[发明专利]在由链烷烃生产轻烯烃中用于调节接触状态的催化剂、体系和方法

说明书

本发明涉及用于通过脱氢和复分解由诸如丙烷的链烷烃来生产诸如乙烯的高价值轻烯烃的催化剂、催化剂体系和方法。脱氢和复分解催化剂之间的接触状态可以使用惰性或相对惰性的包覆层或外壳有利地控制，所述包覆层或外壳在催化活性中心或内芯之间提供一定程度的物理分离。已经发现这显著地增加了烯烃选择性(即，减少了不期望的氢化/氢解副反应)而没有明显的链烷烃转化率不足，使得诸如乙烯的所需烯烃的总产率因此显著地增加。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年2月5日提交的美国临时申请案第62/626,219号的优先权，其内容通过引用方式整体并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于将链烷烃(例如丙烷)转化成相对于该链烷烃具有不同碳数的至少两种烯烃(例如，乙烯和丁烯)的包覆型脱氢催化剂、包覆型烯烃复分解催化剂、包括这些催化剂中的一种或两种的催化剂体系，以及脱氢和烯烃复分解方法。

背景技术

考虑到各行业用的塑料袋、薄膜、瓶子等中所用的主要成品聚乙烯的预期增长，目前全球乙烯需求量很高且预期会增加。由乙烯制成的中间产物包括：环氧乙烷和乙二醇，其用于生产用于PET纤维的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂；以及二氯乙烯，其用于生产在建筑和管道中使用的聚氯乙烯(PVC)塑料。预期这些中间体和其他乙烯基中间体的不断增加的应用将进一步增加对乙烯的需求。例如，由环氧乙烷生产纺织纤维正显著增长，特别是在亚太地区。同样，环氧乙烷的生产商已经能够从全球不断增长的用PET瓶和容器替代玻璃的趋势中获益。总的来说，全球乙烯市场被认为分为高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)成品，以及主要用于生产塑料制品的上述中间体。

目前，乙烯生产的主要途径是蒸汽裂解链烷烃，链烷烃的主要来源从原油精炼获得，特别是轻柴油，包括液化石油气(LPG)，以及石脑油。然而，蒸汽裂解涉及非常复杂的反应和气体回收体系的组合。在蒸汽存在下，在有效条件下将原料送入热裂解区以产生热解反应器流出气体混合物。然后将混合物稳定并通过一系列低温和常规分馏步骤分离成纯化组分。通常，产物乙烯作为低沸点馏分(例如塔顶流)从乙烯/乙烷分离塔回收，该分离塔需要大量理论级数，因为被分离的乙烯和乙烷具有相似的相对挥发性。在US6,858，133、US 7,087,155和US 7,375,257中描述了烃原料中烯烃的裂解，从而通过在炼油厂和蒸汽裂解单元中获得的C₄混合物生产这些轻烯烃。乙烯的其他重要来源包括一般以汽油生产为目标的流化催化裂化(FCC)和重油流化催化裂化(RFCC)的副产物。FCC在例如US 4,288,688中和其他地方进行了描述。

可以使用复分解或歧化C₄和重烯烃的的已知方法来提高通过蒸汽裂解和其他方法获得的乙烯和其他轻烯烃的产率。复分解也可以在沸石催化剂的存在下与单独的裂化步骤组合，例如US 5,026,935和US5,026,936中所述。轻烯烃，即可用于通过复分解和/或裂化产生乙烯的丙烯和丁烯，也可通过专门的链烷烃脱氢方法生产，如US 3,978,150中和其他地方所述。然而，丙烷脱氢装置的资金成本惊人，一般仅在大规模丙烯生产单元(例如，通常250,000吨/年或更多)的情况下才是合理的。维持该容量所需的丙烷原料的大量供应通常可从来自气厂来源的富含丙烷的液化石油气(LPG)流中获得。US 3,445,541中描述了通过脱氢和歧化反应步骤的组合直接由链烷烃生产轻烯烃。旨在生产轻烯烃的其他方法包括高强度催化裂化石脑油及其他烃馏分。在US 6,867,341中描述了具有商业价值的催化石脑油裂化方法。