由甲烷制備芳族化合物的方法技術

本發明專利技術涉及一種實施吸熱且非均相催化的反應的方法，其中使反應物在惰性換熱顆粒和催化劑顆粒的混合物存在下反應，所述催化劑顆粒定期在非氧化性氣氛下再生，且所需的反應熱通過分離所述惰性換熱顆粒，在加熱區中加熱所述換熱顆粒并將加熱的換熱顆粒返回至反應區中而提供。本發明專利技術方法特別適于在沸石催化劑存在下非氧化性脫氫芳構化C1-C4脂族化合物。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】本專利技術涉及一種實施吸熱且非均相催化的反應的方法，其中在惰性傳熱顆粒與含沸石的催化劑顆粒的混合物存在下實施起始物質的反應，其中將所述催化劑顆粒定期在非氧化性氣氛下再生，且通過分離出惰性傳熱顆粒、將所述傳熱顆粒在傳熱區域中加熱并將加熱的傳熱顆粒再循環至反應區中而引入所需的反應熱。本專利技術方法特別適于在包含沸石的催化劑存在下非氧化性脫氫芳構化C1-C4脂族化合物。在許多吸熱反應中，提供反應所需的能量是一項特別的挑戰。如果反應是間接加熱的，則必需大換熱表面，并且就裝置而言使所述方法復雜化和昂貴。此外，由于較高的溫度，經常在傳熱表面上發生不希望的副反應，例如烴反應中的碳化。該情況尤其也適用于甲烷的非氧化性脫氫芳構化(DHAM)，其是吸熱反應且需要從外部提供熱量。直接引入反應熱的一種可能方式是使用不參與反應的顆粒作為傳熱顆粒，將其任選與催化劑顆粒一起在外部反應器中通過直接與燃燒尾氣接觸或者通過直接燃燒燃料至高于反應溫度的溫度而加熱，隨后將其返回至反應區中。隨后，反應所需的能量通過將所述 惰性傳熱顆粒與催化劑顆粒直接接觸而傳遞。其中使用惰性顆粒以引入反應熱的這類方法是現有技術所已知的。在許多由固體催化的反應中所遇到的另一個問題是所用催化劑失活水平的提高，且后者必須定期再生。因此，在于非氧化性條件下工業實施脫氫芳構化中，發生催化劑的碳化且在較短時間內降低催化劑的活性，從而導致短的生產周期和提高的再生需求。碳化通常與催化劑的壽命縮短有關。催化劑的再生并非是毫無問題的，這是因為首先必需定期恢復初始活性，其次，這必須在大量循環后才可進行以實現經濟的方法。碳質沉積物也對物料平衡或廣率具有不利影響，這是因為轉化成碳質沉積物的各分子在不可再用于形成芳族化合物的所需反應。迄今為止，現有技術中所實現的碳質沉積物選擇性在多數情況下超過20%，基于已反應的脂族化合物。其中通過加熱傳熱顆粒而提供反應熱且催化劑顆粒必須定期再生的方法是已知的。US5, 030, 338描述了一種在沸石、催化劑和惰性顆粒存在下芳構化脂族化合物的方法，其中從反應區中取出失活的催化劑和惰性顆粒的混合物，通過汽提使所述混合物脫除粘附的烴，并將所述汽提的混合物分離成主要包含催化劑顆粒的料流和基本上包含惰性顆粒的第二料流。將主要包含催化劑的料流轉移至再生區中，并借助含氧氣體再生。將主要包含惰性顆粒的第二料流引入燃燒區中；在該燃燒區中，所述惰性顆粒通過在氧氣中燃燒燃料而加熱。反應熱借助催化劑顆粒與惰性顆粒的混合物引入反應區中。US2, 763，596涉及一種在氫氣存在下且在固體催化劑顆粒存在下處理烴的方法，從而提高所述烴的芳香性。為了將所需的反應熱引入反應區中，首先將傳熱顆粒在再生區和反應區中循環，其次在反應區和加熱區中循環。在再生區中，通過借助氧氣使其脫除碳沉積物而釋放熱量以將惰性顆粒和催化劑顆粒再生；在加熱區中，將所述惰性顆粒在燃燒尾氣中加熱。在由現有技術已知的方法中，催化劑顆粒和惰性傳熱顆粒由于必須在反應區、再生區和加熱區中進行多次傳輸操作而經歷苛刻的機械、化學和熱應力，這些將導致催化劑壽命縮短。因此，需要不同于現有技術所已知的那些的經進一步改進的方法以實施由含沸石的催化劑非均相催化的吸熱反應。根據本專利技術，該目的通過一種實施吸熱且非均相催化的反應的方法實現，其包括如下步驟(a)在包含含沸石的催化劑顆粒和惰性傳熱顆粒的混合物存在下在反應區中實施所述反應；(b)使所述催化劑顆粒再生，其包括(bl)將包含催化劑顆粒和任選的惰性傳熱顆粒的混合物轉移至再生區中；(b2)將所述催化劑顆粒和任選的惰性傳熱顆粒在非氧化性氣氛下再生；和(b3)將再生的催化劑顆粒再循環至反應區中；和(c)將熱量引入反應區中，其包括如下步驟(Cl)在步驟(a)和(b)之間、在步驟(b)之中或在步驟(b)之后，將所述惰性傳熱顆粒與催化劑顆粒分離；(c2)將分離出的惰性傳熱顆粒轉移至加熱區中；和(c3)加熱所述惰性傳熱顆粒并將加熱的惰性傳熱顆粒再循環至反應區中。在優選實施方案中，步驟(a)中的反應為在含沸石的催化劑顆粒存在下非氧化性脫氫芳構化C1-C4脂族化合物。在另一優選實施方案中，在步驟(b2)中通過引入包含氫氣的再生氣流而使催化劑顆粒和任選的惰性傳熱顆粒再生。已令人驚訝地發現，在于升氣管中或在熱燃燒尾氣中加熱惰性傳熱顆粒之前，將催化劑顆粒與惰性傳熱顆粒分離并在非氧化性氣氛中再生催化劑顆粒提高了催化劑的壽命。正如專利技術人所發現的那樣，例如在通常在加熱過程中占主導的高于700°C的溫度下，在即使是少量的水存在下的DHAM中，所述含沸石的催化劑的活性也會下降，參見實施例1。這與所述催化劑中所含的沸石結晶度降低有關。使用氧氣或空氣燃燒包含氫原子的燃料如甲烷會形成水蒸汽，其會在通過所述燃燒或者所形成的尾氣的燃燒而加熱所述催化劑顆粒的過程中不可逆地破壞催化劑中所含的沸石。因此，例如如US2008/0249342A1所述，通過在待加熱顆粒的直接存在下，在升氣管中燃燒燃料如甲烷而外部加熱所述催化劑顆粒從而引入用于甲烷脫氫芳構化的反應熱可不可逆地破壞所述催化劑。該問題可通過如下方式克服不通過與燃燒尾氣直接接觸而加熱所述催化劑，而是借助燃燒尾氣加熱無水氣流(例如氮氣或氫氣)，然后通過與該氣流直接接觸而加熱所述催化劑。然而，該方法方案在技術上很復雜(傳熱面積、惰性氣體回路)且昂貴。此外，由于工程限制，例如所用的惰性氣體鼓風機，該方法方案中的總能量消耗高于直接加熱的情況。本專利技術方法具有如下優點催化劑顆粒不與燃燒尾氣直接接觸，且因此不被其中所存在的水破壞。由于催化劑顆粒僅在再生區和反應區之間循環(也不送入加熱區中)且惰性傳熱顆粒或者與催化劑顆粒一起進入再生區中，或者事先將其分離出并轉移至加熱區中，所需的傳輸距離顯著短于現有技術的方法。這對催化劑的操作壽命具有有利影響。在其中催化劑顆粒被碳質材料和/或含碳沉積物的沉積所失活的反應的情況下，通過引入包含氫氣的再生氣流而再生是特別有利的，這是因為在這種情況下，沉積物中所含的碳可再轉化成甲烷并進一步利用，特別是當將甲烷用作步驟(a)的反應中的起始物質時。如果在再生區中將所述惰性傳熱體與催化劑顆粒分離，且當使用包含氫氣的再生氣流時，存在于所述惰性傳熱顆粒上的含碳沉積物也可再轉化回甲烷。非常特別優選其中在再生區中或者隨后將傳熱顆粒與催化劑顆粒彼此分離，并借助包含氫氣的再生氣體實施再生的本專利技術實施方案。在這種情況下，位于這兩種顆粒上的含碳沉積物可轉化成烴。如果反應區之后緊跟著再生區，則催化劑顆粒的傳輸距離將變得非常短，且所用催化劑顆粒上的機械應力將進一步降低。下文將詳細描述本專利技術。就本專利技術而言，“非均相催化”意指所用催化劑的至少一部分，優選全部量的所用催化劑以固體形式存在，且所用起始物質以氣態和/或液態存在。 在本專利技術情況下，“惰性傳熱顆粒”為不對步驟(a)中的反應具有不利影響，優選不參與步驟(a)中所實施的反應且基本用作將熱量從外部引入反應區中的介質作用的顆粒。就本專利技術而言，再生中的非氧化性意指位于所述催化劑上且源于步驟(a)中反應的碳質沉積物就催化劑再生的目的而言，不借助氧化劑如空氣或氧氣轉化成CO和/或CO2,而是還原性移除。特別地，用于步驟(b2)中再生的所述混合物中的氧本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.07.21 EP 10170257.91.一種實施吸熱且非均相催化的反應的方法，其包括如下步驟(a)在包含催化劑顆粒和惰性傳熱顆粒的混合物存在下在反應區中實施所述反應；(b)使所述催化劑顆粒再生，其包括(bl)將包含催化劑顆粒和任選的惰性傳熱顆粒的混合物轉移至再生區中；(b2)將所述催化劑顆粒和任選的惰性傳熱顆粒在非氧化性氣氛下再生；和 (b3)將再生的催化劑顆粒再循環至反應區中；和(c)將熱量引入反應區中，其包括如下步驟(cl)在步驟(a)和(b)之間、在步驟(b)之中或在步驟(b)之后，將所述惰性傳熱顆粒與催化劑顆粒分離；(c2)將分離出的惰性傳熱顆粒轉移至加熱區中；和(c3)加熱所述惰性傳熱顆粒并將加熱的惰性傳熱顆粒再循環至反應區中。2.根據權利要求1的方法，其中所述催化劑顆粒包含沸石。3.根據權利要求1或2的方法，其中步驟(a)中的反應為C1-C4脂族化合物的非氧化性脫氫芳構化。4.根據權利要求1-3中任一項的方法，其中所述再生通過引入包含氫氣的再生氣流而進行。5.根據權利要求1-4中任一項的方法，其中所述惰性傳熱顆粒通過偏析、分級、磁性分離、靜電分離和/或篩分而分離出去。6.根據權利要求1-5中任一項的方法，其中在步驟(b)之中或之后將所述傳熱顆粒分離出去。7.根據權利要求1-6中任一項的方法，其中催化劑顆粒以移動床或流化床的形式存在于反應區中。8.根據權利要求1-7中任一項的方法，其中用于再生所述催化劑的再生區與反應區直接相鄰。9.根據權利要求8的方法，其中反應區和再生區以分成區域的組合流化床形式運行。10.根據權利要求8或9的方法，其中再生區設置于反應區下方，且具有...

【專利技術屬性】
技術研發人員：C·施耐德，S·阿倫茨，K·巴赫曼，J·科埃略楚蘇，T·海德曼，A·E·文廷克，
申請(專利權)人：巴斯夫歐洲公司，
類型：
國別省市：