[发明专利]用于共生产苯、乙烯和氢气的催化方法

说明书

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。

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。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容