способ получения высокомолекулярных ароматических углеводородов

Формула изобретения

Способ получения высокомолекулярных ароматических углеводородов путем каталитической конверсии 96%-ного этанола или смеси этанол-изобутанол (3:1) при 400°С, объемной скорости по жидкому сырью 2 ч ^-1, давлении 0,1-5,0 МПа на цеолитсодержащем катализаторе, отличающийся тем, что используют цеолитсодержащий катализатор состава, мас.%:

HZSM-5	98
Се2O 3	2

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, а именно к каталитической переработке биоэтанола в ценные продукты нефтехимии, в частности в высокомолекулярные ароматические углеводороды.

Известен способ получения высокооктанового бензина и пропан-бутановой фракции из низкомолекулярных спиртов (метанола, этанола) в присутствии катализаторов на основе железоалюмосиликата типа МП с силикатным модулем SiO₂/Al₂O ₃=20-160, SiO₂/Fe₂O₃=3 0-5000 и модифицированных смесью компонента: смеси оксидов меди, цинка и олова в количестве 0,5-10,0 мас%. Степень превращения спирта в жидкие углеводороды при температуре 375-400°C и скорости потока этанола 2 ч^-1 составляет 77-85% при наличии рециркуляции газовых продуктов. Октановое число полученной жидкой фракции составляет 88-95% [патент РФ № 2330719, приоритет 09.01.2001].

Недостатками данного способа являются низкие значения выхода и селективности по ароматическим углеводородам.

Известен способ получения высокомолекулярных ароматических углеводородов путем каталитической конверсии 96%-ного этанола при 350-400°C, объемной скорости по жидкому сырью 1 ч^-1 на цеолитсодержащем катализаторе HZSM-5 [Glazneva T.S. Acidic properties of fiberglass materials/ T.S.Glazneva, V.P.Shmachkova, E.A.Paukshtis // React. Kinet. Catal. Lett. - 2007. - Vol.92. - Р.303-309].

Недостатками данного способа являются низкая селективность и производительность катализатора при небольшой длительности реакционного цикла, не превышающего 2 ч.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения жидких продуктов, используемых для получения моторного топлива с целью последующего гидрирования полученной фракции высокоароматических углеводородов на Re-, Pt-содержащих цеолитных катализаторах при температуре 350-400°С, объемной скорости по жидкому сырью 1-2 ч ^-1 и давлении 0,1 МПа, с выходом высокомолекулярных ароматических углеводородов не более 18% [Третьяков В.Ф., Макарфи Ю.И., Третьяков К.В., Французова Н.А., Талышинский P.M. Каталитическая конверсия биоэтанола в углеводородные топлива // Катализ в промышленности, 2010. - № 5. - С.10-31].

Недостатками данного способа являются недостаточно высокий выход ароматических углеводородов в целом и низкая селективность по высокомолекулярным ароматическим углеводородам.

Технический результат изобретения - повышение селективности процесса конверсии биоэтанола по ароматическим углеводородам и повышение выхода высокомолекулярных ароматических углеводородов.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигается путем каталитической конверсии этанола или смеси этанол-изобутанол (3:1, мас.%) при температуре 400°С, объемной скорости по жидкому сырью 2 ч^-1 и давлении 0,1-5,0 МПа на цеолитсодержащем катализаторе следующей рецептуры:

HZSM-5 - 98 мас.%.

Се₂О ₃ - 2 мас.%.

Реакцию конверсии биоэтанола проводят в проточных адиабатических реакторах непрерывного действия.

Продукты конверсии биоэтанола гидрируют в реакторе автоклавного типа объемом 250 см³ при 250-300°С, 10 МПа.

Выход ароматических углеводородов 55-70%, выход С₁₀ высокомолекулярных ароматических углеводородов до 28%.

Снижение температуры ведет к понижению выхода целевых продуктов и к повышению выхода диэтилового эфира и этилена. Повышение температуры приводит к увеличению выхода газообразных парафинов (метан, этан), за счет реакции крекинга.

Повышение объемной скорости потока снижает выход углеводородов, уменьшение - снижает селективность.

Пример 1. В качестве сырья используют 96%-ный этанол. Каталитическую конверсию этанола проводят при температуре 400°C, объемной скорости по жидкому сырью 2 ч^-1 на цеолитсодержащем катализаторе следующей рецептуры: HZSM-5 - 98 мас.%, Ce₂ O₃ - 2 мас.%.

Пример 2. Каталитическая конверсия смеси этанол-изобутанол (75 мас.% и 25 мас.% соответственно). Реакцию проводят при температуре 400°C, объемной скорости по жидкому сырью 2 ч^-1 на цеолитсодержащем катализаторе следующей рецептуры: HZSM-5 - 98 мас.%, Ce₂O₃ - 2 мас.%.

Жидкие и газообразные продукты конверсии этанола анализировались на хроматографе «Кристаллюкс 4000М» хроматомасс-спектрометрией.

Выход и характеристика получаемых продуктов приведены в таблице.

Таблица
Выход и характеристика получаемых продуктов
Компоненты	Выход продуктов, %
Пример 1 биоэтанол	Пример 2 биоэтанол + i-бутанол (25%)
C1-C2	0,5	0,51
C3	0,13	4,47
C4	0,09	6,24
C5	2,52	1,33
Бензол	2,54	0,38
C6	35,62	8,85
Толуол	0,54	10,57
C7	4,72	8,41
Этилбензол	4,41	5,35
м-п-ксилолы	21,54	15,99
C8	0,20	0,14
о-ксилол	4,93	4,80
C9	1,53	1,24
Метилэтилбензол	3,03	3,77
C10-ароматические углеводороды	17,70	27,95
Итого:	100,00	100,00
Сумма ароматических углеводородов	54,69	68,81
Концентрация ароматических углеводородов после конверсии биоэтанола в жидкой фракции	56,00	79,50
После гидрирования концентрация ароматических углеводородов в жидкой фракции	20,30	14,50
Октановое число после гидрирования полученной фракции, ИМ	93	96
Примечание:
ИМ - расчетное октановое число по исследовательскому методу

Предложенный способ получения высокомолекулярных ароматических углеводородов позволяет повысить селективность процесса конверсии биоэтанола по ароматическим углеводородам и выход высокомолекулярных ароматических углеводородов.