在温度400-700°C条件下水蒸汽处理后用选自草酸、 柠檬酸或马来酸中至少一种溶液浸渍。所得改性分子筛催化剂在反应温度500°C，甲醇空 速41Γ 1条件下，甲醇转化率100%，丙烯收率可达47%，P/E比超过6。CN101279280A公开的 催化剂与此类似。
[0015] CN101279281A公开的甲醇转化制丙烯的高稳定性分子筛催化剂及其制备方法将 硅铝摩尔比为20-1000,重量百分比计为25-99. 9%的ZSM-5分子筛原粉与选自Si02、粘土、 A1203中至少一种粘结剂经挤条、压片或喷球成型；再经过选自硝酸铵、氯化铵、硫酸铵中至 少一种的铵溶液或选自盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、乙酸中至少一种的酸溶液在温度20-90°C下 处理；然后用重量百分比计为〇. 1-5%选自镧、铈硝酸盐或氯化物中的至少一种溶液在温度 为20-90°C条件下处理；在温度400-700°C条件下水蒸汽处理2-15小时；再用选自草酸、柠 檬酸、磷酸、马来酸中至少一种浸渍得所需改性分子筛催化剂。该催化剂用于甲醇转化制丙 烯反应，在反应温度470°C，甲醇空速1小时η条件下，甲醇转化率可达100%，丙烯收率超过 45%，寿命最高可达850小时。
[0016] CN101306381A公开了一种甲醇转化制丙烯的ZSM-5分子筛催化剂及其制备方法。 将硅铝比20-1000的ZSM-5分子筛按照占催化剂的质量分数20-99. 8%计与至少一种选自 氧化硅、粘土或氧化铝的粘结剂混合后，挤条、压片或喷球成型；然后经选自盐酸、硝酸、硫 酸或乙酸中的至少一种酸溶液调节pH值的铵溶液接触，接着用重量百分比计0.01-5%选自 钡、镁或钙中的至少一种硝酸盐或氯化物溶液接触，然后用重量百分比计0.01-5%选自磷 酸、偏钒酸按、钥酸铵或钨酸铵中至少一种盐溶液接触；产物在温度400-70(TC条件下水蒸 汽处理后用选自草酸、柠檬酸或马来酸中至少一种溶液浸渍。所得改性分子筛催化剂在反 应温度470°C，甲醇空速11Γ 1条件下，甲醇转化率100%，丙烯收率可达45%，寿命达到800小 时，提高了丙烯选择性低、分子筛热稳定性和水热稳定性，不易结焦失活。CN101279283A公 开的甲醇制丙烯ZSM-5催化剂进一步把ZSM-5分子筛的晶粒尺寸限制在0. 2-1微米范围 内。
[0017] CN101347743A公开了高丙烯/乙烯比甲醇转化制丙烯催化剂的制备方法。采用先 用选自氢氧化钠、氢氧化镁、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠或碳酸氢钠中的至少一种碱溶液 处理ZSM-5分子筛原粉，然后选自盐酸、硝酸、硫酸或乙酸中的至少一种酸溶液处理，再在 温度为400-700°C水蒸汽处理后与粘结剂混合成型、焙烧后，再用选自草酸、柠檬酸、磷酸或 酒石酸中至少一种溶液浸渍，经焙烧后得到改性ZSM-5分子筛催化剂。该催化剂使原料甲 醇转化率可达100%，丙烯收率可达48. 2%，P/E重量比可达10。
[0018] CN101234353A公开了 一种甲醇制丙烯用催化剂，以占分子筛质量比为 0. 005-0. 15的铈改性H-ZSM-5分子筛，用于甲醇制丙烯反应，反应条件为温度300-500°C， 压力为〇-lMpa，液时空速为0· 1-lOtT1。
[0019] CN101176849A公开了一种由甲醇或二甲醚高选择性制备丙烯的催化剂及制备方 法。采用稀土元素稳定分子筛结构、碱性物质改变表面酸性以及在线硅烷化对孔道进行修 饰等方式对活性组份ZSM-5分子筛催化剂进行改性处理，经喷雾干燥制备出高选择性生产 丙烯的用于流化床反应的催化剂；该催化剂的组成按下述重量百分比：稀土 0. 1-8%，碱性 改性剂0. 5-30%，粘结剂20-80%，硅烷化硅含量0. 05-10%，其余为ZSM-5分子筛。
[0020] CN101433858A公开了一种甲醇/二甲醚制丙烯的HZSM-5分子筛催化剂，采用占分 子筛质量分数为〇. 005-10%的钨元素修饰HZSM-5分子筛催化剂，用于甲醇制丙烯反应，反 应条件为温度300-500°C，压力为Ο-lMpa，液时空速为0· 1-lOtT1。
[0021] CN101624192A公开了用于一种甲醇/二甲醚制丙烯的HZSM-5分子筛催化剂，该 ZSM-5分子筛的硅铝比为250-1150,粒径为65-250nm。该分子筛的制备方法包括将铝源与 有机导向剂混合，加入硅源和有机添加剂成凝胶，然后在60-200°C下水热晶化24-240h。其 中有机添加剂与Si0 2的摩尔比为0. 5-8,种类为甲醇、乙醇、丙酮和聚乙烯吡咯烷酮中的一 种或多种。
[0022] CN102050691A公开了用甲醇耦合碳4烃制备低碳烯烃的方法，采用硅铝比为 15-80的磷改性ZSM-5分子筛为催化剂。
[0023] CN101780417A公开了一种甲醇转化制对二甲苯和低碳烯烃的催化剂，由过渡金属 和稀土金属改性后的ZSM-5分子筛再经硅氧烷基化合物修饰表面酸性和孔结构制备，其中 过渡金属含量为催化剂的〇. 1-10%重，稀土金属含量为催化剂的〇. 1-5%重，硅氧烷基化合 物以Si计占催化剂的0. 1-8%重。
[0024] CN102125866A公开了一种用于甲醇制备丙烯的H-ZSM-5分子筛催化剂，为通过水 热合成分子筛起始原料时蒸发掉部分水分形成凝胶之后进行晶化定向制备得到的晶粒尺 寸小于300nm、比表面积380-420m 2/g、硅铝比80-100的H-ZSM-5分子筛。
【发明内容】
[0025] 尽管采用了非常复杂的制备工艺路线，比如在合成分子筛的初始反应物中添加有 机的或无机助剂，采用高价格的硅氧烷基化合物改性等方法来合成和改性ZSM-5分子筛， 但是其用于甲醇制丙烯工艺所得烯烃选择性仍有待提高。发明人在大量ZSM-5分子筛研究 试验的基础上意外地发现，当采用氟硅酸水热法处理低钠含量的ZSM-5分子筛后，再用含 磷和含稀土溶液进行活化处理后得到的分子筛组合物，具有特殊的孔结构分布，更意外的 是，当以其作为MTP催化剂的活性组分时，在保持甲醇高转化率的同时，丙烯/乙烯质量比 有了明显提高，基于此，形成本发明。
[0026] 本发明的目的是在现有技术的基础上提供一种具有特殊孔结构特征的ZSM-5分 子筛组合物。
[0027] 本发明的第二个目的是提供该ZSM-5分子筛组合物的一种制备方法。
[0028] 本发明的第三个目的是提供一种甲醇制轻烯烃的方法。
[0029] 本发明提供的ZSM-5分子筛组合物，其特征在于该分子筛组合物含有以P20 5计的 0. 1-10重量％的磷和以氧化物计的0-10重量％的稀土，所说的ZSM-5分子筛中，碱金属以 氧化物计的含量小于〇. 2重量％，Si02与A1203的摩尔比值为100-1000,在氮气吸附法测定 下的BET法比表面积为300-600m 2/g，总孔容为0. 2-0. 6mL/g，孔直径>2nm的介孔孔容占总 孔容的30-70%。
[0030] 本发明还提供了上述所说的ZSM-5分子筛组合物的制备方法，其特征在于，该方 法包括将无碱金属或低碱金属的ZSM-5分子筛原粉经焙烧脱除有机模板剂得到焙烧粉；焙 烧粉进行液相酸处理得到酸洗滤饼；以及，所说的酸洗滤饼进行含磷化合物和含稀土化合 物的活化处理后回收得到ZSM-5分子筛组合物的步骤，其中，所说的焙烧粉进行液相酸处 理得到酸洗滤饼的步骤是将焙烧粉与含有氟硅酸的酸性水溶液打浆均匀成分子筛浆液，并 于密闭釜中温度100-200°C、压力0. l_2Mpa下水热处理，所说的氟硅酸与所说的焙烧粉的 干基的质量比为〇. 0001-0. 1 :1，所说分子筛楽液中水与焙烧粉的干基的质量比为3-20 :1。
[0031] 本发明进一步提供的甲醇制轻烯烃（C2-C4烯烃、目的产物为丙烯)的方法，该方法 以上述的ZSM-5分子筛组合物为催化剂的活性组元。
[0032] 本发明通过采用脱除模板剂的无碱金属或低碱金属的ZSM-5分子筛经氟硅酸水 热条件下处理并引入磷或磷与稀土等杂原子等的活化处理过程，使ZSM-5分子筛具有高介 孔孔容和适宜的酸性。在甲醇制备轻烯烃的反应中，高介孔孔容和适宜酸性的ZSM-5分子 筛组合物有利于提高反应物甲醇和产物轻烯烃的扩散速率，有利于在甲醇脱水制丙烯反应 中抑制丙烯、丁烯等中间产物轻烯烃进一步发生氢转移、叠合、缩合生焦等副反应，提高目 的产物丙烯的选择性；而且可以提高催化剂的容炭量，提高催化剂的抗积炭失活能力，延长 催化剂的单程寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 附图1为实施例1的ZSM-5分子筛组合物的XRD衍射图。
[0034] 附图2为实施例8和对比例2催化剂的MTP反应寿命评价结果。
【具体实施方式】
[0035] 本发明提供的ZSM-5分子筛组合物，其特征在于该分子筛组合物含有以P20 5计的 0. 1-10重量％的磷和以氧化物计的0-10重量％的稀土，所说的ZSM-5分子筛中，碱金属以 氧化物计的含量小于〇. 2重量％，Si02与A1203的摩尔比值为100-1000,在氮气吸附法测定 下的BET法比表面积为300-600m 2/g，总孔容为0. 2-0. 6mL/g，孔直径>2nm的介孔孔容占总 孔容的30-70%。
[0036] 所说的组合物中，所说的磷以P205计、优选含量为0. 2-5重量％，所说的稀土以氧 化物计、优选含量为0-5重量％。所说的碱金属以氧化物计、优选含量为小于0. 1重量％，所 说的Si02与A1203的摩尔比值优选为150-500,所说的在氮气吸附法测定下的BET法比表面 积优选为350-500m 2/g，总孔容优选为0. 3-0. 5mL/g，其中孔直径>2nm的介孔孔容优选占总 孔容的40-60%。
[0037] 所说的组合物中，所说的稀土优选自钇、镧、铈和镨中的一种或多种，更优选的稀 土元素为镧和/或铺。
[0038] 本发明提供的ZSM-5分子筛组合物的制备方法，其特征在于，该方法包括将无碱 金属或低碱金属的ZSM-5分子筛原粉经焙烧脱除有机模板剂得到焙烧粉；焙烧粉进行液相 酸处理得到酸洗滤饼；以及，所说的酸洗滤饼进行含磷化合物和含稀土化合物的活化处理 后回收得到ZSM-5分子筛组合物的步骤，其中，所说的焙烧粉进行液相酸处理得到酸洗滤 饼的步骤是将焙烧粉与含有氟硅酸的酸性水溶液打浆均匀成分子筛浆液，并于密闭釜中温 度100-200°C、压力0. l_2Mpa下水热处理，所说的氟硅酸与所说的焙烧粉的干基的质量比 为0. 0001-0. 1 :1，所说分子筛楽液中水与焙烧粉的干基的质量比为3-20 :1
[0039] 所说的方法中，所说的无碱金属或低碱金属含量(碱金属主要指钠或钾，以氧化物 计少于〇. 2重量％)的ZSM-5分子筛原粉可以来源于多种渠道，比如商购得到，比如碱金属经 铵交换得到，优选的是在无碱金属或低碱金属的硅铝体系下水热合成得到的。所说的无碱 金属或低碱金属的硅铝体系下水热合成得到ZSM-5分子筛原粉的过程是将铝源、硅源、水 及有机模板剂充分混合形成反应混合物，将反应混合物在搅拌下、在70?200°C的温度、自 生压力下水热晶化20?200小时，晶化产物经过滤、洗涤，干燥，所说的反应混合物的摩尔 组成范围为有机模板剂 /Si02=0. 03-0. 3, Si02/Al203=100-1000, H20/Si02=5-30,其中，所说 的铝源选自水合氧化铝、硫酸铝、硝酸铝、氢氧化铝、异丙醇铝；所说的硅源选自固体硅胶、 白炭黑等固体硅源；所说的有机模板剂为四乙基氢氧化铵或四丙基氢氧化铵。
[0040] 所说的焙烧脱除ZSM-5分子筛原粉中的有机模板剂，得到ZSM-5分子筛焙烧粉的 步骤，焙烧条件优选为在300-800°C下接触空气焙烧0. 5-50h。
[0041] 所说的焙烧粉进行液相酸处理得到酸洗滤饼，更具体的说是将焙烧粉与含有氟硅 酸的酸性水溶液打浆均匀成分子筛浆液，并于密闭釜中温度100-200°C、压力0. l-2Mpa下 处理，通常处理0. 5-30h ;在优选的实施方式中，所说的将焙烧粉与含有氟硅酸的酸性水溶 液打浆均匀成分子筛浆液，并于密闭釜中处理的温度为l〇5_180°C、压力为0. ΙΙ-lMpa，更 优选为温度105-150°C、压力0. 12-0. 7Mpa。所说的氟硅酸与所说的焙烧粉的干基的质量比 为0. 0001-0. 1、优选0. 001-0. 05、更优选0. 002-0. 01，所说的分子筛浆液中水与焙烧粉的 干基的质量比为3-20、优选4-15、更优选5-10。所说的处理后，经降温至低于80°C、泄压至 常压，将所得产物经过滤，得碱金属含量以氧化物计、例如Na 20含量〈0. 2重量％的酸洗滤 饼。所说的含有氟硅酸的酸性水溶液还可进一步含有选自盐酸、硫酸、硝酸、磷酸和草酸等 中的一种或几种。
[0042] 所说的将ZSM-5分子筛酸洗滤饼进行含磷化合物和含稀土化合物的活化处理，是 将所需计算量的可溶的含磷无机化合物溶于水，与所需计算量的含选自钇、镧、铈和镨中的 一种或几种稀土元素的可溶盐的水溶液混合成活化剂，将活化剂与ZSM-5分子筛酸洗滤饼 打浆混合均匀，然后在80-800°C温度下干燥、焙烧。所说的可溶的含磷无机化合物选自磷 酸、磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵中的一种或几种混合物；所说的稀土元素的可溶盐的 水溶液选自钇、镧、铈或镨元素的可溶盐，例如包括氯化物、硝酸盐等。
[0043] 本发明提供的ZSM-5分子筛组合物作为催化剂的活性组元可以用于甲醇脱水制 轻烯烃、特别是丙烯的方法中。所说的ZSM-5分子筛组合物与无机氧化物粘结剂混合制备 为成型催化剂，例如滚动成型的小球催化剂、挤条成型的条形催化剂或者喷雾成型的微球 催化剂。所说的成型催化剂的组成中还包括了无机氧化物粘结剂、粘土等，其中，本发明的 ZSM-5分子筛组合物占30-95重量％、优选50-90%，粘结剂以无机氧化物计占5-70重量％、优 选10-50重量％，粘土占0-50重量％、优选0-30重量％。所说的无机氧化物粘结剂的实例包 括但不限于如下种类：氧化铝、氧化硅、磷酸铝、无定形硅铝、氧化锆和氧化钛中的一种或多 种的混合物。所说的氧化铝其前身物包括铝溶胶、羟基氯化铝、薄水铝石和拟薄水铝石等； 所说的氧化硅其前身物包括硅酸乙酯，硅溶胶等。所说的粘土包含人工合成或天然产生的 物质，如高岭土、高岭石、蒙脱石、滑石和膨润土中的一种或多种的混合物，也可以是由上述 粘土经过酸或碱处理过程加工后的产品，优选的粘土为高岭土及其经酸或碱处理的产物。
[0044] 在所说的甲醇制轻烯烃的方法中，原料甲醇可以为精制和含水的未精制甲醇，反 应过程中可添加水蒸气或惰性气体来调节甲醇进料分压，所用反应温度为250°C -600°C、 优选为350°C -500°C ;所用反应压力为0. 1-50大气压、优选0. 5-5大气压，所用重量空速 (WHSV)为 0· ΟΙ-δΟΙΓ1、优选为 0· 1-lOtT1。
[0045] 下面通过实施例对本发明作进一步说明，但并不因此而限制本发明的内容。
[0046] 各实施例和对比例中分子筛的X -射线粉末衍射测定所用仪器为德国Bruker D5005衍射仪，采用CuKa射线；分子筛化学组成用X射线荧光光谱法测定。N 2吸附分析采 用美国Micromeritics ASAP2400吸附仪进行测定，其中>2nm的介孔孔容=总孔容-微孔 孔容。
[0047] 实施例中所用原料除特别说明的以外，均为化学纯试剂。
[0048] 实例1-4说明本发明提供的ZSM-5分子筛组合物及其制备过程。
[0049] 实施例1
[0050] 将7. 8千克干胶粉(含74%重A1203，中国石化催化剂长岭分公司生产，下同）加入 到1694千克四丙基氢氧化铵水溶液(含20%重的四丙基氢氧化铵）溶解，再加入577千克 固体硅胶(青岛海洋化工有限公司生产，下同)，搅拌混合2小时。所得反应混合物的摩尔组 成为：TPA0H/Si0 2=0. 2，Si02/Al203=140，H20/Si0 2=9. 5。将反应混合物装入不锈钢晶化荃，在 130°C、连续搅拌和自生压力下晶化90小时。然后将晶化产物过滤、洗涤、并在120°C烘干 16h，即得分子筛原粉产品A1。
[0051] 将上述干燥原粉A1至于马弗炉中，于550°C焙烧6h，得焙烧分子筛粉A2。
[0052] 取400千克干基上述焙烧分子筛粉A2加入到2800千克去离子水中搅拌打浆，然 后加入8. 84千克氟硅酸水溶液(含30%氟硅酸，下同)，置于交换釜中密封，在持续搅拌下升 温至130°C，在釜压为0. 28Mpa下保持lh，然后降温至70°C过滤、洗涤，得滤饼产品A3。
[0053] 将14. 17千克磷酸二氢铵溶解到300千克去离子水中，加入350千克干基上述分 子筛滤饼A3搅拌打浆均匀，然后将浆液在140°C烘干16h，即得本发明分子筛组合物产品 A4。
[0054] 取部分上述的分子筛产品A4,经过X-射线粉末衍射测定，其结果如图1中衍射图 所示，说明其为ZSM-5。经过XRF分析，A4分子筛中Na 20含量为0. 04%，P205含量为2. 69%， 硅铝比为158。经过低温N2-吸附分析，A4分子筛的BET法比表面积为469m2/g，总孔容为 0. 393mL/g，其中孔径为>2nm的介孔孔容为0. 203mL/g，占总孔容比例为51. 4%。
[0055] 实施例2
[0056] 将4. 5千克干胶粉和1271千克四丙基氢氧化铵水溶液(含20%重的四丙基氢氧 化铵，中国石化催化剂建长分公司生产）装入不锈钢晶化釜溶解，再加入260千克去离子水 和577千克固体硅胶，搅拌混合2小时。所得反应混合物的摩尔组成为：TPA0H/Si0 2=0. 15， Si02/A1203=180，H20/Si0 2=9。将反应混合物在140°C、连续搅拌和自生压力下晶化75小时。 然后将晶化产物过滤、洗涤、并在120°C烘干16h，即得分子筛原粉产品B1。
[0057] 将上述干燥原粉B1至于马弗炉中，于550°C焙烧4h，得焙烧分子筛粉B2。
[0058] 取200千克干基上述焙烧分子筛粉B2加入到1800千克去离子水中搅拌打浆，然 后加入2. 97千克氟硅酸水溶液，置于交换釜中密封，在持续搅拌下升温至105°C，在釜压为 0. 13Mpa下保持lh，然后降温至60°C过滤、洗涤，得滤饼产品B3。
[0059] 将4. 37千克磷酸二氢铵溶解到100千克去离子水中，再将6. 1千克六水合硝酸钇 盐溶解到80千克去离子水中，并加入到磷酸二氢铵溶液中形成胶体，向此胶体中加入180 千克干基上述分子筛滤饼B3搅拌打浆均匀，然后将浆液在120°C烘干24h，即得本发明分子 筛组合物产品M。
[0060] 取部分上述的分子筛产品M，经过X -射线粉末衍射测定，其衍射图同图1特征， 说明其为ZSM-5。经过XRF分析，B4分子筛中Na20含量为0. 02%，P205含量为1. 49%，Y203含 量为1. 16%，硅铝比为188。经过低温Ν2-吸附分析，Β4分子筛的BET法比表面积为418m2/ g，总孔容为〇. 31mL/g，其中孔径为>2nm的介孔孔容为0. 14mL/g，占总孔容比例为45. 2%。
[0061] 实施例3
[0062] 将0. 8千克氢氧化铝加入到330千克四丙基氢氧化铵水溶液溶解，再加入150克 去离子水和150千克白炭黑（广东海化化工有限公司生产)，搅拌混合2小时。所得反应混 合物的摩尔组成为：TPA0H/Si0 2=0. 17, Si02/Al203=300, H20/Si02=12。将反应混合物装入不 锈钢晶化釜，在120°C、连续搅拌和自生压力下晶化100小时。然后将晶化产物过滤、洗涤、 并在120°C烘干16h，即得分子筛原粉产品C1。
[0063] 将上述干燥原粉C1至于马弗炉中，于600°C焙烧2h，得焙烧分子筛粉C2。
[0064] 取100千克干基上述焙烧分子筛粉C2加入到1000千克去离子水中搅拌打浆，然 后加入1. 11千克氟硅酸水溶液，置于交换釜中密封，在持续搅拌下升温至150°C，在釜压为 0. 48Mpa下保持4h，然后降温至40°C过滤、洗涤，得滤饼产品C3。
[0065] 将0. 68千克磷酸二氢铵溶解到40千克去离子水中，再加入以RE203计100g/L的混 合氯化稀土溶液(中国石化催化剂齐鲁分公司产品，稀土配分为含60%La 203,40%Ce02)4. 4L， 加入70千克干基上述分子筛滤饼C3搅拌打浆均匀，然后将浆液在120°C烘干16h，即得本 发明分子筛组合物产品C4。
[0066] 取部分上述的分子筛产品C4,经过X -射线粉末衍射测定，其衍射图同图1特征， 说明其为ZSM-5。经过XRF分析，C4分子筛中Na20含量为0. 04%，P205含量为0. 69%，La203 含量为0. 42%，Ce02含量为0. 26%，硅铝比为374。经过低温N2-吸附分析，C4分子筛的BET 法比表面积为440m2/g，总孔容为0. 323mL/g，其中孔径为>2nm的介孔孔容为0. 171mL/g，占 总孔容比例为52. 9%。
[0067] 实施例4
[0068] 取100千克干基实施例2中制备的焙烧分子筛粉B2加入到800克去离子水中搅 拌打浆，然后加入7. 48千克氟硅酸水溶液和1千克盐酸水溶液(含10%重盐酸)，置于交换 釜中密封，在持续搅拌下升温至120°C，在釜压为0. 21Mpa下保持2h，然后降温至50°C过滤、 洗涤，得滤饼产品D3。
[0069] 将1. 46千克磷酸二氢铵溶解到50千克去离子水中，再将2. 39千克六水合硝酸镧 盐溶解到40千克去离子水中，并加入到磷酸二氢铵溶液中形成胶体，向此胶体中加入90千 克干基上述分子筛滤饼D3搅拌打浆均匀，然后将浆液在120°C烘干24h，即得本发明分子筛 组合物产品D4。
[0070] 取部分上述的分子筛产品D4,经过X -射线粉末衍射测定，其衍射图同图1特征， 说明其为ZSM-5。经过XRF分析，D4分子筛中Na20含量为0. 02%，P205含量为0. 99%，La203 含量为1. 17%，硅铝比为274。经过低温队-吸附分析，D4分子筛的BET法比表面积为432m2/ g，总孔容为〇. 32mL/g，其中孔径为>2nm的介孔孔容为0. 15mL/g，占总孔容比例为46. 9%。
[0071] 实例5-8说明以本发明的ZSM-5分子筛组合物为活性组分制备的催化剂。
[0072] 实施例5
[0073] 将实施例1中的300克干基分子筛A4与349克铝溶胶(中国石化催化剂齐鲁分公 司产品，含21. 5%重的A1203)充分混合均匀，然后在滚球机中转动成小球催化剂，筛分得到 直径1. 4-2. 0mm的小球，所得小球经120°C烘干16h，然后在550°C温度、焙烧4小时得小球 催化剂CA4。
[0074] CA4催化剂组成为80%重分子筛A4和20%重Al2〇3。
[0075] 实施例6
[0076] 将22. 34克高岭土（中国高岭土公司产品，灼减16%)加入150克去离子水和261 克铝溶胶打浆，再加入实施例2中的300克干基分子筛Μ并充分混合均匀，然后在小型喷 雾干燥成型机上喷雾成型微球催化剂，筛分得到直径38-150 μ m范围的微球，所得微球经 120°C烘干16h，然后在550°C温度、焙烧4小时得微球催化剂CB4。
[0077] CB4催化剂组成为80%重分子筛B4、15%重A1203和5%重高岭土。
[0078] 实施例7
[0079] 将实施例3中的85克干基分子筛C4与15克干基干胶粉（中国石化催化剂长岭分 公司生产)充分混合，加入1. 5%重的醋酸水溶液进行捏合，然后用挤条机挤出直径1. 5mm的 条形催化剂，经120°C烘干16h，然后在550°C温度、焙烧2小时得条形催化剂CC4。
[0080] CC4催化剂组成为85%重分子筛C4和15%重A1203。
[0081] 实施例8
[0082] 将实施例4中的300克干基分子筛D4与与211. 6克硅溶胶(含25%重Si02)充 分混合，然后在滚球机中转动成小球催化剂，筛分得到直径1. 4-2. 0_的小球，所得小球经 120°C烘干16h，后在马弗炉中经600°C温度、焙烧8小时得小球催化剂⑶4。
[0083] CD4催化剂组成为85%重分子筛D4和15%重Si02。
[0084] 对比例1
[0085] 本对比例说明常规的ZSM-5分子筛催化剂的制备过程。
[0086] 取500克干基ZSM-5分子筛（中国石化催化剂建长分公司生产，牌号ZRP-5B，硅铝 比120?150)经550°C焙烧4h脱胺处理后，加入3000mL去离子水打浆，再加入100克氯化 铵和10克盐酸水溶液(含10%重盐酸)，并在搅拌下升温至70°C交换lh，过滤、洗涤，滤饼再 次加入3000mL去离子水打浆，再加入100克氯化铵后和10克盐酸水溶液(含10%重盐酸)， 在搅拌下升温至70°C交换lh，过滤、洗涤后经120°C烘干16h，得对比分子筛样品DBA。
[0087] 取部分上述的分子筛原粉DBA，经过X-射线粉末衍射测定，其衍射图同图1特征。 经过XRF分析，DBA分子筛中Na20含量为0. 01%，硅铝比为145。经过低温N2-吸附分析， DBA分子筛的BET法比表面积为355m2/g，总孔容为0. 21mL/g，其中孔径为>2nm的介孔孔容 为0. 03mL/g，占总孔容比例为14. 3%。
[0088] 将上述80克干基分子筛DBA与20克干基拟薄水铝石混合，继续加入1. 5%重的醋 酸水溶液进行充分捏合，然后经挤条机挤出直径1. 5_的条形催化剂，后经120°C烘干16h， 然后在600°C温度、焙烧8小时得条形催化剂⑶BA。
[0089] CDBA催化剂组成为80%重分子筛DBA和20%重Al2〇3。
[0090] 对比例2
[0091] 本对比例说明同样使用氟硅酸、在非水热处理条件下得到的ZSM-5分子筛组合物 为活性组分得到的催化剂。
[0092] 取1000克干基ZSM-5分子筛（中国石化催化剂建长分公司生产，牌号ZRP-5,硅铝 比80?100)加入到8000克去离子水中搅拌打浆，然后加入460. 8克氟硅酸水溶液，置于 交换釜中，在持续搅拌下升温至70°C，保持2h，然后降温至60°C过滤、洗涤，得滤饼。将15. 0 克磷酸二氢铵溶解到500克去离子水中，再将30. 0克六水合硝酸镧盐溶解到400克去离子 水中，并加入到磷酸二氢铵溶液中形成胶体，向此胶体中加入900克干基上述分子筛滤饼 搅拌打浆均匀，然后将浆液在120°C烘干24h，即得对比分子筛样品DBB。
[0093] 取部分上述的分子筛产品DBB，经过X -射线粉末衍射测定，其衍射图同图1特 征，说明其为ZSM-5。经过XRF分析，DBB分子筛中Na20含量为0. 01%，P205含量为1. 02%， La203含量为1. 47%，硅铝比为285。经过低温N2-吸附分析，DBB分子筛的BET法比表面积 为384m2/g，总孔容为0. 20mL/g，其中孔径为>2nm的介孔孔容为0. 03mL/g，占总孔容比例为 15. 0%。
[0094] 将上述600克干基分子筛DBB与与423. 2克硅溶胶(含25%重Si02)充分混合，然 后在滚球机中转动成小球催化剂，筛分得到直径1. 4-2. 0_的小球，所得小球经120°C烘干 16h，后在马弗炉中经600°C温度、焙烧4小时得小球催化剂⑶BB。
[0095] CDBB催化剂组成为85%重分子筛DBB和15%重Si02。
[0096] 实施例9
[0097] 本实施例说明含有本发明提供的ZSM-5分子筛组合物的催化剂应用于MTP反应过 程的评价结果。
[0098] MTP反应评价在常压固定床微反评价装置上进行，该装置由进样系统、反应器、产 品收集系统、再生系统和温控系统五部分组成。装填的催化剂在反应评价预热升温时用高 纯氮吹扫至反应温度，甲醇水溶液原料用微量注射泵注入到反应器中，产品冷却后进行气 液产品分离，气相产品经排水集气法收集并进行色谱分析，液相产品收集后进行色谱分析； 反应完后，将反应器温度升至600°C，同时通入氧气进行再生，再生气体通过氧化炉充分氧 化，生成的C0 2气体由QGS-08D红外C02气体分析仪测定，经积分运算后得到反应后催化剂 的积炭含量。
[0099] 将实施例5-8的催化剂样品经破碎筛分成20-40目颗粒备用。MTP反应评价时，反 应器内催化剂装填量为2克。采用50%重甲醇水溶液进料，在反应温度下进料稳定lh后开 始计量随后l〇min内的MTP反应物料平衡。所得甲醇转化率和产物分布为lOmin进料时间 段内的平均值。丙烯的碳基产率（％)为产物丙烯中的碳占进料甲醇中碳的质量百分比。评 价反应温度为470°C、甲醇进料WHSV为111Γ 1，反应压力略高于常压。
[0100] 所得反应评价结果列于表1。
[0101] 对比例3
[0102] 本对比例说明含有常规的ZSM-5分子筛的催化剂应用于MTP反应过程的评价结 果。
[0103] 过程同实施例9,区别在于所用的催化剂为对比例1、对比例2的催化剂。
[0104] 所得反应评价结果列于表1。
[0105] 表 1
[0106]
【权利要求】
1. 一种ZSM-5分子筛组合物，其特征在于该分子筛组合物含有以P205计的0. 1-10重 量％的磷和以氧化物计的0-10重量％的稀土，所说的ZSM-5分子筛中，碱金属以氧化物计 的含量小于0. 2重量％，Si02与A1203的摩尔比值为100-1000,在氮气吸附法测定下的BET 法比表面积为300-600m2/g，总孔容为0. 2-0. 6mL/g，孔直径>2nm的介孔孔容占总孔容的 30-70%。
2. 按照权利要求1的组合物，其中，所说的磷以P205计、含量为0. 2-5重量％，所说的稀 土以氧化物计、含量为0-5重量％，所说的碱金属以氧化物计、含量小于0. 1重量％。
3. 按照权利要求1的组合物，其中，所说的Si02与八1203的摩尔比值为150-500。
4. 按照权利要求1的组合物，其中，所说的在氮气吸附法测定下的BET法比表面积为 350-500m2/g，总孔容为0. 3-0. 5mL/g，其中孔直径>2nm的介孔孔容占总孔容的40-60%。
5. 按照权利要求1的组合物，其中，所说的稀土选自钇、镧、铈和镨中的一种或多种。
6. 权利要求1-5的ZSM-5分子筛组合物的制备方法，其特征在于，该方法包括将无碱 金属或低碱金属的ZSM-5分子筛原粉经焙烧脱除有机模板剂得到焙烧粉；焙烧粉进行液相 酸处理得到酸洗滤饼；以及，所说的酸洗滤饼进行含磷化合物和含稀土化合物的活化处理 后回收得到ZSM-5分子筛组合物的步骤，其中，所说的焙烧粉进行液相酸处理得到酸洗滤 饼的步骤是将焙烧粉与含有氟硅酸的酸性水溶液打浆均匀成分子筛浆液，并于密闭釜中温 度100-200°C、压力0. l_2Mpa下水热处理，所说的氟硅酸与所说的焙烧粉的干基的质量比 为0. 0001-0. 1 :1，所说分子筛楽液中水与焙烧粉的干基的质量比为3-20 :1。
7. 按照权利要求6的方法，其中，所说的ZSM-5分子筛原粉是经下述过程得到：将 铝源、硅源、水及有机模板剂充分混合形成反应混合物，摩尔组成范围为有机模板剂/ Si02=0. 03-0. 3, Si02/Al203=100-1000, H20/Si02=5-30,其中有机模板剂为四乙基氢氧化铵 或四丙基氢氧化铵，将反应混合物在搅拌下、在70?200°C的温度、自生压力下水热晶化 20?200小时，晶化产物经过滤、洗涤后在80-200°C温度下干燥，得到ZSM-5分子筛原粉。
8. 按照权利要求7的方法，其中，所说的铝源选自水合氧化铝、硫酸铝、硝酸铝、氢氧化 铝或异丙醇铝；所说的硅源选自固体硅胶或白炭黑。
9. 按照权利要求6的方法，其中，所说的焙烧脱除有机模板剂，其条件为在300-800°C 下接触空气焙烧0. 5-50h。
10. 按照权利要求6的方法，其中，所说的水热处理，其条件为于密闭釜中，温度 105-18(TC、压力 0· 11-lMpa。
11. 按照权利要求6的方法，其中，所说的水热处理，其条件为于密闭釜中，温度 105-15(TC、压力 0· 12-0. 7Mpa。
12. 按照权利要求6的方法，其中，所说的氟硅酸与所说的焙烧粉的干基的的质量比为 0. 001-0. 05。
13. 按照权利要求12的方法，其中，所说的氟硅酸与所说的焙烧粉的干基的的质量比 为 0· 002-0. 01。
14. 按照权利要求6的方法，其中，所说的分子筛浆液中水与焙烧粉的干基的质量比为 4-15。
15. 按照权利要求14的方法，其中，所说的分子筛浆液中水与焙烧粉的干基的质量比 为 5-10。
16. 按照权利要求6的方法，其中，所说的酸洗滤饼进行含磷化合物和含稀土化合物的 活化处理是将所需计算量的可溶的含磷无机化合物溶于水，与所需计算量的含选自钇、镧、 铈和镨中的一种或几种稀土元素的可溶盐的水溶液充分混合成活化剂，将活化剂与ZSM-5 分子筛酸洗滤饼打浆混合均匀，然后在80-80(TC温度下干燥、焙烧。
17. -种甲醇制轻烯烃的方法，其特征在于该方法以权利要求1-5之一的ZSM-5分子筛 组合物为催化剂的活性组元。
18. 按照权利要求17的方法，其中，所说的轻烯烃为丙烯。
19. 按照权利要求17的方法，添加水蒸气或惰性气体来调节甲醇进料分压，所用反应 温度为250°C _600°C ;所用反应压力为0. 1-50大气压，所用重量空速为0. ΟΙ-δΟΙΓ1。
20. 按照权利要求19的方法，其中，所用反应温度为350°C _500°C ;所用反应压力为 0. 5-5大气压，所用重量空速为0. 1-101Γ1。
【文档编号】C07C1/20GK104056654SQ201310093921
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月22日 优先权日:2013年3月22日
【发明者】李明罡, 张巍, 王萍, 王殿中, 罗一斌, 慕旭宏, 舒兴田, 汪燮卿, 刘建强 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院