[发明专利]用于烯烃生产的改进催化剂床配置

说明书

本发明涉及根据权利要求1的催化剂床配置，根据权利要求8和9的所述催化剂床的用途，根据权利要求10的包括所述催化剂床的反应器以及根据权利要求11的获得烯烃的方法。

丁烯是C₄H₈单烯烃异构体如1-丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯和异丁烯(2-甲基丙烯)。如果没有特别提及，则在本发明的框架内，顺-2-丁烯、反-2-丁烯也称作2-丁烯。顺-2-丁烯、反-2-丁烯和1-丁烯的总和表示为正丁烯。丁烯在商业上通常作为石油精炼厂中通过裂解工艺或通过催化乙烯二聚反应的副产品产生。丁烯可以用于多种目的，如用于制造聚合物和其他化学品如杀虫剂、抗氧化剂、粘合剂、密封剂或弹性体。

在过去的几十年中，使用正丁烯来生产丙烯已具有工业重要性。使用正丁烯作为起始材料合成丙烯是基于复分解反应。由此，根据以下总反应方案，在乙烯的存在下2-丁烯转化为丙烯：

乙烯+2-丁烯2-丙烯

该反应通常在包含元素周期系(PSE)第6族或第7族金属氧化物的催化剂存在下发生。用于烯烃复分解的催化剂的典型活性组分为负载在二氧化硅上的氧化钨(US3,365,513)或者负载在氧化铝或二氧化硅氧化铝上的氧化铼和氧化钼(US4,547,617；US6,281,402)。

已描述了复分解催化剂的各种修改和改进。已证明复分解催化剂与用于使1-丁烯中双键转移为2-丁烯的异构化催化剂的物理混合提高了总生产率(US3,865,751；US3,915,897；US4,575,575)。典型的双键异构化催化剂包括可以与复分解催化剂共混的碱性金属氧化物，例如氧化镁或氧化钙。使用氧化镁(MgO)作为助催化剂使得反应温度能够从约400℃(对于纯的二氧化硅负载的氧化钨(WO₃/SiO₂))降低至250℃至300℃。氧化镁与WO₃/SiO₂的重量比在0.1至20的范围内。氧化镁的功能是使1-丁烯异构化为2-丁烯，由于两种烯烃均存在于工业进料中。重要的是强调单独的氧化镁显示出可忽略不计的复分解活性。

除了其充当异构化催化剂的能力之外，还已知氧化镁从烯烃进料中去除或消除对复分解催化剂有害的痕量污染物的能力，特别是在用作“防护床”时(J.Mol.Cat，1985，28:117-131)。氧化镁可以例如布置在包含复分解催化剂和异构化催化剂的组合物顶部(US2010/0056839A1，US2010/167911A1)。此处，最佳的催化剂活化与防护预床的去除毒物的功能和1-丁烯至2-丁烯的异构化相结合。当应用该方法时，工业复分解反应器通常填充有MgO与WO₃/SiO₂的混合物以及在主床上游的MgO预床。

然而，已知的用于丙烯生产的工业复分解催化剂具有其活性随着运转时间而降低(失活)的缺点。焦炭形成是催化剂失活的起因之一。因此，如果在生产周期中催化活性降低到低于一定水平，则催化剂的再生是必要的。再生通常在高达650℃的温度下进行。这样的高温处理另外缩短了催化剂的寿命。因此，高度期望通过减少再生步骤的次数和增加催化剂的寿命来延长周期时间以改善工艺经济性。

因此，本发明的目的是提供一种催化剂床配置，其延长了催化剂寿命而对活性和选择性没有负面影响，并因此在催化剂必须再生之前允许更长的反应器周期。

本发明的这个目的和其他目的通过具有权利要求的特征的催化剂床配置来解决。

因此，提供了一种催化剂床配置，其特别适合于通过复分解进行烯烃转化，包括：至少一个主催化剂床，所述主催化剂床包含a)含有复分解催化剂的至少一种第一催化剂组分，以及b)含有用于双键异构化的催化剂的至少一种第二催化剂组分，其中所述第一催化剂与所述第二催化剂彼此物理地混合；以及设置在所述至少一个主催化剂床上游的至少一个催化剂预床，其包含至少一种碱土金属氧化物。所述催化剂预床特别地位于与主催化剂床紧邻的上游和/或直接位于主催化剂床的上表面上。

根据本发明的催化剂组合物的特征在于，所述至少一个催化剂预床与所述至少一个主催化剂床的质量比为1:2至2.5:1，优选地1:1.5至2.5:1，更优选地1:1至2.5:1，最优选地1:1至2:1。该比例也可以为1:1至1.5:1。应理解，催化剂预床与催化剂主床的比例对于恒定或固定的反应器体积(即对于下文进一步限定的具有恒定长度/直径比的反应器)是有效的。