[发明专利]使用包括含有稀土的沸石和氢化金属的催化剂的烷基化方法

说明书

术语烷基化指的是诸如芳族烃或饱和烃的可烷基化的化合物与诸如 烯烃的烷化剂的反应。因为该反应使得通过异丁烷与含有2-6个碳原子的 烯烃的烷基化获得具有高辛烷值且在汽油范围(gasoline range)内沸腾的 烷基化产物成为可能，所以该反应是令人感兴趣的。与通过裂解诸如减压 柴油和常压渣油的较重石油馏分获得的汽油不同，通过烷基化获得的汽油 基本上不含诸如硫磺和氮气的污染物，且因而具有清洁燃烧特征。这种汽 油的由高辛烷值表示的高抗爆性减少了添加诸如芳族化合物或铅的环境 有害的抗爆化合物的需要。而且，与通过重整石脑油或通过裂解较重的石 油馏分获得的汽油不同，烷基化产物含有很少的芳族化合物或烯烃(即使 有的话)，这提供了进一步的环境优势。

烷基化反应是酸催化的。常规的烷基化工艺设备利用了诸如硫酸和氢 氟酸的液体酸催化剂。使用这种液体酸催化剂伴随着许多问题。例如，硫 酸和氢氟酸都是高度腐蚀性的，使得所使用的设备必须满足苛刻的运行要 求。因为在所得到的燃料中存在高度腐蚀性的材料是受到反对的，那么必 须从烷基化产物中去除残留的酸。而且，由于必须进行液相分离，因而该 方法是复杂且昂贵的。此外，总是存在诸如氟化氢的有毒物质将散逸到环 境中的风险。

本发明提供了利用包括含有稀土的沸石和氢化金属的固体酸催化剂 的改进的烷基化方法。

催化剂的水含量的范围是约1.5wt％到约6wt％，在一个实施方案中， 催化剂的水含量的范围是约1.8wt％到约4wt％，且在另一个实施方案中， 催化剂的水含量的范围是约2wt％到约3wt％。催化剂的水含量被定义为 在用于烷基化方法的过程中催化剂的水含量，且通过确定在600℃下加热 催化剂2个小时时的重量损失(烧失量，或LOI 600)来确定。

催化剂进一步包括氢化金属。合适的氢化金属的示例是过渡金属，诸 如周期表的第VIII族的金属及其混合物。在这些氢化金属中，优选周期表 的第VIII族的贵金属。特别优选铂、钯及其混合物。氢化金属的量将取决 于其性质。当氢化金属是周期表的第VIII族的贵金属时，催化剂通常将含 有范围在约0.01wt％到约2wt％的金属。在一个实施方案中，以金属计算 且基于催化剂的总重量，金属范围在约0.1wt％到约1wt％。

催化剂进一步包括固体酸。固体酸的示例是：沸石，诸如沸石β、 MCM-22、MCM-36、丝光沸石、包括H-Y-沸石和USY-沸石的诸如X-沸 石和Y-沸石的八面沸石；非沸石固体酸，诸如二氧化硅-氧化铝，硫酸化 氧化物如锆、钛或锡的硫酸化氧化物，锆、钼、钨、磷等的混合氧化物， 以及氯化氧化铝或粘土。优选的固体酸是沸石，其包括丝光沸石、沸石β、 包括HY-沸石和USY-沸石的诸如X-沸石和Y-沸石的八面沸石。还可以采 用固体酸的混合物。在一个实施方案中，固体酸是具有24.72埃到约25.00 埃的单晶胞尺寸(a₀)的八面沸石，在另一个实施方案中，固体酸是具有 24.34埃-24.72埃的单晶胞尺寸的Y-沸石，而在另一个实施方案中，固体 酸是具有24.42埃-24.56埃的单晶胞尺寸的Y-沸石。在又一个实施方案中， 固体酸是具有24.56埃-24.72埃的单晶胞尺寸的Y-沸石。

催化剂的固体酸组分包括稀土，即选自镧系的元素。在一个实施方案 中，稀土的范围是约0.5wt％到约32wt％。在另一个实施方案中，稀土的 范围是约2wt％到约9wt％。在又一个实施方案中，稀土的范围是约4wt ％到约6wt％。此处所有提及的稀土wt％都是以干基(600℃，1小时) 稀土氧化物进行计算的。

通过常规手段可以将稀土元素交换成固体酸组分。在一个实施方案 中，固体酸组分是镧交换的Y沸石。

在固体酸组分的交换过程中，从催化剂中去除钠(Na+)。在一个实 施方案中，固体酸组分包含小于1.5wt％的Na₂O。在另一个实施方案中， 固体酸组分包含小于1.0wt％的Na₂O。在又一个实施方案中，固体酸组分 包含小于0.6wt％的Na₂O，所有的值都以干基(600℃，1小时)进行计算。