HZSM-5分子筛催化剂上合成气经由二甲醚制取芳烃的研究

作者/来源：张清德，谭猗生，杨彩虹，李 剑，韩怡卓（中国科学院山西煤炭化学研究所 煤转化国家重点实验室，太原 030001）   日期： 2009-05-04   点击率：3693

0  前  言 芳烃，特别是轻质芳烃( 苯、甲苯、二甲苯 ) 是重要的基础有机化工原料及无铅优质汽油的掺合组分，其需求与日俱增。其中市场需要的高附加值对二甲苯更是重要的化工中间体，在聚酯纤维、医药、农药、染料等多领域具有极其广泛的用途［1，2］。目前，合成芳烃的主要途径是由炼油厂重整过程制取；乙烯生产厂的裂解汽油及煤炼焦时也副产芳烃。由于石油资源有限，且作为重整原料的石脑油在石油中平均比例不超过l/5，故寻求新的原料来源生产芳烃意义重大。目前通过煤炼焦获得的芳烃已不占重要地位。不同来源获得的芳烃其组成不同，因此获得的芳烃数量也不相同。近年来，液化气芳构化［3～6］，改性HZSM-5上直链烷烃芳构化［7～9］、甲醇芳构化［10］以及合成气［11］、甲烷［12，13］等直接芳构化的研究，正在成为芳烃生产的新途径。并且近年来对费-托合成的研究也更侧重于合成具有较高附加值的化工原料，如芳烃等。 本工作从合成气经二甲醚（DME）出发合成芳烃，在开辟生产芳烃新的来源及合理利用资源方面具有十分重要的意义。合成气一步直接转化为二甲醚，在热力学上是十分有利的，可获得较高的C O单程转化率。与间接法甲醇制芳烃( MTA) 相比，由于省去了甲醇至二甲醚转化的步骤，可进一步简化总的反应过程，经济上也将更为合理。目前关于煤基合成气经二甲醚合成芳烃的报道比较少，但普遍存在着一段反应压力高、二段反应温度高/压力低、一段二段之间需要变压、二段反应器体积庞大、二段催化剂需求量大的缺点。本工作采用一二段等压、低温反应，减少了变压、高温引起的能耗，降低了产品成本，具有较强的竞争力。该路线是一条清洁高效利用煤炭资源的绿色途径。 由于分子筛催化剂具有独特的孔道择形效应，已成为开展合成芳烃的有效催化剂。但对在分子筛催化剂上合成气经DME合成芳烃反应的报道却非常少。 本文研究了在HZSM-5(Si/Al=38)分子筛催化剂上合成气经DME合成芳烃的反应，考察了反应时间对催化剂活性的影响，分析了产物的分布规律，并讨论了积炭对催化剂失活及对产物分布的影响。 1  实验部分 1.1 催化剂制备 一段合成DME催化剂采用Cu/Zn/Al2O3 (南京化学工业研究所)和γ-Al2O3 (天津南开催化剂厂)。二段合成芳烃催化剂采用HZSM-5（(Si/Al=38，天津南开催化剂厂），在HZSM-5分子筛中加入拟薄水铝石黏合剂，挤条成型，540 ....