[发明专利]使用移动床反应器堆的固体催化剂烃转化方法

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求2009年12月17日提交的美国临时申请No.61/287,287和2010年12月2日提交的美国申请No.12/958,818的优先权利益。

发明领域

本文所述系统和方法涉及使用移动床模式的固体催化剂的液相烃转化方法。移动床模式可以为径向流移动床。本文所述系统和方法可例如用于烃如芳烃或链烷烃的烷基化以制备有用的化学品和发动机燃料。

发明背景

本发明可应用于多种不同的烃转化反应。一些这些反应可以简单的术语如A+B→C+D；或E→F；或G→H+I；或J+K→L描述。取决于具体反应，可使用其它反应物或可产生其它产物。然而，获益于本发明，反应在液相中进行且通过以移动床模式操作的固体催化剂催化。将至少一种反应物连续引入含有足以有效催化反应的量的催化剂的催化剂移动床中。反应物为液相，且反应物可以以与液体流体载体的混合物存在。催化剂移动床在对所需反应而言最佳的条件下操作。当反应物接触催化剂时，发生烃转化反应以形成至少一种产物。当达到化学平衡时，反应物和产物的浓度之比保持恒定，且不会实现产物浓度的提高。如果烃转化反应不受平衡限制，则反应可持续至所需终点。该方法为连续的，其中连续引入反应物，连续取出产物且催化剂连续移动。

该简单阐述的大量变化方案是本领域技术人员清楚的。例如本领域技术人员应当理解如何将该发明用于液相烃转化方法如裂化、加氢裂化、芳烃烷基化、异链烷烃烷基化、异构化、聚合、重整、脱蜡、氢化、脱氢、烷基转移、脱烷基化、水合、脱水、加氢处理、加氢脱氮、加氢脱硫、开环和加氢处理方法。

为了容易理解，本文根据烷基化反应讨论本发明细节，所述反应为进料烃与烷基化剂之间的反应。烃烷基化广泛用于石油精制和石化工业中以制备多种用作发动机燃料、塑料和洗涤剂前体及石化原料的有用的无环和环状烃产品。

在发动机燃料的生产中，进料烃通常为异丁烷(I)且烷基化剂通常为烯烃(O)。优选用与烯烃相比过量的异丁烷操作以促进优选的烷基化反应(I+O=烷基化物)而不是不理想的低聚反应(O+O=低聚物)。

例如，大量高辛烷汽油在商业上通过用丁烯或丙烯将异丁烷烷基化而制备。这显著提高C₄进料烃的价值。另外，大量有价值烷基芳族烃，包括枯烯、乙苯和C₁₀-C₁₅线性烷基芳烃通过用具有合适碳数的烯烃将苯烷基化而制备。

历史上，商业上已使用了液体酸烷基化方法，且这类方法通常使用氢氟酸(HF)或硫酸(H₂SO₄)作为催化剂。环境和安全考虑连通其它因素，已导致使用固体催化剂的烷基化方法的发展。然而，固体烷基化催化剂倾向于具有相对快的失活时间(例如2-24小时)并需要频繁的再生。

已知的液体酸烷基化方法通常设计有5/1-15/1的外部异丁烷∶烯烃比(I/O)。外部I/O定义为至反应段的总异丁烷除以总进料烯烃。理想的是具有相同外部I/O比范围的固体催化剂烷基化方法以保持与液体酸烷基化竞争的成本。I/O比可在反应器段内通过使异丁烷再循环而进一步提高。该内部I/O定义为局部异丁烷与局部烯烃浓度。内部I/O比也可通过将烯烃进料分成多次注射而提高，并需要混合以确保进料烯烃完全分散于反应液流中。对于固体催化剂烷基化，较高的内部I/O比会产生较长的催化剂寿命和改进的产物质量，但也会提高方法的资本和操作成本。

关于固体催化剂烷基化，移动床固体催化剂烷基化方法与固定床固体催化剂烷基化方法相比具有大量优点，例如如美国专利No.5,849,976，Gosling等人在第2栏第66-67行和第3栏第1-9行所述，其解释了移动床反应器的使用具有降低装置中催化剂和液态烃投入量的优点，这是理想的成本和安全性的优点，以及移动床的使用可用于在反应区与再生区之间输送催化剂，这具有容许催化剂部分或全部被置换而不干扰方法操作的优点。美国专利No.5,849,976例如描述了在特征为在反应区内的冷却区和移动床催化剂再生区的方法中使用缓慢移动的固体催化剂圆柱形床。美国专利No.5,849,976的摘要。另外，美国专利No.3,838,038，Greenwood等人描述了使用固体催化剂颗粒操作连续烃方法的方法，其包括移动床反应区和连续再生区。美国专利No.3,838,038的第2栏第25-30行。

还获益于本发明的另一具体烃转化方法为加氢处理。