[发明专利]一种由低碳数含氧化合物混合原料合成轻质芳烃及液化石油气的方法

说明书

技术领域

本发明属于制造液相芳香烃化合物和气相液化石油气产物（LPG）领域，具体涉及一种由低碳数含氧化合物混合原料合成轻质芳烃及液化石油气的方法。

背景技术

芳烃是重要的基本有机化工原料，尤其是苯和二甲苯为代表的轻质芳烃是制造多种合成树脂、合成橡胶、合成纤维的原料，在国民经济中有着极其重要的地位和作用。芳烃可来源于煤加工过程，煤干馏过程中能生成多种芳烃，从煤干馏所得煤焦油中陆续分离出苯、甲苯、萘、蒽等芳烃。但是目前工业用芳烃世界总产量中的90％以上来自石油。石脑油的催化重整过程可将石脑油中的非芳烃转化为芳烃。从烃类裂解所得的裂解汽油中也可分离出芳烃：在以石脑油、轻柴油为原料时则副产15-24%（原料质量）的裂解汽油；裂解汽油中富含约60%（质量）左右的芳香烃化合物。富含芳香烃化合物的裂解汽油通过加氢处理后，再由溶剂萃取分离出苯、甲苯、二甲苯和C₉或更高碳数的芳香烃化合物。重整汽油中富含50-80%（质量）的芳香烃化合物，可直接通过溶剂萃取而分离出苯、甲苯、二甲苯和C₉或更高碳数的芳香烃化合物。

芳香烃化合物还可以通过低碳数烷烃（乙烷、丙烷、丁烷）的芳构化反应和C₄烯烃芳构化制汽油反应（MTG）过程生产。美国专利US4,746,763涉及了一种以碳数从2至6的烷烃原料制造芳香烃化合物的方法。在480-560°C的反应条件下，烷烃在含有镓或贵金属组分的酸性分子筛催化剂上经过脱氢、二聚、环化等反应生成芳香烃化合物。中国专利CN1597867涉及了以富含C₄烯烃的液化气为原料经过环化、烷基化等反应制造芳香烃化合物的过程。在360-380°C的反应条件下，液化气在稀土元素改性的ZSM-5分子筛上可转化为芳香烃含量在50%以上的液相产物。

上述技术过程在芳香烃化合物的收率、催化剂稳定性等方面都有良好的效果，并已有工业应用。但是，煤高温干馏、烃类裂解、催化重整、低碳烷烃芳构化和液化气芳构化制汽油过程中所使用的原料皆为一次性、不可再生的化石原料。由于受世界石油资源、价格、环保和全球气候变化的影响，发展基于生物质原料的化学品合成过程已成为许多国家提高能源安全、减排温室气体、应对气候变化的重要措施。

低碳数含氧化合物包括甲醇、乙醇、丙酮、正丁醇、异丁醇是可通过发酵或者生物质炼制过程而大量获得的平台化合物，随着价廉、储量丰富、易得的木质纤维素可作为获取这些低碳数含氧化合物的原料，基于这些低碳数含氧化合物制备燃料和基础化学品的前景更加广阔。

以低碳醇为原料生产芳烃的过程目前主要是以甲醇和乙醇为原料，美国专利US4,035,430公开了一种以甲醇为原料制造汽油的过程，在400-450°C的反应条件下，甲醇通过ZSM-5分子筛可得到50-60%（质量）收率的液相产物，其中苯、甲苯、二甲苯的含量在7-14%（质量）。中国专利CN 101954291报道了一种用于催化甲醇和乙醇芳构化反应的催化剂，制备的Zn/ZSM-5分子筛可得到70-80%（质量）收率的液相产物，其中苯、甲苯、二甲苯的含量在50-60%（质量）。

本发明以低碳数含氧化合物的混合物作为制造芳烃的原料，甲醇、乙醇、丙酮、正丁醇、异丁醇等含氧化合物以两组分以上的成分进性轻质芳烃及液化石油气的合成；相比传统的单组分原料生成方式，多组分原料可有效的提高轻质芳烃生成对原料来源的多样性和适应性。此外与单组分原料合成芳烃的过程相比，低碳数含氧化合物混合原料的生产路线还可以有效的减少或降低分离过程的能耗。相比由传统的烃类化石原料以及以甲醇、乙醇、丁醇等单组分原料生产芳烃的过程，低碳数含氧化合物混合原料在原料供应、生产过程综合能耗、二氧化碳排放方面具有明显的优势，可以提供一条灵活、经济、可持续的芳香烃化合物生产过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种由低碳数含氧化合物混合原料合成轻质芳烃及液化石油气的方法，该方法是以甲醇、乙醇、丙酮、正丁醇、异丁醇的二元及其以上组分的混合物为反应原料在催化剂作用下生产芳香烃化合物（苯、甲苯、二甲苯）的新方法，旨在降低芳香烃化合物生产对一次性消耗化石原料（烃类、石脑油、柴油）的依赖。