用于共生产苯、乙烯和氢气的催化方法技术

一种用于由含有烷烃的气体物流生产苯和乙烯的方法。所述含有烷烃的气体物流可在烷烃芳构化条件下在反应器的反应区中与包括新鲜、废和再生催化剂的任何组合的芳构化催化剂接触以生产包括(i)废催化剂和(ii)包括苯和乙烯的产物混合物的出口物流。所述废催化剂可在再生条件下在再生区中再生以生产所述再生催化剂。可将选择量的新鲜催化剂添加到所述再生区以生产所述新鲜催化剂和再生催化剂的混合物，所述混合物可再循环到所述反应区。可通过修改所述烷烃芳构化条件、所述再生条件，和/或添加到所述再生区的新鲜催化剂的所述选择量来控制在所述产物混合物中苯与乙烯的比率。

Catalytic method for co-production of benzene, ethylene and hydrogen

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于共生产苯、乙烯和氢气的催化方法相关申请的交叉引用本申请要求2016年12月15日提交的美国临时申请第62/434,913号的权益，所述申请以引用的方式并入本文中。
此公开的主题涉及用于在含有芳构化催化剂的反应器中由低级烷烃生产芳香族烃和乙烯的方法，所述芳构化催化剂包括新鲜、废和再生催化剂的任何组合，并且其中在产物物流中苯与乙烯的比率通过修改芳构化条件、再生条件和/或添加到在反应区中的催化剂混合物的新鲜催化剂的量来控制。
技术介绍
乙烯和苯为在世界范围内石化行业的两种关键化学构建块。预计全球短缺苯，苯为如苯乙烯、苯酚、尼龙和聚氨酯等关键石化产品制造所必需的。一般来说，苯和其它芳香族烃通过使用溶剂提取法使富含芳香族化合物的原料级分(如通过催化重整方法生产的重整产物和通过石脑油裂解方法生产的热解汽油)与非芳香族烃分离来获得。致力于满足世界对关键石化产品不断增长的需求，各种工业和学术研究人员工作几十年来开发由成本优势的轻质链烷烃(C1-C4)进料制备轻质芳香族化合物苯、甲苯、二甲苯(BTX)的催化剂和方法。设计用于此应用的催化剂通常含有结晶硅铝酸盐(沸石)材料(如ZSM-5)和一种或多种金属(如Pt、Ga、Zn、Mo等)，以提供脱氢功能。在不将氢气添加到进料的情况下，乙烷和其它低级烷烃的芳构化在高温和低压下在热力学上是有利的。不利的是，这些方法条件也有利于快速催化剂失活，这是由于形成不期望的表面焦炭沉积物，阻挡进入催化剂的活性位点。避开此快速失活问题的一种方法是设计一种低级烷烃芳构化方法，其特征在于流化催化剂床，其中催化剂粒子在其中进行芳构化的反应区和其中燃烧掉积累的焦炭使催化剂恢复活性的再生区之间快速且连续地循环。举例来说，美国专利5,053,570描述用于将低级链烷烃混合物转化成芳香族化合物的流化床方法。对于由乙烷制备石化构建块的问题，最著名的商业实践解决方案涉及乙烷的热裂解以主要生产乙烯和氢气，连同许多副产物，包括苯和其它芳香族化合物。此乙烷裂解方法不利用催化剂并且需要750℃-800℃的温度以实现经济上可行的转化水平。由于烷烃芳构化反应的高吸热性质，需要向反应区提供热输入(例如，高于可通过燃烧产物焦炭产生的热量输入)以维持所需的反应温度。因此，需要开发一种改进的直接、非氧化烷烃芳构化方法，所述方法提供必需的热输入并最大化由低级烷烃期望共生产苯、乙烯和氢气。
技术实现思路
根据所公开的主题的实施例，提供用于由含有烷烃的气体物流生产苯和乙烯的方法。含有烷烃的气体物流包括乙烷、丙烷或丁烷中的至少一种，并且方法可包括(a)在烷烃芳构化条件下在反应器的反应区中使含有烷烃的气体物流与包括新鲜催化剂和再生催化剂的混合物的芳构化催化剂接触以生产包括(i)废催化剂和(ii)包括苯和乙烯的产物混合物的出口物流。在步骤(b)中，废催化剂可在出口物流中与产物混合物分离。步骤(c)可包括在再生条件下在再生区中使分离的废催化剂再生以生产再生催化剂。在步骤(d)中，可将选择量的新鲜催化剂添加到再生区以生产新鲜催化剂和再生催化剂的混合物。接下来，在步骤(e)中，新鲜催化剂和再生催化剂的混合物可再循环到反应区。在步骤(f)中，可通过修改以下中的至少一个来控制在产物混合物中苯与乙烯的比率：烷烃芳构化条件、再生条件，和在步骤(d)中添加到再生区的新鲜催化剂的选择量。在所公开的主题的实施例中，提供用于由含有烷烃的气体物流生产苯和乙烯的方法。含有烷烃的气体物流可含有乙烷、丙烷或丁烷中的至少一种。方法可包括(a)在烷烃芳构化条件下在反应器的反应区中使含有烷烃的气体物流与包含再循环废催化剂和新鲜催化剂与再生催化剂的混合物的芳构化催化剂接触以生产包含(i)废催化剂和(ii)包含苯和乙烯的产物混合物的出口物流。在步骤(b)中，废催化剂可在出口物流中与产物混合物分离。步骤(c)可包括在再生条件下在再生区中使分离的废催化剂的第一部分再生以生产再生催化剂。接下来，在步骤(d)中，可将选择量的新鲜催化剂添加到再生区以生产新鲜催化剂和再生催化剂的混合物。在步骤(e)中，新鲜催化剂和再生催化剂的混合物可再循环到反应区。在步骤(f)中，分离的废催化剂的第二部分可再循环到反应区。接下来在步骤(g)中，在产物混合物中的苯与乙烯的比率可通过修改选自由以下组成的组中的至少一个来控制：烷烃芳构化条件、再生条件，和在步骤(d)中添加到再生区的新鲜催化剂的选择量。在所公开的主题的另一个实施例，用于由含有烷烃的气体物流生产苯和乙烯的方法。含有烷烃的气体物流含有乙烷、丙烷或丁烷中的至少一种。所公开的方法可包括(a)在烷烃芳构化条件下在反应器的反应区中使含有烷烃的气体物流与包含再生催化剂和新鲜催化剂与废催化剂的混合物的芳构化催化剂接触以生产包含(i)废催化剂和(ii)包含苯和乙烯的产物混合物的出口物流。在步骤(b)中，废催化剂可在出口物流中与产物混合物分离。接下来在步骤(c)中，分离的废催化剂的第一部分可在再生条件下在再生区中再生以生产再生催化剂。步骤(d)可包括将再生催化剂再循环到反应区。在步骤(e)中，可将选择量的新鲜催化剂添加到分离的废催化剂的第二部分以生产新鲜催化剂和废催化剂的混合物。接下来，在步骤(f)中，新鲜催化剂和废催化剂的混合物可再循环到反应区。在步骤(g)中，在产物混合物中的苯与乙烯的比率可通过修改以下中的至少一个来控制：烷烃芳构化条件、再生条件，和在步骤(e)中添加到分离的催化剂的第二部分的新鲜催化剂的选择量。所公开的主题还提供若干特征和优点。所公开的方法的特征和优点中的一个包括利用随催化剂年龄分布而变的生产苯和乙烯的芳构化催化剂。另一个特征为在反应器操作期间添加新鲜催化剂和移出废催化剂使得可改变苯和乙烯的相对产率的能力。又另一个特征为提供用于生产苯和乙烯的反应热的能力。此外，本专利技术所公开的主题的方法利用在比在乙烷裂解装置中通常使用的温度更低的温度下(680℃-700℃对750℃-800℃)实现成比例地更高的苯生产连同乙烯的催化剂。因为苯与乙烯生产的比率随催化剂老化降低，所公开的方法提供通过调节在反应器中的新鲜和老化催化剂的相对量改变苯和乙烯的相对产率的灵活性。此外，苯与乙烯的比率可通过修改芳构化条件和再生条件来控制。这导致显著更高和经济上更有吸引力的含有烷烃的气体物流转化率以及苯和乙烯产率。考虑到以下具体实施方式、附图说明和权利要求书，可阐述或显而易见所公开的主题的额外特征、优点和实施例。另外，应理解上述
技术实现思路
和以下具体实施方式都是实例，并且旨在提供进一步解释而不限制权利要求的范围。具体实施方式本专利技术所公开的主题涉及用于由含有烷烃的气体物流生产芳香族化合物和乙烯的工艺方案。在含有烷烃的气体物流中的烷烃向芳香族化合物的转化通常在包含催化剂的反应器中进行，所述催化剂在烷烃向芳香族化合物和乙烯的转化中为活性的。本专利技术所公开的主题提供利用实现随催化剂年龄而变的苯和乙烯的不同相对量的生产的芳构化催化剂的能力。此外，本专利技术所公开的主题的方法利用在比在乙烷裂解装置中通常使用的温度更低的温度下(680℃-700℃对750℃-800℃)实现成比例地更高的苯生产连同乙烯的芳构化催化剂。对于苯和乙烯的共生产，本专利技术所公开的方法提供在反应器操作期间添加新鲜催化剂和移出废本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于由含有烷烃的气体物流生产苯和乙烯的方法，所述含有烷烃的气体物流含有选自由乙烷、丙烷或丁烷组成的组的至少一种烷烃，所述方法包含：(a)在烷烃芳构化条件下在反应器的反应区中使所述含有烷烃的气体物流与包含新鲜催化剂和再生催化剂的混合物的芳构化催化剂接触以生产包含(i)废催化剂和(ii)包含苯和乙烯的产物混合物的出口物流，(b)在所述出口物流中将所述废催化剂与所述产物混合物分离，(c)在再生条件下在再生区中使所述分离的废催化剂再生以生产所述再生催化剂，(d)将选择量的新鲜催化剂添加到所述再生区以生产所述新鲜催化剂和再生催化剂的混合物，(e)将所述新鲜催化剂和再生催化剂的混合物再循环到所述反应区，和(f)通过修改选自由以下组成的组中的至少一个来控制在所述产物混合物中的苯与乙烯的比率：所述烷烃芳构化条件、所述再生条件，和在步骤(d)中添加到所述再生区的新鲜催化剂的所述选择量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.15 US 62/434,9131.一种用于由含有烷烃的气体物流生产苯和乙烯的方法，所述含有烷烃的气体物流含有选自由乙烷、丙烷或丁烷组成的组的至少一种烷烃，所述方法包含：(a)在烷烃芳构化条件下在反应器的反应区中使所述含有烷烃的气体物流与包含新鲜催化剂和再生催化剂的混合物的芳构化催化剂接触以生产包含(i)废催化剂和(ii)包含苯和乙烯的产物混合物的出口物流，(b)在所述出口物流中将所述废催化剂与所述产物混合物分离，(c)在再生条件下在再生区中使所述分离的废催化剂再生以生产所述再生催化剂，(d)将选择量的新鲜催化剂添加到所述再生区以生产所述新鲜催化剂和再生催化剂的混合物，(e)将所述新鲜催化剂和再生催化剂的混合物再循环到所述反应区，和(f)通过修改选自由以下组成的组中的至少一个来控制在所述产物混合物中的苯与乙烯的比率：所述烷烃芳构化条件、所述再生条件，和在步骤(d)中添加到所述再生区的新鲜催化剂的所述选择量。2.一种用于由含有烷烃的气体物流生产苯和乙烯的方法，所述含有烷烃的气体物流含有选自由乙烷、丙烷或丁烷组成的组的至少一种烷烃，所述方法包含：(a)在烷烃芳构化条件下在反应器的反应区中使所述含有烷烃的气体物流与包含再循环废催化剂和新鲜催化剂与再生催化剂的混合物的芳构化催化剂接触以生产包含(i)废催化剂和(ii)包含苯和乙烯的产物混合物的出口物流，(b)在所述出口物流中将所述废催化剂与所述产物混合物分离，(c)在再生条件下在再生区中使所述分离的废催化剂的第一部分再生以生产所述再生催化剂，(d)将选择量的新鲜催化剂添加到所述再生区以生产所述新鲜催化剂和再生催化剂的混合物，(e)将所述新鲜催化剂和再生催化剂的混合物再循环到所述反应区，(f)将所述分离的废催化剂的第二部分再循环到所述反应区，和(g)通过修改选自由以下组成的组中的至少一个来控制在所述产物混合物中的苯与乙烯的比率：所述烷烃芳构化条件、所述再生条件，和在步骤(d)中添加到所述再生区的新鲜催化剂的所述选择量。3.一种用于由含有烷烃...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·M·劳里茨恩，YM·陈，CC·李，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL