醇类化合物芳构化为芳烃的方法与流程

本发明涉及一种醇类化合物芳构化为芳烃的方法。
背景技术：
：生物质是自然界广泛存在的可再生资源，具有碳中性对环境友好的特点。全球生物质每年的产量约为2000亿吨，储量丰富，来源广泛，廉价易得。从可再生的生物质资源出发制备有广泛应用的芳烃产品引起科学界和工业界的广泛关注。纤维素和半纤维素是生物质的主要组成之一，其内部的结构单元是五碳糖和六碳糖，例如葡萄糖和果糖。从五碳糖和六碳糖出发经过重整等步骤，可以获得碳五醇和碳六醇，两者在医药领域和香料工业有应用。另外一方面，五碳醇和六碳醇经过转化可以获得碳五和碳六的烯烃，双键可在酸催化剂的作用下进一步地进行烷基化得到更多的产物。例如戊烯可与苯、甲苯等芳烃形成戊基苯或甲苯，进一步环化可以得到甲基取代的萘。目前，苯、甲苯和二甲苯是社会发展的重要基本有机化工原料，其自身或是经过再生产可衍生出多种产品链，产品广泛应用于聚酯、化纤、橡胶、医药以及精细化工等诸多领域，国内消费量达到上千万吨，对国民经济发展具有重要影响。苯是一种多用途基本石化原料，可以生产其衍生的众多产品，包括乙苯/苯乙烯、异丙苯/苯酚等等。对二甲苯主要用于制造对苯二甲酸，通过对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二乙酯(DMT)中间体，用于生产聚酷纤维如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、树脂和薄膜。这三类芳烃是典型的轻质芳烃，简写为BTX。目前国内外BTX的生产主要依赖于不可再生的化石资源，如可通过在催化剂上将石油经过加氢、重整、芳烃转化和分离等工艺过程获得。但是，化石资源储量有限和不可再生性，使得以石油为主要炼制原料生产芳烃的成本愈见高涨。另外，化石资源的不断开发利用产生大量温室气体排放，所引起的一系列环境问题日趋严重，因此发展从可再生资源路线生产芳烃有重要意义和应用价值。对于生物质基碳五醇和碳六醇，可以进一步氧化为醛或者酸，或者脱水成为烯烃。但目前鲜有报道将碳五醇和碳六醇芳构化为芳烃。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种醇类化合物芳构化为芳烃的方法。该类醇类化合物可通过来源广泛储量丰富的生物质原料获得，可以大规模制备。该方法增加了传统的芳烃生产方法，可作为化石资源生产芳烃的补充，具有成本低、芳构化效率高和容易工业化放大的特点。为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种醇类化合物芳构化为芳烃的方法，在芳构化条件下，使C4～6醇与分子筛催化剂接触生成含苯、甲苯和二甲苯的芳烃物流。上述技术方案中，优选地，所述C4～6醇选自1-丁醇、2-丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、1,2-戊二醇、1,3-戊二醇、1,4-戊二醇、1,5-戊二醇、1-己醇、2-己醇、3-己醇、1,2-己二醇、1,3-己二醇、1,4-己二醇、1,5-己二醇、1,6-己二醇，1,2,3-己三醇、山梨醇或甘露醇中的至少一种。上述技术方案中，优选地，所述C4～6醇来自生物质材料。上述技术方案中，优选地，所述C4～6醇来自木糖醇、葡萄糖、纤维二糖、半纤维素或木质素中的至少一种。上述技术方案中，优选地，所述C4～6醇来自甘蔗渣、葡萄糖、木材、玉米秸或稻草秸中的至少一种。上述技术方案中，优选地，所述分子筛催化剂选自ZSM-5、ZSM-22、Y、beta、MCM-22或MCM-41中的至少一种。更优选地，所述分子筛催化剂选自ZSM-5、Y、beta或MCM-41中的至少一种上述技术方案中，分子筛催化剂中分子筛的选择对反应至关重要。分子筛中酸性位的强度和数量对醇类化合物制备BTX的产率有关键作用。合适的酸强度和酸量对可以通过调变分子筛催化剂中的硅铝比实现。ZSM型分子筛的硅铝摩尔比SiO2/Al2O3＝10～500，优选15～100；Y分子筛的硅铝摩尔比SiO2/Al2O3＝2～70，优选3～50；beta分子筛的硅铝摩尔比SiO2/Al2O3＝10～150，优选15～65；MCM型分子筛的硅铝摩尔比SiO2/Al2O3＝20～250，优选40～150。上述技术方案中，优选地，所述芳构化条件为：反应温度300～800℃，氢气压力以表压计0.1～5MPa，原料重量空速0.3～10小时-1。更优选地，所述芳构化条件为：反应温度300～650℃，氢气压力以表压计0.5～4MPa， 原料重量空速0.3～5小时-1。本发明方法中催化剂的制备方法是为本领域所熟知的，例如可以如下：将分子筛、粘结剂、助挤剂、扩孔剂混捏，挤条成型，成型后100～200℃干燥1～24小时，再于400～700℃下焙烧1～10小时。其中，分子筛占分子筛和粘结剂总质量的质量百分数为大于等于20％且小于80％，粘结剂占分子筛和粘结剂总重量的质量百分数为大于等于20％且小于80％,粘结剂选自硅溶胶、拟薄水铝石、氧化铝或经酸处理后粘土的至少一种。所述助挤剂为田菁粉、聚乙二醇或羧甲基纤维素钠中的至少一种，所述扩孔剂为柠檬酸、草酸或乙二胺四乙酸中的至少一种，加入的助挤剂和扩孔剂的总量不超过混合物重量的10％。成型时加入酸进行捏合，加入的酸包括无机酸或乙酸中的至少一种，无机酸包括硝酸、硫酸或磷酸中的至少一种，所加入的酸溶液的量为混合物重量的50～90％。作为本发明的一个实施方式，本发明所述的原料为生物质基醇化合物。该类醇化合物可通过来源广泛、储量丰富的生物质原料获得，可以大规模制备。例如，正丁醇和异丁醇可以通过发酵生物质的方法得到(中国专利CN201210509488.1；CN201280029221.0；CN201110396100.7)；山梨醇和木糖醇等糖醇，可通过水解纤维素或者榨糖等方式获得，即获得葡萄糖、蔗糖、纤维二糖和果糖等糖后，通过加氢获得山梨醇和木糖醇(ConversionofCelluloseintoSorbitoloverCarbonNanotube-SupportedRutheniumCatalyst，CatalysisLetters，133(1)，167-174,2009；GlucoseHydrogenationtoSorbitoloveraSkeletalNiPAmorphousAlloyCatalyst(RaneyNiP)，JournalofCatalysis,191(1)，257-260,2000；)。另外，碳四～碳六的一元醇和多元醇，还可以通过液相重整葡萄糖和果糖等糖类，以及糖醇如山梨醇、甘露醇等液相重整获得。(Catalyticconversionofbiomasstomonofunctionalhydrocarbonsandtargetedliquid-fuelclasses，Science.2008，322(5900):417-21.)本发明提供了一条从生物质基醇化合物制备芳烃的新途径，以糖类化合物转化后的己醇和戊醇作为芳构化平台。采用本发明方法，原料转化率可达到99％，苯、甲苯、二甲苯目标产物的选择性可达91％，取得了较好的技术效果。下面通过实施例对本发明作进一步阐述。具体实施方式【实施例1】称取5克经120℃下干燥除水12小时的ZSM-5催化剂，硅铝比为50，成型催化剂采用粘结剂为氧化铝，分子筛/粘结剂比例为50/50，装入固定床反应器，并在450℃下活化1个小时。反应在固定床上进行，反应底物为1-丁醇，重量空速1.0小时-1，氢气压力1.0MPa，流量20mlmin-1，温度450℃。反应结束后，采用质谱对反应结果进行定性分析，色谱对反应结果进行定量分析。反应底物转化率为96％，BTX的选择性为84％。【实施例2】称取5克经120℃下干燥除水12小时的MCM-41催化剂，硅铝比为100，成型催化剂采用粘结剂为氧化铝，分子筛/粘结剂比例为40/60，装入固定床反应器，并在450℃下活化1个小时。反应在固定床上进行，反应底物为2-丁醇，重量空速1.5小时-1，氢气压力5.0MPa，流量20mlmin-1，温度420℃。反应结束后，采用质谱对反应结果进行定性分析，色谱对反应结果进行定量分析。反应底物转化率为87％，BTX的选择性为86％。【实施例3】液相重整葡萄糖制备戊醇：在固定床反应器中装填5克采取浸渍法制备的PtRe/C催化剂，该催化剂中金属含量为5％，Pt和Re的比例为50:50。升温反应器，在氢气氛中于350℃保持2小时，之后降温到210℃，在氮气氛重量空速为1h-1的条件下投入40％浓度的葡萄糖水溶液进行液相重整反应。该原料经过催化剂床层后，产物流冷却收集，上层的油相经过分析表征鉴别主要产物为2-戊醇。反应转化率为99％，戊醇的选择性为85％。称取5克经120℃下干燥除水12小时的Y催化剂，硅铝比为6，成型催化剂采用粘结剂为氧化铝，分子筛/粘结剂比例为40/60，装入固定床反应器，并在450℃下活化1个小时。反应在固定床上进行，反应底物为2-戊醇，重量空速2.5小时-1，氢气压力4.0MPa，流量20mlmin-1，温度380℃。反应结束后，采用质谱 对反应结果进行定性分析，色谱对反应结果进行定量分析。反应底物转化率为83％，BTX的选择性为82％。【实施例4】称取5克经120℃下干燥除水12小时的beta催化剂，硅铝比为30，成型催化剂采用粘结剂为氧化铝，分子筛/粘结剂比例为60/40，装入固定床反应器，并在450℃下活化1个小时。反应在固定床上进行，反应底物为2-戊醇，重量空速1.0小时-1，氢气压力1.0MPa，流量20mlmin-1，温度400℃。反应结束后，采用质谱对反应结果进行定性分析，色谱对反应结果进行定量分析。反应底物转化率为89％，BTX的选择性为81％。【实施例5】称取5克经120℃下干燥除水12小时的ZSM-5催化剂，硅铝比为500，成型催化剂采用粘结剂为氧化铝，分子筛/粘结剂比例为40/60，装入固定床反应器，并在450℃下活化1个小时。反应在固定床上进行，反应底物为3-戊醇，重量空速5.0小时-1，氢气压力1.0MPa，流量20mlmin-1，温度450℃。反应结束后，采用质谱对反应结果进行定性分析，色谱对反应结果进行定量分析。反应底物转化率为94％，BTX的选择性为84％。【实施例6】称取5克经120℃下干燥除水12小时的ZSM-5催化剂，硅铝比为100，成型催化剂采用粘结剂为氧化铝，分子筛/粘结剂比例为50/50，装入固定床反应器，并在450℃下活化1个小时。反应在固定床上进行，反应底物为1-戊醇，重量空速0.5小时-1，氢气压力5.0MPa，流量20mlmin-1，温度480℃。反应结束后，采用质谱对反应结果进行定性分析，色谱对反应结果进行定量分析。反应底物转化率为99％，BTX的选择性为91％。【实施例7】称取5克经120℃下干燥除水12小时的MCM-41催化剂，硅铝比为 50，成型催化剂采用粘结剂为氧化铝，分子筛/粘结剂比例为35/65，装入固定床反应器，并在450℃下活化1个小时。反应在固定床上进行，反应底物为1,2-戊二醇，重量空速2.5小时-1，氢气压力3.0MPa，流量20mlmin-1，温度500℃。反应结束后，采用质谱对反应结果进行定性分析，色谱对反应结果进行定量分析。反应底物转化率为92％，BTX的选择性为87％。【实施例8】称取5克经120℃下干燥除水12小时的ZSM-5催化剂，硅铝比为100，成型催化剂采用粘结剂为氧化铝，分子筛/粘结剂比例为20/80，装入固定床反应器，并在450℃下活化1个小时。反应在固定床上进行，反应底物为1,2-戊二醇，重量空速1.0小时-1，氢气压力3.0MPa，流量50mlmin-1，温度400℃。反应结束后，采用质谱对反应结果进行定性分析，色谱对反应结果进行定量分析。反应底物转化率为94％，BTX的选择性为83％。【实施例9】称取5克经120℃下干燥除水12小时的Y催化剂，硅铝比为10，成型催化剂采用粘结剂为氧化铝，分子筛/粘结剂比例为70/30，装入固定床反应器，并在450℃下活化1个小时。反应在固定床上进行，反应底物为1-己醇，重量空速1.0小时-1，氢气压力2.5MPa，流量40mlmin-1，温度480℃。反应结束后，采用质谱对反应结果进行定性分析，色谱对反应结果进行定量分析。反应底物转化率为93％，BTX的选择性为85％。【实施例10】称取5克经120℃下干燥除水12小时的ZSM-5催化剂，硅铝比为50，成型催化剂采用粘结剂为氧化铝，分子筛/粘结剂比例为60/40，装入固定床反应器，并在450℃下活化1个小时。反应在固定床上进行，反应底物为1-己醇，重量空速2.0小时-1，氢气压力2.0MPa，流量20mlmin-1，温度400℃。反应结束后，采用质谱对反应结果进行定性分析，色谱对反应结果进行定量分析。反应底物转 化率为99％，BTX的选择性为91％。【实施例11】称取5克经120℃下干燥除水12小时的beta催化剂，硅铝比为150，成型催化剂采用粘结剂为氧化铝，分子筛/粘结剂比例为60/40，装入固定床反应器，并在450℃下活化1个小时。反应在固定床上进行，反应底物为2-己醇，重量空速1.0小时-1，氢气压力1.0MPa，流量20mlmin-1，温度550℃。反应结束后，采用质谱对反应结果进行定性分析，色谱对反应结果进行定量分析。反应底物转化率为86％，BTX的选择性为81％。【实施例12】称取5克经120℃下干燥除水12小时的ZSM-5催化剂，硅铝比为150，成型催化剂采用粘结剂为氧化铝，分子筛/粘结剂比例为60/40，装入固定床反应器，并在450℃下活化1个小时。反应在固定床上进行，反应底物为3-己醇，重量空速0.5小时-1，氢气压力2.0MPa，流量40mlmin-1，温度450℃。反应结束后，采用质谱对反应结果进行定性分析，色谱对反应结果进行定量分析。反应底物转化率为88％，BTX的选择性为89％。【实施例13】称取5克经120℃下干燥除水12小时的MCM-41催化剂，硅铝比为150，成型催化剂采用粘结剂为高岭土，分子筛/粘结剂比例为60/40，装入固定床反应器，并在450℃下活化1个小时。反应在固定床上进行，反应底物为1,2-己二醇，重量空速2.0小时-1，氢气压力2.0MPa，流量20mlmin-1，温度420℃。反应结束后，采用质谱对反应结果进行定性分析，色谱对反应结果进行定量分析。反应底物转化率为81％，BTX的选择性为84％。【实施例14】称取5克经120℃下干燥除水12小时的ZSM-5催化剂，硅铝比为50，成型催化剂采用粘结剂为氧化铝，分子筛/粘结剂比例为60/40，装入固定 床反应器。反应在固定床上进行，反应底物为1,2-己二醇，重量空速1.0小时-1，氢气压力2.0MPa，流量20mlmin-1，温度400℃。反应结束后，采用质谱对反应结果进行定性分析，色谱对反应结果进行定量分析。反应底物转化率为94％，BTX的选择性为82％。【实施例15】称取5克经120℃下干燥除水12小时的Y催化剂，硅铝比为70，成型催化剂采用粘结剂为硅溶胶，分子筛/粘结剂比例为60/40，装入固定床反应器。反应在固定床上进行，反应底物为1-戊醇，重量空速1.0小时-1，氢气压力3.0MPa，流量50mlmin-1，温度400℃。反应结束后，采用质谱对反应结果进行定性分析，色谱对反应结果进行定量分析。反应底物转化率为96％，BTX的选择性为83％。【实施例16】称取50克纤维素，合并300毫升水，再加入2克10％Ni负载量的Ni/C催化剂，在240℃下反应1小时，冷却取出反应液，经过分析，纤维素的转化率为96％，山梨醇的产率为75％。称取5克经120℃下干燥除水12小时的ZSM-5催化剂，硅铝比为150，成型催化剂采用粘结剂为氧化铝，分子筛/粘结剂比例为60/40，装入固定床反应器，并在450℃下活化1个小时。反应底物为山梨醇，重量空速3.0小时-1，氢气压力1.0MPa，流量50mlmin-1，温度400℃。反应结束后，采用质谱对反应结果进行定性分析，色谱对反应结果进行定量分析。反应底物转化率为99％，BTX的选择性为84％。表1实施例汇总实施例底物分子筛硅铝比转化率/％BTX选择性/％11-丁醇ZSM-550968422-丁醇MCM-41100878631-戊醇Y6838242-戊醇beta30898153-戊醇ZSM-5500948461-戊醇ZSM-5100999171,2-戊二醇MCM-4150928781,2-戊二醇ZSM-5100948391-己醇Y109385101-己醇ZSM-5509991112-己醇beta1508681123-己醇ZSM-51508889131,2-己二醇MCM-411508184141,2-己二醇ZSM-5509482151-戊醇Y70968316山梨醇ZSM-51509984当前第1页1 2 3