一种在连续流多层催化剂固定床反应器中使用氧化脱氢工艺由正丁烷生产高纯度丁二烯和正丁烯的方法技术

公开了用于生产正丁烯异构体和/或1,3‑丁二烯的系统和方法。该系统和方法涉及利用用于反应器的可调节的、多用途的多层催化剂床生产正丁烯异构体和1,3‑丁二烯轻质烯烃的氧化脱氢(ODH)方法。

A method for producing high purity butadiene and n-butene from n-butane by oxidative dehydrogenation in a continuous flow multi-layer catalyst fixed bed reactor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种在连续流多层催化剂固定床反应器中使用氧化脱氢工艺由正丁烷生产高纯度丁二烯和正丁烯的方法相关申请的交叉引用本申请要求于2016年12月7日提交的美国临时专利申请号62/431,220的优先权的权益，通过整体引用将所述专利并入本文。
本专利技术大体涉及轻质烯烃的生产。更具体地，本专利技术涉及在包括可调节的多层催化剂床的反应器中C4烃原料的氧化脱氢。
技术介绍
生产正丁烯(CH3CH2CH＝CH2)和1,3-丁二烯(H2C＝CH-CH＝CH2)的市场需求逐渐增长。正丁烯和1,3-丁二烯都用作各种合成橡胶和共聚物产品的原料。通常，正丁烯和1,3-丁二烯由石脑油裂解工艺生产；但该方法不是专用于这些产品的生产。换言之，正丁烯和1,3-丁二烯是石脑油裂解工艺的副产物，而非主要目标产物。由于对正丁烯和1,3-丁二烯的需求增加，可能需要新的设备和/或石脑油裂化装置的扩展来增加正丁烯和1,3-丁二烯的产量。已经尝试过的并且在商业上失败的一种生产1,3-丁二烯的方法是直接脱氢方法。直接脱氢方法已被显示不足以作为由正丁烯原料生产1,3-丁二烯的合适的工业化方法，因为该方法的反应是非常吸热的；因此，需要大量的能量来维持反应并烧掉在该方法中使用的催化剂表面上的未反应的碳沉积物。为应对上述挑战，近年来氧化脱氢(ODH)方法作为由主要含有正丁烷反应物并包括正丁烯异构体(1-丁烯和2-丁烯)的C4混合物生产正丁烯和1,3-丁二烯的有效替代方法一直在增长势头。以下公开文献记载了以高产率转化正丁烯以生产1,3-丁二烯的方法：标题为“使用连续流双床反应器由正丁烯生产1,3-丁二烯的方法”的美国专利号8,222,472，标题为“生产用于正丁烷氧化脱氢的催化剂的氧化镁-氧化锆复合载体的单步沉淀法、负载于氧化镁-氧化锆复合载体上的原钒酸镁催化剂以及使用所述催化剂生产正丁烯和1,3-丁二烯的方法”的美国专利公开号2013/0090509，和标题为“正丁烯脱氢反应为丁二烯”的美国专利公开号2011/0245568。然而，这些公开文献中记载的方法具有许多产生碳氧化物，即一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)的副反应，这对于这些系统是缺点，因为向大气中产生碳氧化物引起温室效应。上述公开文献还记载了使用多个单独的反应器系统以高产率转化正丁烯以生产1,3-丁二烯的方法。
技术实现思路
已经发现了避免上述问题的用于生产正丁烯异构体和1,3-丁二烯的系统和方法。在实施方案中，所发现的系统和方法实现了利用反应器中的可调节的、多用途的多层催化剂床来生产正丁烯异构体和/或1,3-丁二烯轻质烯烃的氧化脱氢(ODH)方法。催化剂床的不同层可由非反应性材料层隔离。根据本专利技术的实施方案，可以将高纯度正丁烷气体进料(99wt.％)与O2和蒸汽一起共进料到配备有多层催化剂床体系的ODH反应器中，以将其转化为高纯度1,3-丁二烯，或正丁烯，或1,3-丁二烯和正丁烯。本专利技术的实施方案包括一种生产正丁烯(CH3CH2CH＝CH2)和/或1,3-丁二烯(H2C＝CH-CH＝CH2)的方法。所述方法可以包括使包含C4烃的进料料流流入反应器，所述C4烃包括正丁烷(C4H10)。所述反应器可以包括催化剂床，所述催化剂床包含相对于所述进料料流的流动而串联布置的三个单独的催化层。第一惰性材料层可以设置在所述三个单独的催化层的第一催化层和所述三个单独的催化层的第二催化层之间。第二惰性材料层可以设置在所述第二催化层和所述三个单独的催化层的第三催化层之间。所述方法可进一步包括：在足以将正丁烷转化为正丁烯和1,3-丁二烯的反应条件下使正丁烷与第一催化层接触。所述第一催化层可适于催化正丁烷转化为正丁烯和1,3-丁二烯。所述方法还可以包括：使正丁烯和/或1,3-丁二烯从反应器中流出。本专利技术的实施方案包括一种生产正丁烯(CH3CH2CH＝CH2)和/或1,3-丁二烯(H2C＝CH-CH＝CH2)的方法。所述方法可以包括使包含C4烃的进料料流流入反应器，所述C4烃包括正丁烷(C4H10)。所述反应器可以包括催化剂床，所述催化剂床包括相对于所述进料料流的流动串联布置的三个单独的催化层。第一惰性材料层可以设置在所述三个单独的催化层的第一催化层和所述三个单独的催化层的第二催化层之间。第二惰性材料层可以设置在所述第二催化层和所述三个单独的催化层的第三催化层之间。所述方法还可以包括：在足以将正丁烷转化为正丁烯和1,3-丁二烯的反应条件下使正丁烷与第一催化层接触。所述第一催化层可以适于催化正丁烷转化为正丁烯和1,3-丁二烯。所述方法还可以包括：在足以将第一部分正丁烯转化为1,3-丁二烯的反应条件下，使第一部分正丁烯的与所述第二催化层接触。所述第二催化层适于催化正丁烯转化为1,3-丁二烯。所述方法还可以包括：在足以将第二部分正丁烯转化为1,3-丁二烯的反应条件下，使第二部分正丁烯的与所述第三催化层接触，其中所述第三催化层适于催化正丁烯转化为1,3-丁二烯。所述方法还可以包括：使正丁烯和/或1,3-丁二烯从反应器中流出。本专利技术的实施方案包括一种用于催化反应的装置。所述装置可以包括多层催化剂床，所述多层催化剂床包括第一催化层和第二催化剂层；其中第一惰性层设置在所述第一催化层和所述第二催化层之间。所述装置还可以包括第三催化层和设置在所述第二催化层和所述第三催化层之间的第二惰性层。所述催化层可以适于以接纳反应物气体的流动，其中所述催化层和惰性层相对于所述反应物气体的流动串联布置。以下包括在本说明书中使用的各种术语和短语的定义。术语“约”或“大约”被定义为接近，如本领域普通技术人员所理解的。在一个非限制性实施方案中，这些术语被定义为在10％以内，优选在5％以内，更优选在1％以内，最优选在0.5％以内。术语“wt.％”、“vol.％”或“mol.％”分别指基于包括所述组分的材料的总重量、总体积或总摩尔数计，所述组分的重量、体积或摩尔百分比。在非限制性实例中，在100摩尔所述材料中10摩尔所述组分为10mol.％的所述组分。术语“基本上”及其变型被定义为包括10％以内、5％以内、1％以内或0.5％以内的范围。在权利要求和/或说明书中使用的术语“抑制)”或“减少”或“防止”或“避免”或这些术语的任意变型包括任意可测量的减少量或完全抑制以实现期望的结果。术语“有效”，如在说明书和/或权利要求中使用的该术语，表示足以实现期望的、预期的或意图的结果。当在权利要求或说明书中与术语“包含(comprising)”、“包括(including)”、“含有(containing)”或“具有(having)”结合使用时，词语“一(a)”或“一(an)”的使用可以表示“一个”，但是它也与“一个或多个”“至少一个”和“一个或多于一个”的含义一致。术语“包含(comprising)”(和任何形式的包含，如“包含(comprise)”和“包含(comprises)”)、“具有(having)”(和任何形式的具有，如“具有(have)”和“具有(has)”)、“包括(including)”(和任何形式的包括，如“包括(includes)”和“包括(include)”)或“含有(containing)”(和任何形式的含有，例如“含有(contains)”和“含有(c本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生产正丁烯(CH3CH2CH＝CH2)和/或1,3‑丁二烯(H2C＝CH‑CH＝CH2)的方法，所述方法包括：使包含C4烃的进料料流流入反应器，所述C4烃包括正丁烷(C4H10)，所述反应器包括催化剂床，所述催化剂床包括相对于所述进料料流的流动而串联布置的三个单独的催化层，其中第一惰性材料层设置在所述三个单独的催化层的第一催化层和所述三个单独的催化层的第二催化层之间，其中第二惰性材料层设置在所述第二催化层和所述三个单独的催化层的第三催化层之间，在足以将正丁烷转化为正丁烯和1,3‑丁二烯的反应条件下使所述正丁烷与第一催化层接触，其中所述第一催化层适于催化正丁烷转化为正丁烯和1,3‑丁二烯；以及使正丁烯和/或1,3‑丁二烯从反应器中流出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.07 US 62/431,2201.一种生产正丁烯(CH3CH2CH＝CH2)和/或1,3-丁二烯(H2C＝CH-CH＝CH2)的方法，所述方法包括：使包含C4烃的进料料流流入反应器，所述C4烃包括正丁烷(C4H10)，所述反应器包括催化剂床，所述催化剂床包括相对于所述进料料流的流动而串联布置的三个单独的催化层，其中第一惰性材料层设置在所述三个单独的催化层的第一催化层和所述三个单独的催化层的第二催化层之间，其中第二惰性材料层设置在所述第二催化层和所述三个单独的催化层的第三催化层之间，在足以将正丁烷转化为正丁烯和1,3-丁二烯的反应条件下使所述正丁烷与第一催化层接触，其中所述第一催化层适于催化正丁烷转化为正丁烯和1,3-丁二烯；以及使正丁烯和/或1,3-丁二烯从反应器中流出。2.如权利要求1所述的方法，其中所述进料料流主要包含正丁烷。3.如权利要求1和2中任一项所述的方法，其中所述进料料流包含85wt.％至99wt.％的正丁烷、1wt.％至10wt.％的正丁烯和0wt.％至5wt.％的残余C4化合物。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中每个催化层包含与其它催化层不同的催化材料。5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其还包括：在足以将第一部分正丁烯转化为1,3-丁二烯的反应条件下，使第一部分正丁烯的与所述第二催化层接触，其中所述第二催化层适于催化正丁烯转化为1,3-丁二烯。6.如权利要求5所述的方法，其还包括：在足以将第二部分正丁烯转化为1,3-丁二烯的反应条件下，使第二部分正丁烯与所述第三催化层接触，其中所述第三催化层适于催化正丁烯转化为1,3-丁二烯。7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述第一催化层包含由氧化镁-氧化锆络合物负载的原钒酸镁(O-钒酸镁)催化剂(Mg3(VO4)2)。8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述第二催化层包含铁酸锌催化剂。9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述第三催化层包含钼酸铋催化剂。10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其还包括：将包含1,3-丁二烯和正丁烷、具有或不具有1-丁烯与2...

【专利技术属性】
技术研发人员：塔里克·贾马尔·贾马莱丁，崔荣漫，拉姆齐·布纳马，
申请(专利权)人：沙特基础全球技术有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL