[发明专利]用于甲苯甲醇侧链烷基化合成乙苯和苯乙烯的催化剂及其应用

说明书

本发明主要涉及一种用于甲苯与甲醇侧链烷基化合成乙苯和苯乙烯的催化剂，主要解决现有技术中使用的催化剂用于甲苯甲醇侧链烷基化反应时存在甲醇利用率低与乙苯和苯乙烯选择性低的问题。本发明通过采用催化剂中包含：FAU分子筛材料，碱金属氧化物和碱土金属氧化物；其组成可以表示为M_nSi_192‑nAl_nO₃₈₄·excess nxM’O,式中M′O表示金属M′的氧化物，其中excess nxM′O为额外负载的碱金属或者碱土金属氧化物，x表示额外负载碱金属和碱土金属的含量，范围为0.1～7％的技术方案较好地解决了该问题，可用于甲苯甲醇侧链烷基化反应合成乙苯及苯乙烯的工业生产中。

技术领域

本发明涉及一种用于合成乙苯和苯乙烯的分子筛催化剂及其应用，特别是甲苯甲醇侧链烷基化合成乙苯苯乙烯的分子筛催化剂及其应用。

背景技术

苯乙烯单体是一种重要的有机化工原料，主要用于聚苯乙烯、(ABS)树脂、丁苯橡胶、不饱和树脂等产品的生产。此外，还可用于制药、染料或制取农药乳化剂以及选矿剂等，用途十分广泛。苯乙烯系列树脂的产量在合成树脂中仅次于PE、PVC而名列第三。目前大部分工业苯乙烯是由苯和乙烯经Friedel-Craft反应生成乙苯，再经催化脱氢得来。该法流程较长、副反应多、能耗高，原料成本占生产可变成本的85％，生产成本较高。甲苯和甲醇烷基化是生产苯乙烯的一条有潜在应用前景的路线，1967年Sidorenko等首次用碱金属离子交换的X型和Y型沸石为催化剂成功用甲苯和甲醇合成了乙苯以及苯乙烯。与传统工艺相比，此方法具有原料来源广、成本低、能耗低、污染少等优点。因而该反应一经报道就受到了人们的重视，有关这方面的研究也开始增多。

甲苯甲醇侧链烷基化合成苯乙烯的催化剂属于固体碱催化剂，但催化过程是一酸碱协同催化反应，并且以碱活性位催化为主导。催化剂的酸性位能起到稳定甲苯苯环的作用，而碱性位能活化甲苯和甲醇的甲基基团。首先甲醇在碱中心上分解为甲醛,甲苯吸附在酸中心上，其侧链甲基被碱中心活化，然后甲醛和活化了的甲基反应生产苯乙烯，部分苯乙烯与产生的氢反应生成乙苯。如果催化剂碱性过强，会使甲醛进一步分解，同时产生更多的氢气和乙苯；如果催化剂酸性过强，则会发生苯环的烷基化和甲苯歧化，生成苯和二甲苯，所以要求催化剂具有合适的酸碱匹配，同时苯环的存在要求催化剂有一定的空间孔结构。

甲苯甲醇侧链烷基化反应在多种催化剂上曾进行了广泛的研究。许多分子筛如X、Y、L、β、ZSM-5，以及一些碱性氧化物如MgO、MgO-TiO₂、和CaO-TiO₂都被报道研究应用于催化甲苯甲醇侧链烷基化的反应中，如JOURNAL OF CATALYSIS 173,490–500(1998)和CN101623649A“用于制备苯乙烯的碱性分子筛催化剂”、CN101623650A“甲苯与甲醇侧链烷基化制苯乙烯催化剂的制备方法”。研究结果发现，要想达到较好的侧链烷基化催化效果，催化剂必须满足下面四点要求：催化剂必须要有足够的碱性中心活化甲醇转变为甲基化试剂甲醛；要有弱的Lewis酸中心来稳定甲苯和极化其甲基；甲苯和甲醇在催化剂上要有一个很好的化学计量的吸附平衡；催化剂须具有微孔孔道结构。因此，怎样进一步提高活性成为甲苯甲醇合成乙苯苯乙烯的关键所在。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中使用的催化剂用于甲苯甲醇侧链烷基化反应时存在甲醇利用率低的问题，提供一种新的用于甲苯与甲醇侧链烷基化合成乙苯和苯乙烯的催化剂。该催化剂具有甲醇利用率高活性好的特点。本发明所解决的技术问题之二，是与技术问题一相对应的催化剂的制备方法。本发明所解决的技术问题之三，是与技术问题一相对应的催化剂在甲苯甲醇侧链烷基化的应用。