[发明专利]芳香族化合物烷基化方法

说明书

发明背景

技术领域

本发明一般性地涉及用于在氢气和水蒸气的存在下使用沸石催化剂(例如，已被改性为形状选择性催化剂的铝硅酸盐沸石)进行的芳香族化合物烷基化(例如，甲苯甲基化)的方法，所述方法涉及按照一定的引入顺序并在一定的温度范围内引入烷基化剂和氢。

现有技术的描述

甲苯甲基化(TM)是甲苯与甲醇的催化反应，该反应产生二甲苯，如下所示：

甲苯甲基化是等摩尔反应，即1摩尔甲苯与1摩尔甲醇反应。除甲苯甲基化之外，还可能发生许多竞争性副反应。甲醇可能与其自身反应形成烯烃。甲苯可能被过度烷基化而形成C₉₊芳香族化合物。为了减少这些副反应，甲苯∶甲醇的摩尔比可以大于1∶1或在2∶1到20∶1的范围内。

可以使用沸石作为甲苯甲基化的催化剂，其中所述沸石为由铝取代的SiO₄四面体单元构成的结晶固体，这些四面体单元被结合在一起以将不同的环状和笼状结构形成为结晶框架。沸石的物理结构为非常多孔的，并具有大的内表面面积和外表面面积。由于空间位阻效应和电子效应，沸石可以为形状选择性催化剂。可以通过对沸石改性，例如，缩小沸石的孔的开口尺寸、将沸石的外表面失活、或者改变沸石的酸性，来获得形状选择性。在沸石上沉积某些化合物或元素，例如含有铁、锌、磷的化合物、稀土金属氧化物等，可以提高其形状选择性。

在通过甲苯的甲基化合成对二甲苯中，甲苯的转化率和对二甲苯的选择性，即对二甲苯在二甲苯异构体中的浓度，具有商业重要性。在作为制造PET的中间体对苯二甲酸的制造中，对二甲苯(PX)作为用于上述制造中的许多应用中的大量化学中间体具有特别的价值。以至少85％或至少90％的浓度生产对二甲苯的方法是有利的。

美国专利号4,152,364公开了一种用于在已使用磷化合物改性或处理过的沸石催化剂的存在下通过甲苯的甲基化来选择性地生产对二甲苯的方法。甲苯的甲基化通过在约250℃至约750℃、优选约400℃至约700℃的温度下使甲苯接触甲醇而进行。没有公开甲苯和甲醇是单独地或在不同的温度下被引入反应器中。

美国专利号4,250,345公开了一种用于在已使用磷化合物改性或处理过的沸石催化剂的存在下通过甲苯甲基化来选择性地生产对二甲苯的方法。甲苯甲基化通过在约250℃至约750℃、优选约500℃至约700℃的温度下使甲苯接触甲醇而进行。没有公开甲苯和甲醇是单独地或在不同的温度下被引入反应器中。

美国专利号7,084,318公开了一种使用磷处理的ZSM-5催化剂制备二甲苯产品的方法，该方法具有启动工序，包括在200℃或更高的温度下以5小时^-1的液体时空速度(LHSV)引入甲苯、甲醇和氢；在这些条件下操作半小时到20小时，然后降低LHSV并将温度提高至500℃-700℃。没有公开甲苯和甲醇是单独地或在不同的温度下被引入反应器中。

增加混合二甲苯产物流中对二甲苯的浓度并降低催化剂的失活和保持甲苯转化率以增加在物料流中的时间的方法将是有利的。

发明内容

本发明为芳香族化合物的烷基化方法，其包括：

a)在以下步骤中，在反应器中使芳香族化合物；烷基化剂；氢、惰性气体或其混合物；和水与形状选择性的沸石催化剂接触：

1)在约200℃至小于约400℃的反应器温度下，将氢、惰性气体或其混合物引入反应器；和

2)在大于约400℃至约700℃的反应器温度下，将烷基化剂引入反应器中；

b)从反应器中提取烷基化的芳香族化合物。

在反应器中使芳香族化合物；烷基化剂；氢、惰性气体或其混合物；和水与形状选择性的沸石催化剂接触可以包括以下步骤：

1)将反应器加热到约200℃至小于约400℃的温度；

2)在约200℃至小于约400℃的反应器温度下，将氢、惰性气体或其混合物引入反应器；

3)将反应器加热到大于约400℃至约700℃的温度；

4)在大于约400℃至约700℃的反应器温度下，将烷基化剂引入反应器；

其中，芳香族化合物在步骤2)、步骤3)或步骤4)中被引入反应器，并且水在步骤2)、步骤3)或步骤4)中被引入反应器。

附图说明

图1示出实施例1-7中甲苯转化百分率与在物料流中的时间的关系图，其中氢、蒸汽、甲苯和甲醇各自在200℃或480℃的反应器温度下被引入反应器。

具体实施方式