使用集成膜反应器的烯烃水合方法技术

本发明专利技术提供了一种烯烃水合方法和反应器，其中集成膜选择性地从所述反应器中移除醇产物，从而提高了收率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用集成膜反应器的烯烃水合方法
本专利技术涉及一种由烯烃制备醇的方法。更具体而言，本专利技术涉及使用膜反应器由烯烃制备醇的集成方法。
技术介绍
通常将烯烃水合为醇，具体而言将丁烯水合为丁醇，是商业上很重要的反应，因为发现醇产物具有多种重要的工业用途。水合反应通常为酸催化反应。由于烯烃一般在水中溶解度非常低，通常需要相对较强的酸来获得所需的反应动力学。然而，通常试图避免使用强酸，这是由于酸对反应器以及相关的设备具有高腐蚀性，并且再浓缩酸的方法以及含水废物的处理是耗能的。一种优选的水合技术包括使用热稳定的固体催化剂。由于阳离子交换树脂和沸石能避免使用水性强酸，因此它们是重要的烯烃水合用固体催化剂。已知阳离子交换树脂在极性和非极性介质中均能提供足够的反应速率。使用与二乙烯基苯交联的磺化聚苯乙烯树脂作为催化剂用于烯烃（例如丙烯或丁烯）的水合通常已经在文献（例如参见美国专利No.4,579,984和美国专利No.2,477,380；以及其中所引用的文献）中有记载。尽管这些阳离子交换树脂提供若干所需优点，例如易于分离以及提供非腐蚀性环境，但是相应的转化率低。使用固体催化剂（例如阳离子交换树脂）相应的烯烃转化率相当低，据报导通常单程转化少于10%的烯烃。因此，需要研发一种新的固体催化方法，所述方法能够克服上述的平衡限制并且提供显著提高的烯烃转化率。
技术实现思路
本专利技术涉及将烯烃水合为醇。一方面，本专利技术提供了一种用于烯烃的催化水合的反应器。所述反应器包括由渗透膜分隔的催化反应区，所述膜将所述催化反应区分隔为所述反应区的渗透物（permeate）侧和渗余物（retentate）侧，其中所述渗余物侧包含烯烃水合催化剂。所述反应器包括有第一出口，其被构造用于从所述反应区的渗透物侧移除流体；以及第二出口，该第二出口被构造用于从所述反应区的渗余物侧移除流体。渗透膜可操作性地用于选择性移除至少一种烯烃水合产物。另一方面，本专利技术提供了将烯烃水合生成醇的方法。所述方法包括以下步骤：在足以生成醇产物的反应条件下，在反应区中使烯烃原料与水接触，其中所述反应区包含烯烃水合催化剂；以及使用渗透膜从所述反应区中选择性移除至少一部分醇产物，所述渗透膜对醇的通过具有选择性，其中所述移除一部分醇产物的步骤使反应平衡移动。附图简要说明图1是本专利技术一个实施方案的示意图。图2提供了根据本专利技术的一个实施方案的流程图。图3提供了反应器的一个实施方案的横截面图。图4提供了反应器的一个实施方案的横截面图。具体实施方式尽管为说明目的，以下详细说明包括很多具体细节，但是应当理解为，本领域普通技术人员将了解许多例子、以下细节的变型和替换方式也在本专利技术的范围和精神之内。因此，本文所述的以及附图中提供的本专利技术示例性实施方案对所要求保护的本专利技术不丧失任何一般性并且也不构成限制。如本文所用，以下术语应具有以下含义。渗透汽化是指这样的液体分离膜工艺，其中液体混合物（原料流）与选择性渗透膜的一侧接触，并且渗透通过所述膜的组分（渗透物流）以蒸汽的形式从膜的相对侧移除。在渗透汽化工艺中，通常将含有至少两种组分的加热的液相混合物供给至膜，所述膜对原料混合物中的至少一种组分具有更高的渗透通量。这两种组分渗透的驱动力是所述膜的原料侧和渗透物侧间的分压差。因此，所述膜的渗透物侧保持在真空或是较低的压力下。大部分更高渗透性的组分以及少部分低渗透性组分以气相渗透（或渗透汽化）通过所述膜，导致原料混合物冷却。这至少部分是由于与渗透汽化穿过膜关联的相变所致。原料混合物通常再次加热以提高驱动力，然后将其导入下一个膜组件。蒸气渗透是指这样的工艺，其中将含有至少两种组分的加压加热的气相混合物供给至对原料混合物中至少一种组分具有较高渗透通量的膜。所述组分渗透的驱动力是所述膜的原料侧和渗透物侧间的分压差。因此，所述膜的渗透物侧保持在真空或是较低的压力下。大部分更高渗透性的组分以及少部分低渗透性组分以气相渗透所述膜。由于膜组件内部不存在相变并且操作压力通常较低，因此原料温度、渗余物温度和渗透物温度基本上相同。无机膜是指选择性允许一种或多种材料与液体或气体分离的装置。由于无机膜可以在高温下操作，因此无机膜是通用的，例如，在500℃-800℃的温度范围下稳定的金属膜、或是在超过1000℃的温度下稳定的陶瓷膜。无极膜同样能具有更高的耐化学侵蚀性，部分是由于许多种材料可以用于制造无机膜，从而即使在高温下也提供了对腐蚀性液体和气体的耐受性。聚合膜是指将物质输送通过材料本体的致密型膜。取决于其状态，聚合膜可细分为玻璃态聚合膜（在低于玻璃态转变温度下制备）以及橡胶态聚合膜（在高于玻璃态转变温度下制备）。玻璃态聚合膜具有相对较高的选择性和低通量，而橡胶态聚合膜具有高通量和相应较低的选择性。聚合膜可使用相反转法（phaseinversionmethod）制备。通常的操作温度低于90℃-100℃。多级工艺是指烯烃转化单元还可以包括在第一反应区和第二反应区之间插入的一个或多个中间反应区。这些任选的中间反应区可以在有利于产生醇的方式下运行。当提到液体催化剂时，液体酸和固体酸是指水溶性酸，例如H2SO4、H3PO4以及其他杂多酸。固体催化剂是指水不溶性酸，例如离子交换树脂、酸性形式的沸石、以及负载在固体载体上的酸。在一个实施方案中，本专利技术涉及一种新的膜反应器，所述膜反应器提供了集成的烯烃水合工艺。更具体而言，本专利技术提供了这样的膜反应器，所述膜反应器用于在固体酸性催化剂存在的情况下以集成方式将烯烃转化为醇，其中所述醇同时被醇选择性膜（alcoholselectivemembrane）从反应器中移去。本专利技术的一个实施方案在图1中示出。在图1中提供了具有有机选择性膜的反应器100。反应器100包括反应器外壳102、上端104、下端106、以及在反应器外壳内垂直安置的膜管108。烯烃原料（例如丁烯）通过烯烃供给管路110供给到催化剂床112。水通过水供给管路114供给到催化剂床，并且可被供应到任选的水喷头116。水喷头116有利于将水供应到催化剂床112上部，从而允许水在催化剂床中的均匀分布。烯烃原料可以为任意的低级烯烃原料（即具有6个或更少碳原子的烯烃原料流，优选具有3至5个碳原子的烯烃原料流）。在一些实施方案中可使用纯的原料。在可选的实施方案中，可以使用混合烯烃流（例如包含混合丁烯的流）。在一些其它的实施方案中，可以使用包含各种不同长度烯烃（例如丙烯和丁烯）的混合流。因此，在一些实施方案中，由可供选用的其它分离工艺获得的混合烯烃流可以直接供应至本专利技术的烯烃水合反应器，例如FCC（流体催化裂化）单元、增强的FCC单元或蒸汽裂化单元。反应温度可以在50℃和250℃之间。在一些实施方案中，温度在70℃和200℃之间。可选的是，温度在80℃和150℃之间。反应器压力可以在5巴和100巴之间，可选地在10巴和80巴之间，或是可选地在20巴和70巴之间。膜管108是醇选择性管，其可操作性地允许醇通过所述膜，同时防止催化剂、水和烯烃通过。虽然作为管的形式示出并描述，但是应当理解膜装置可以由除圆筒状之外的许多形状形成。箭头118表示醇流过膜管。通过管线120可以从催化剂床的上部收集包含烯烃、水和醇的有机相。优选地，所述有机相主要由烯烃构成，并且存在极少本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.10 US 13/207,1221.一种用于烯烃的催化水合的反应器，所述反应器包括：催化反应区，该催化反应区被渗透膜分隔，所述膜将所述催化反应区分隔为所述反应区的渗透物侧和渗余物侧，其中所述渗余物侧包含烯烃水合催化剂；第一出口，该第一出口被构造用于从所述反应区的渗透物侧移除流体；第二出口，该第二出口被构造用于从所述反应区的渗余物侧移除流体；其中所述渗透膜可操作地用于选择性移除至少一种烯烃水合产物；其中所述渗透膜选自POL-Al_M1、疏水性PERVAP4060、WTA303或5I-15130；其中所述催化剂为固体酸催化剂。2.权利要求1所述的反应器，其中所述膜选自聚合膜或无机膜。3.权利要求1或2所述的反应器，其中所述膜可选择性地透过醇。4.权利要求1或2所述的反应器，其中所述膜可选择性地透过醇和烯烃。5.一种使烯烃水合生成醇的方法，该方法包括以下步骤：在足以生成醇产物的反应条件下，在反应区中使烯烃原料与水接触，其中所述反应区包含烯烃水合催化剂；和用渗透膜从所述反应区选择性地移除至少一部分所述的醇产物，所述渗透膜对醇的通过具有选择性，其中移除一部分所述的醇产物的步骤使反应平衡移动；其中使烯烃水合生成醇发生在权利要求1所述的反应器中；其中所述催化剂为固体酸催化剂。6.权利要求5所述的方法，其中所述烯烃选自具有2至6个碳原子的烯烃。7.权利要求5所述的方法，其中所述烯烃选自具有3至5个碳原子的烯烃。8.权利要求5所述的方法，其中所述烯烃水合催化剂为固体酸烯烃水合催化剂。9.一种使烯烃水合生成醇的方法，该方法包括以下步骤：在足以生成醇产物的反应条件下，在反应区中使引入的烯烃原料与引入的水接触，其中所述反应区包含固体烯烃水合催化剂；和用渗透膜从所述反应区选择性地移除至少一部分所述的醇产物，所述渗透膜对醇的通过具有选择性，其中移除一部分所述的醇产物的步骤使反应平衡移动，其中所述烯烃原料和所述水在引入时不含有酸催化剂，其中所述渗透膜具有分离系数及富集系数，并且其中在所述选择性地移除的步骤中保持所述渗透膜，并且所述渗透膜选自POL-Al_M1、疏水性PERVAP4060、WTA303或5I-15130；其中所述催化剂为固体酸催化剂。10.权利要求9所述的方法，其中使烯烃水合生成醇发生在反应器中，所述反应器包括：反应区，该反应区被渗透膜分隔，所述渗透膜将所述反应区分隔为所述反应区的渗透物侧和渗余物侧，其中所述渗余物侧包含固体烯烃水合催化剂；第一出口，该第一出口能够使来自于所述反应区的所述渗透物侧的渗透物流体通过；以及第二出口，...

【专利技术属性】
技术研发人员：易卜拉欣·阿巴，阿代什·哈拉利，斯蒂芬·拉尔夫·福格尔，W·徐，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：
国别省市：