[发明专利]芳香族烃的制备方法和芳香族烃的制备装置

说明书

技术领域

本发明涉及从低级烃如甲烷、乙烷、丙烷和/或类似物高效地制备芳香族化合物如苯等和氢气的方法，并尤其涉及通过使用催化剂从低级烃高效地制备芳香族化合物如苯等的方法。

背景技术

迄今，芳香族化合物如苯、甲苯、二甲苯等主要从萘来制备。作为萘的制备方法，使用非催化剂方法如煤等的溶剂萃取方法和天然气、乙炔等的气体热裂解方法。

然而，根据这些常规方法，可获得相对于原料如煤、乙炔等的仅百分之几的苯或萘。此外，生成大量副产物芳香族化合物和烃、焦油和不溶的碳残留物，这带来问题。此外，存在煤等的溶剂萃取方法需要大量有机溶剂的缺点。

作为从低级烃尤其是甲烷制备芳香族烃如苯、萘等和氢气的方法，已知的是在催化剂存在下或者没有氧气或氧化剂存在下使甲烷反应(参见例如非专利文献1)的方法。作为在该场合的催化剂，在ZSM-5上负载的钼被认为是有效的。然而在使用该催化剂的场合，存在要解决催化活性由于碳析出而显著降低和甲烷转化率低的问题。

作为解决以上问题的对策，专利文献1公开了从低级烃如甲烷、乙烷等制备芳香族化合物和氢气的方法，其中将CO₂或CO添加到要反应的气体，由此抑制作为副反应的碳析出，由此长时间稳定地制备芳香族烃如苯等，同时抑制因反应所致的催化活性的降低。专利文献2公开了将氢气添加到原料气体，由此长时间稳定地进行催化反应。此外，专利文献3公开了使从低级烃制备芳香族烃的接触反应和使劣化的催化剂再生的催化剂再生反应交替地重复，由此稳定地制备芳香族烃和氢气。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利临时公开第2001-334152号

专利文献2：日本专利临时公开第2004-269398号

专利文献3：日本专利第3985038号

非专利文献

非专利文献1：JOURNAL OF CATALYSIS，1997，第165卷，第150-161页

发明内容

发明要解决的问题

对于专利文献1中公开的方法，当要添加的二氧化碳等的浓度低时芳香族烃的收率高；然而，可操作时间变得很短，因为催化活性因结焦所致的降低显著。此外，如果使要添加的二氧化碳浓度高，可抑制结焦，同时延长可操作时间；然而，存在芳构化反应被氢气阻碍的问题，该问题是因为过量二氧化碳和作为原料的甲烷而产生，由此大大地降低芳香族烃的收率。

此外，专利文献3公开了使用氢气作为再生气体。从催化反应中生成的气体回收的氢气用作再生气体；然而，为再生要使用高浓度的氢气，以及因此必须从系统外部补充氢气，这导致在经济上不利。

因此，本发明的目的是提供通过使低级烃和催化剂之间进行接触反应以制备芳香族烃的方法，其中可使催化剂经济地再生，同时维持芳香族烃的高收率而长时间制备芳香族烃。

达到上述目的的根据本发明制备芳香族烃的方法，包括重复通过使低级烃和催化剂之间进行接触反应以获得芳香族烃的反应步骤和使在该反应步骤中使用的催化剂再生的再生步骤，该方法的特征在于，出口气体用作再生步骤中的再生气体，所述出口气体为通过从经过反应步骤的排出气体除去在反应步骤中生成的芳香族烃而获得的气体。

在上述的芳香族烃的制备方法中，可以基于出口气体中的氢气浓度而将反应步骤切换成再生步骤。

此外，在上述的芳香族烃的制备方法中，可以基于出口气体中的氢气浓度不低于15％的条件而将反应步骤切换成再生步骤。

达到上述目的的根据本发明制备芳香族烃的系统的特征在于，其包括：反应器，其中重复使低级烃和催化剂之间进行接触反应以获得芳香族烃的反应步骤和使在该反应步骤中使用的催化剂再生的再生步骤；和芳香族烃分离装置，其用于将反应步骤中生成的芳香族烃从反应器排出的气体分离，其中，出口气体用作再生步骤中的再生气体，所述出口气体为通过从经过反应步骤的排出气体除去在反应步骤中生成的芳香族烃而获得的气体。

在上述芳香族烃的制备系统中，反应器可以包括多个反应器，其中可以用至少一个反应器进行反应步骤，其中可以将反应步骤中的出口气体供给到另一个反应器以进行再生步骤。

发明效果

根据上述发明，当通过使低级烃和催化剂反应制备芳香族烃时，可使催化剂经济地再生，同时可维持芳香族烃的高收率而长时间稳定地制备芳香族烃。

附图说明

[图1]是根据本发明第一实施方式的芳香族烃制备系统的示意图；