[发明专利]使用高效催化剂的获得并保持指定的环氧烷生产参数的改进方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年4月21日提交的美国临时申请61/171,284的权益，该美国临时申请的全部内容通过引用结合到此。

技术领域

本公开总体上涉及用于制备环氧烷的方法，并且更具体地，涉及操作使用高效催化剂的环氧烷生产过程以获得指定的环氧烷生产速率的改进方法。

背景

环氧烷已知具有多种用途。例如，环氧烷被用于制备乙二醇、非离子表面活性剂、二醇醚、乙醇胺以及聚乙烯聚醚多元醇，所述乙二醇用作汽车冷却剂、防冻剂以及用于制备聚酯纤维和树脂。环氧丙烷用于制备丙二醇和聚丙烯聚醚多元醇，它们用于聚氨酯聚合物的应用。

已知的是，环氧烷的制备使用银基催化剂、在氧存在的情况下经由烯烃的催化环氧化而进行。在这些工艺中使用的常规的银基催化剂典型地提供相对较低的效率或“选择性”(即，反应的烯烃被转化为所需环氧烷的百分比较低)。在某些示例性方法中，当在乙烯的环氧化中使用常规的催化剂时，向环氧乙烷的理论最大效率(表示为已转化的乙烯的分数)没有达到高于6/7或85.7％的界限的值。因此，这个界限很长时间以来都被认为是这个反应的基于下列反应方程式的化学计量的理论最大效率：

7C₂H₄+6O₂→6C₂H₄O+2CO₂+2H₂O

参看Kirk-Othmer化学技术百科全书(Kirk-Othmer’s Encyclopedia of Chemical Technology)，第4版，第9卷期，1994，第926页。

某些“高效”或“高选择性”的现代银基催化剂对环氧烷生产是高选择性的。例如，当在乙烯的环氧化中使用某些现代催化剂时，向环氧乙烷的理论最大效率可以达到高于所提到的6/7或85.7％界限的值，例如88％或89％，或以上。如在本文中使用的，术语“高效催化剂”和“高选择性催化剂”是指能够以大于85.7％的效率从相应的烯属烃和氧制备环氧烷的催化剂。在基于工艺变量、催化剂老化(age)等的某些条件下，所观察到的高效催化剂的实际效率可能降至低于85.7％。然而，如果催化剂在其寿命中的任意点上，例如，如在下文中的实施例中所描述的任意反应条件组之下，或者通过将在通过改变气时空速获得的两个不同的氧转化率下观察到的较低的效率外推至0氧转化率的极限情况下，能够达到至少85.7％效率，则被认为是高效催化剂。在EP0352850B1以及若干随后的专利公布中公开了这样的高效催化剂，其可以包含银、铼、至少一种另外的金属以及任选的铼共助催化剂作为它们的活性组分。“助催化剂”有时候称作“抑制剂”或“阻滞剂”，是指通过提高朝所需的环氧烷形成的速率和/或抑制不需要的烯烃或环氧烷至二氧化碳和水的氧化(相对于所需的环氧烷的形成而言)而提高催化剂的性能的材料。如本文中所使用的，术语“共助催化剂”是指当与助催化剂组合时提高助催化剂的助催化效果的材料。此外，助催化剂还可以称作“掺杂剂”。在提供高效率的那些助催化剂的情况下，可以使用术语“高效掺杂剂”或“高选择性掺杂剂”。

“助催化剂”可以是在催化剂的制备过程中被引入到催化剂中的材料(固相助催化剂)。此外，“助催化剂”还可以是被引入到环氧化反应器进料中的气相物质(气相助催化剂)。在一个实例中，可以连续向环氧化反应器进料中添加有机卤化物气相助催化剂以提高催化剂效率。对于银基乙烯环氧化催化剂，固相和气相助催化剂都是在任何商业工艺中典型需要的。

相对于在进料中的气相助催化剂浓度，传统催化剂具有相对平坦的效率曲线，即，在宽的助催化剂浓度范围内，效率基本上是不变的(即，相对于进料中的气相助催化剂浓度的变化，效率变化为小于约0.1％/ppmv)，并且在催化剂的长期操作过程中，随着反应温度变化，这种不变性是基本上不变的。然而，相对于在进料中的气相助催化剂浓度，传统催化剂具有接近线性的活性下降曲线，即，随着进料中的气相助催化剂浓度的增加，温度不得不升高，或环氧烷生产速率将下降。因此，当使用常规催化剂时，对于最优效率，在进料中的气相助催化剂浓度可以选择在使得可以在相对更低操作温度保持最大效率的水平。典型地，气相助催化剂浓度可以在常规催化剂的整个寿命过程中保持基本上相同。另一方面，可以调节反应温度以获得所需的生产速率，而对于效率没有归因于非最优化的气相助催化剂浓度的任何实质的影响。