[发明专利]用于正丁醇制丁烯的催化剂及其制备方法和制备丁烯的方法

说明书

本发明公开了用于正丁醇制丁烯的催化剂及其制备方法和制备丁烯的方法，所述催化剂为Zn和Co改性的ZSM‑5。由此，该催化剂用于正丁醇脱水制备丁烯的反应中，具有较高的丁醇转化率和较高的丁烯选择性，并且脱水反应可以在低温条件下进行，具有减少能耗的优点。此外，该催化剂还具有稳定性高、使用寿命长的优点。

技术领域

本发明属于生物化工领域，具体涉及用于正丁醇制丁烯的催化剂及其制备方法和制备丁烯的方法。

背景技术

目前，由于航空业的快速发展，对航空燃料的需求量不断增加，不可再生的化石资源和日益严重的环境问题引起了人们对从可再生生物质资源制备生物航煤技术的探索。生物航煤具有可再生和环境友好的特点，是一种性能优良的对化石能源替代或补充的产品。棕榈是东南亚国家丰富的可再生生物质资源，由棕榈生产棕榈油是东南亚国家重要的棕榈工业，棕榈空果串(Empty Fruit Bunch，EFB)是棕榈工业最主要的废弃物，通常EFB的利用主要用于锅炉焚烧或者燃烧后制备肥料，但燃烧不仅带来严重的环境污染，而且也浪费了棕榈空果串生物质资源，因此寻求EFB的利用新途径成为人们研究的热点。EFB含有纤维素、半纤维素和木质素，其中，纤维素和半纤维素可降解成还原糖，经微生物发酵制备高附加值的生化、医药、能源等产品，比如EFB经预处理后得到纤维素和半纤维素水解液，经微生物发酵制备生物丁醇，生物丁醇经催化脱水、聚合、加氢，制备用于航空工业的生物航煤。该过程可利用可再生生物质资源EFB为原料，不依赖煤炭和石油资源，具有可再生性，而且环境友好，因此具有巨大的发展前景及显著的经济和社会效益。在利用EFB制备生物航煤过程中，生物丁醇催化脱水制备丁烯是关键技术之一，也是进一步生产生物航煤的重要保障，因此，在利用生物丁醇制备丁烯过程中，开发具有高催化效率的催化剂成为关键的技术挑战。

目前用于丁醇脱水反应的催化剂具有反应温度高、能源消耗大、丁烯选择性较低、副产物较多等缺陷。因此，有必要对用于正丁醇脱水制备丁烯的催化剂进行改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上改善上述技术问题的至少之一。

为改善上述技术问题，本发明提供一种用于正丁醇制丁烯的催化剂，所述催化剂为Zn和Co改性的ZSM-5。由此，该催化剂用于正丁醇脱水制备丁烯的反应中，具有较高的丁醇转化率和较高的丁烯选择性，并且脱水反应可以在低温条件下进行，还具有减少能耗的优点。此外，该催化剂还具有稳定性高、使用寿命长的优点。

本发明还提供一种制备前文所述催化剂的方法，所述方法包括：将ZSM-5与含有Zn²⁺、Co²⁺的溶液混合，进行水热反应；对所述水热反应的产物进行固液分离，对分离得到固体进行焙烧处理，得到催化剂。由此，该方法具有前文所述的所述催化剂所具有的全部特征和优点，在此不再赘述。此外，该方法还具有操作简单、生产成本低等优点。

另外，本发明的制备所述催化剂的方法还可以具有如下附加的技术特征：

所述含有Zn²⁺、Co²⁺的溶液为含有硝酸锌、硝酸钴的溶液；所述含有硝酸锌、硝酸钴的溶液中，所述硝酸锌的含量为0.5-1.5wt％，所述硝酸钴的含量为2-4wt％。

所述ZSM-5与所述含有Zn²⁺、Co²⁺的溶液的固液比为1:10g/ml。

所述水热反应的温度是130-180℃；所述水热反应的时间为2-6小时；所述焙烧的温度为500-700℃。

本发明还提供一种制备丁烯的方法，包括使用前文所述的催化剂，使正丁醇发生脱水反应，得到丁烯。由此，该方法具有前文所述的催化剂所具有的全部特征和优点，在此不再赘述。总的来说，使用上述催化剂可以使脱水反应具有较高的丁醇转化率和较高的丁烯选择性，并且脱水反应可以在低温条件下进行，还具有减少能耗的优点。

另外，本发明制备丁烯的方法还可以具有如下附加的技术特征：