Разработка катализаторов на основе оксида алюминия для процессов получения олефинов из спиртов, страница 7

Ga=Cr < V< Ge<Mn<La=Al<Ni<Zr =Ti<Fe<Co=Pt

Видно, что ZSM-5 цеолиты, модифицированные катионами железа Fe, кобальта Co и платины Pt, являются самыми селективными в образовании легких олефинов.

Несмотря на все выше описанные способы (обмен ионов, изменение кислотных свойств) увеличения селективности ZSM-5 катализаторов в направлении легких С24 олефинов из метанола, его селективность все равно остается ниже, чем у тонокопористых и поэтому ZSM-5 цеолиты чаще используют для получения тяжелых углеводородов [61].

Кроме цеолитов, в МТО процессе пытаются применять различные гетерополикислоты и их соли [58,62,63]. P. Duttaa et al. [63] протестировали 12 различных гетереполикислот (W, Mo, P, Si) и их солей в МТО процессе. Ими было обнаружено, что селективность образования углеводородов зависит от температуры реакции и времени контакта. При небольшом времени контакта основным продуктом является диметиловый эфир, увеличение же времени контакта способствовало повышению селективности по углеводородам. Максимальная селективность по С24 олефинам 60,7%. была получена на наиболее кислотной и термически стабильной фосфорновольфрамовой кислоте, нанесенной на оксид кремния SiO2. Сообщалось [64] о попытке применения в МТО процессе Fe-Zn-Cr катализаторов, но селективность по углеводородам на них не превышала 20%.

В настоящее время известны два процесса, доведенных до пилотных испытаний.

1). Процесс Lurgi MTP для получения пропилена и газойля и 2) процесс UOP/HYDRO MTO для получения этилена и пропилена. Последний процесс реализуется в промышленности. Он представляет собой реактор с кипящим слоем, совмещенный с регенератором (регенерация паром). Используют катализатор SAPO-34 постоянно циркулирующий между реактором-регенератором. Время пребывания в ректоре несколько минут.

                       Выход, % по С

Этилен                      49

Пропилен                 32

Бутены                     10

С5+                             2

Н2 , парафины С1-3   3,5

СОх                            0,5

Кокс                           3,0          [65].

Совместными усилиями исследователей Америки и Норвегии этот процесс продолжает усовершенствоваться с 1980 года и до сих пор. Проблема в быстром закоксовании катализатора, его истирании и снижении активности и селективности процесса.

Проверка данных патентов [66,67] в нескольких научных учреждениях России показала, что они не соответствуют заявленным параметрам.

Анализ литературных и патентных данных по МТО процессу позволяет заключить, что за более чем четверть века усилий многих исследователей из разных стран, пытающихся получить олефины на цеолитах ZSM-5, модифицированных добавками, на ГПК на различных носителях, ничего лучшего, кроме как SAPO и его вариаций не предложено. Все остальные катализаторы гораздо менее селективны в образовании легких олефинов. Высокую активность SAPO в МТО процессе связывают с узкими порами, которые затрудняют образование ароматических и других высокомолекулярных  углеводородов и наличием средней силы кислотных центров. Но узкие поры SAPO с одной стороны хороши, но с другой стороны,  являются проблемой самого MTO процесса, т.к. поры быстро закрываются коксом. Достаточно ~2-5 циклических молекул С6 для формирования предшественников кокса, и их образование лимитируется только кинетическими параметрами. После закоксования катализатора, выжечь кокс из микропор практически нереально.

1.2.  Процесс получения легких С24 олефинов путем дегидратации соответствующих спиртов.

Известно большое количество каталитических систем, применяемых для получения низших С24 олефинов путем дегидратации соответствующих спиртов. В основном это индивидуальные [68-81] и модифицированные оксиды алюминия, например оксидом железа [82,83], титана [84,85], кремния [78,86-89], магния [90,91], цинка [92,93], марганца [83,94] и кобальта [95,96], также используются природные глины [88,97,98], цеолиты (в основном H-ZSM-5) [1,99-113], индивидуальные и смешанные оксиды переходных металлов (оксиды титана [82,85,114-116], железа [83], марганца [83], кобальта [117], меди [118] и циркония [101,119-125]) и гетерополикислоты [126-129].