[发明专利]轻烃脱氢芳构化生产芳烃的方法

说明书

本发明提供了一种轻烃脱氢芳构化生产芳烃的方法，该方法包括以下步骤：1)在脱氢反应条件下，将轻烃物流进行脱氢反应，得到含烯烃的物流；2)在芳构化反应条件下，将含烯烃的物流与芳构化催化剂接触，进行低聚/芳构化反应，得到含有芳烃的物流。本发明打破现有技术使用双功能催化剂的思维定势，通过将脱氢与低聚/芳构化进行分离，使用不同的条件分步骤执行，获得了如下效果：1)可以通过改变脱氢区的条件来独立地控制轻烃转化，以实现最小的失活；2)产物选择性可在低聚/芳构化中独立控制，具有最低的甲烷选择性和逆反应。从而该方法能够获得较高的烷烃转化率、高液体芳烃产率、缓慢的催化剂失活和催化剂易再生。

技术领域

本发明涉及轻烃脱氢芳构化生产芳烃的方法。

背景技术

在页岩气生产中经常发现大量轻质烷烃如乙烷和丙烷。它们是生产烯烃的非常重要的原料。最近公开了将这些轻质烷烃尤其是乙烷转化成高价值产品如化学品或燃料的方法和催化剂。例如，Shell Oil公开了Pt促进的ZSM-5催化剂，用于选择性地将乙烷转化为芳烃。SABIC公开了Ge-ZSM-5作为Pt的载体，其显示出改善的选择性。将轻质烷烃如乙烷转化为液体烃如芳族化合物通常涉及多个主要步骤。首先，乙烷需要被活化脱氢成更具反应性的中间体，例如乙烯。然后，乙烯中间体将在酸性位点低聚并转化成芳族化合物。具体反应流程如下所示：

脱氢通常通过诸如贵金属的脱氢功能来实现，低聚并转化成芳烃则通常在沸石催化剂上实现。因此，双功能催化剂通常用于将乙烷直接转化为芳族化合物。例如，US9861967B2使用Pt/ZSM-5催化剂进行乙烷芳构化。然而，使用诸如Pt的贵金属不仅增加了催化剂的成本，而且还促进了由于氢解而形成低价值的甲烷。这导致较低碳效率。

US8946107B2公开了一种方法，该方法使用Fe作为Pt/ZSM-5催化剂的促进剂，以改善芳烃选择性并减少乙烷芳构化中甲烷的形成。与Pt/ZSM-5催化剂相比，添加各种量的Fe似乎确实显著减少了形成的甲烷量。然而，随着乙烷转化率的显著降低，活性也随之降低。例如，当在ZSM-5上将0.08wt％Fe与0.04wt％Pt共浸渍时，甲烷选择性从38.09％降低至24.24％，同时乙烷转化活性也从60.39％降至50.89％。

此外，上述双功能催化剂的另一个缺点是贵金属如Pt会在高温下烧结，导致催化剂在几小时内显著失活。与通过焦化失活不同，通过烧结引起的失活更难以通过简单方法实现再生，可能必须实施诸如氧氯化以再分散活性金属的极端措施。例如，US7745675B2公开了一种通过氧氯化方法再生废Pt/ZSM-5催化剂的方法，该方法产生高腐蚀性的含氯物质。这样的程序肯定会对反应器/再生器的材料选择产生重大限制并增加资金投入。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术轻烃转化为芳烃过程中存在的芳烃收率低和催化剂容易失活且不易再生的问题，提供一种新的轻烃脱氢芳构化生产芳烃的方法，该方法能够获得较高的芳烃收率，且能够有效解决催化剂容易失活且不易再生的问题，使催化剂的使用寿命大大延长。

本发明的发明人发现，上述使用双功能催化剂的现有技术，由于两种官能团在单一催化剂上共存，因此必须使用对脱氢或低聚/芳构化不理想的条件来平衡这两种主要反应的速率，导致经常获得低于最佳的催化性能。而且，产品选择性不容易调整。与此相对，通过将脱氢与低聚/芳构化进行分离，分步骤执行，可以容易地调节烷烃转化率和选择性，并且无需使用贵金属催化剂，大大降低了催化剂的成本。

本发明提供了一种轻烃脱氢芳构化生产芳烃的方法，该方法包括以下步骤：

1)在脱氢反应条件下，将轻烃物流进行脱氢反应，得到含烯烃的物流；

2)在芳构化反应条件下，将含烯烃的物流与芳构化催化剂接触，进行低聚/芳构化反应，得到含有芳烃的物流。