CN102040463B

CN102040463B - 乙苯脱氢制苯乙烯的方法

Info

Publication number: CN102040463B
Application number: CN200910201627A
Authority: CN
Inventors: 宋磊; 缪长喜; 陈铜; 朱敏
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2029-10-13
Also published as: CN102040463A

Abstract

本发明涉及一种乙苯脱氢制苯乙烯的方法，主要解决以往技术中存在的低钾催化剂强度不够高、在低水比条件下稳定性差而导致苯乙烯生产不经济的问题。本发明通过采用以乙苯为原料，在乙苯空速0.5～3.0小时^-1、水/乙苯重量比1.0～4.0、反应温度570～645℃，反应压力0～20KPa的条件下，原料与催化剂接触，反应生成苯乙烯，其中所用的催化剂采用在铁-钾-铈-钨-钙催化体系中添加铷化合物和至少一种选自Pm₂O₃、Eu₂O₃、Gd₂O₃或Dy₂O₃的中稀土氧化物制备催化剂的技术方案较好地解决了该问题，可用于乙苯脱氢制苯乙烯的工业生产中。

Description

乙苯脱氢制苯乙烯的方法

技术领域

本发明涉及一种乙苯脱氢制苯乙烯的方法。

背景技术

乙苯脱氢的主反应为C₆H₅-C₂H₅→C₆H₅CH＝CH₂+H₂+124KJ/mol。从热力学上看，降低乙苯分压对平衡有利，因此工业上通常加入水蒸汽，促使反应向产物方向移动。乙苯脱氢生产苯乙烯技术最新发展趋势是降低原材料消耗和提高能效。水的汽化潜热很大，苯乙烯生产过程耗用大量过热水蒸汽作为脱氢介质使得该工艺能耗大、生产成本居高不下。开发适用于等温式固定床中水比低于1.8(重量)的低水比催化剂、从而降低工业装置操作水比成为苯乙烯装置、特别是大型苯乙烯装置的迫切需要。

工业上乙苯脱氢生产苯乙烯普遍采用的是以氧化铁为主要活性组分、氧化钾为主要助催化剂的铁系催化剂，通常钾含量大于15％，但钾在高温水蒸汽冲刷下容易流失与迁移，影响催化剂的自再生能力和稳定性，实现10％左右低钾含量是乙苯脱氢催化剂开发的主流。一般公认钾碱是最有效的抗积炭助剂，低钾催化剂不仅强度不尽人意、而且在低水比下操作表面特别容易积炭，稳定性差，因此必须优化低钾催化剂的性能。

对此，根据迄今为止的有关文献报导，人们已作过很多尝试。欧洲专利0177832报道了在催化剂中加入1.8～5.4％(重量)的氧化镁后，在水比低于2.0(重量)下表现出优良的稳定性能，但该催化剂的钾含量较高。如ZL95111761.0报导了在Fe-K-Cr体系中加入多种金属氧化物和硅溶胶，制得的催化剂适于低水比运行，但含有污染环境、已被淘汰的Cr。开发一种适于低水比条件下使用的低钾催化剂，一直是研究人员努力的方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的低钾催化剂强度不够高、在低水比条件下使用稳定性差而导致苯乙烯生产不经济的问题，提供一种新的乙苯脱氢制苯乙烯的方法。该方法具有催化剂钾含量低、强度好、适于在低水比下运行的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种乙苯脱氢制苯乙烯的方法，以乙苯为原料，在乙苯空速0.5～3.0小时^-1、水/乙苯重量比1.0～4.0、反应温度570～645℃、反应压力0～20KPa的条件下，原料通过催化剂床层与催化剂接触，反应生成苯乙烯；其中所用催化剂以重量百分比计包括以下组份：

(a)65～80％的Fe₂O₃；

(b)4～9％的K₂O；

(c)6～11％的CeO₂；

(d)1～5％的WO₃；

(e)0.5～5％的CaO；

(f)0.5～8％的Rb₂O；

(g)选自Pm₂O₃、Eu₂O₃、Gd₂O₃或Dy₂O₃中的至少一种中稀土氧化物，其用量为0.1～5％；

(h)0～4％的粘结剂，粘结剂选自高岭土、硅藻土或水泥的一种。

上述技术方案中，乙苯空速优选范围为0.8～1.5小时^-1；水/乙苯重量比优选范围为1.0～1.6；反应温度优选范围为580～640℃；反应压力优选范围为0～10KPa；以重量百分比计催化剂中Rb₂O用量更优选范围为2～6％；催化剂中至少一种中稀土氧化物Pm₂O₃、Eu₂O₃、Gd₂O₃或Dy₂O₃的用量优选范围为0.5～5％；催化剂中粘结剂用量优选范围为0；催化剂所用CeO₂的前驱体优选方案为以草酸铈或碳酸铈形式加入。

本发明涉及的催化剂组份所用的原料如下：

Fe₂O₃由氧化铁红和氧化铁黄形式加入；所用K以碳酸钾形式加入；所用W以它的盐或氧化物形式加入；所用Ca以氧化物、氢氧化物或钙盐形式加入；所用Rb以它的盐或氧化物形式加入；其余的元素以氧化物形式加入。在本发明的制备过程中，除催化剂主体成分外还应加入制孔剂，制孔剂可从石墨、聚苯乙烯微球、羧甲基纤维素钠中选择，其加入量为催化剂总重量的2～6％。

本发明所用催化剂的制备方法包括以下步骤：将按配比称量的Fe、K、Ce、W、Ca、Rb及需加入的其它催化剂组份以及制孔剂混合1～2小时后，加入占催化剂原料总重15～35％的脱离子水，再混合0.5～1小时，经挤条、干燥、切粒，于30℃～50℃干燥2～4小时、80℃～120℃干燥2～4小时，然后在200℃～400℃下焙烧2～4小时，再在600℃～900℃下焙烧2～4小时，就可获得成品催化剂。

本发明中催化剂的抗压碎强度按中华人民共和国国家标准GB/T 3635规定的技术要求进行测定。随机抽样焙烧后的成品催化剂，用四分法取其中的50颗，使用QCY-602颗粒强度测定仪测定，单颗催化剂的抗压碎强度按以下公式计算：

Pi＝Fi/L

式中：Pi-单颗催化剂的抗压碎强度，千克/毫米；

Fi-单颗催化剂抗压碎力，千克；

L-单颗催化剂长度，毫米。

催化剂的抗压碎强度以50次测定结果的算术平均值计算。

按上述方法制得的催化剂在等温式固定床中进行活性评价，对乙苯脱氢制苯乙烯催化剂活性评价而言，过程简述如下：

将脱离子水和乙苯分别经计量泵输入预热混合器，预热混合成气态后进入反应器，反应器采用电热丝加热，使之达到预定温度。反应器内径为1″的不锈钢管，内装填100毫升、粒径3毫米的催化剂。由反应器流出的反应物经水冷凝后用气相色谱仪分析其组成。

乙苯转化率、苯乙烯选择性按以下公式计算：

本发明通过在铁-钾-铈-钨-钙催化体系中添加铷化合物和选自中稀土氧化物Pm₂O₃、Eu₂O₃、Gd₂O₃或Dy₂O₃的至少一种，不加粘结剂，所用Ce以草酸铈或碳酸铈而非硝酸铈形式加入，一方面提高了体系的碱性，催化剂内部酸碱更加匹配，有利于保持较高的活性，同时具有良好的抗压碎强度；另一方面用铷化合物代替部分钾化合物，提高了碱金属化合物在乙苯催化脱氢反应过程中的的稳定性，加快了水蒸汽与催化剂表面积炭发生水煤气反应的速率，增强了催化剂的自再生能力。

使用本发明方法在等温式固定床中进行活性评价，在不同的乙苯空速、反应温度和反应压力、较低的水/乙苯重量比条件下评价，乙苯脱氢制苯乙烯的收率可达较高水平，且催化剂有较高的强度，催化剂使用1000小时后催化剂的性能基本不变，取得了较好的节能降耗效果。

下面通过实施例对本发明作进一步阐述。

具体实施方式

【实施例1】

将320.0克氧化铁红、120.0克氧化铁黄、68.0克碳酸钾、80.0克草酸铈、16.0克钨酸铵、8.0克氢氧化钙、17.0克氧化铷、9.0克氧化钷及20.0克羧甲基纤维素钠在捏合机中搅拌1.5小时，加入脱离子水，拌和0.5小时，取出挤条，挤成直径3毫米、长5～8毫米的颗粒，放入烘箱，40℃烘2小时，100℃烘3小时，然后置于马福炉中，于300℃焙烧2小时，850℃焙烧4小时得到成品催化剂。

【实施例2】

按实施例1的方法制备催化剂，所不同的是用370.0克氧化铁红、85.0克氧化铁黄、34.0克碳酸钾、72.4克草酸铈、8.7克氧化钨、35.4克碳酸钙、30.9克碳酸铷、13.0克氧化铕及30.6克石墨。

【实施例3】

按实施例1的方法制备催化剂，所不同的是用300.0克氧化铁红、100.0克氧化铁黄、56.0克碳酸钾、82.0克碳酸铈、25.0克钨酸铵、24.2克氧化钙、31.0克氧化铷、20.0克氧化钆及37.5克聚苯乙烯微球。

【实施例4】

按实施例1的方法制备催化剂，所不同的是用350.0克氧化铁红、100.0克氧化铁黄、48.0克碳酸钾、44.5克草酸铈、30.5克钨酸铵、6.9克氢氧化钙、16.7克碳酸铷、28.6克氧化镝及19.0克石墨。

【实施例5】

按实施例1的方法制备催化剂，所不同的是用330.0克氧化铁红、130.0克氧化铁黄、69.1克碳酸钾、109.9克草酸铈、28.5克钨酸铵、23.1克氧化钙、21.0克氧化铷、5.1克氧化钷及25.0克羧甲基纤维素钠。

【实施例6】

按实施例1的方法制备催化剂，所不同的是用350.0克氧化铁红、95.0克氧化铁黄、75.0克碳酸钾、82.0克碳酸铈、23.5克钨酸铵、50.7克碳酸钙、28.7克碳酸铷、19.1克氧化镝及29.6克聚苯乙烯微球。

【比较例1】

按实施例1的方法制备催化剂，所不同的是不加氧化铷和氧化钷。

【比较例2】

按实施例2的方法制备催化剂，所不同的是加入29.5克水泥，不加氧化铷和氧化铕。

【比较例3】

按实施例1的方法制备催化剂，所不同的是用360.0克氧化铁红、90.0克氧化铁黄、75.0克碳酸钾、78.0克碳酸铈、20.5克钨酸铵、20.3克氧化钙、45.1克氧化铷、12.2克氧化镝、3.0克氧化铜、15.1克水泥及30.3克聚苯乙烯微球。

所得催化剂的重量百分组成如下：

表1 催化剂的重量百分组成

实施例1～6、对比例1～3在常压、乙苯空速1.0小时^-1、620℃、水/乙苯重量比1.5条件下进行活性评价，并测定抗压碎强度，测试结果列于表2。

表2催化剂性能对比

【实施例7～16】

将实施例1在不同反应工艺条件下进行性能考评，结果见表3。

表3 不同反应工艺条件下实施例1的考评结果

实施例1、2、6、比较例1长周期考评结果(以苯乙烯单收表示)见表4。

表4 实施例1、2、6、比较例1长周期考评结果

考评条件：常压、乙苯空速1.0小时^-1、620℃、水/乙苯重量比1.5。

以上实施例说明，在铁-钾-铈-钨-钙催化体系中添加铷化合物和选自中稀土氧化物Pm₂O₃、Eu₂O₃、Gd₂O₃或Dy₂O₃的至少一种，优化了低钾催化剂的性能，该催化剂适于在低水比条件下使用，具有显著的节能效果，可用于低水比条件下乙苯脱氢制苯乙烯的工业生产中。

Claims

1.一种乙苯脱氢制苯乙烯的方法，以乙苯为原料，在乙苯空速0.5～3.0小时^-1、水/乙苯重量比1.0～4.0、反应温度570～645℃、反应压力0～20KPa的条件下，原料通过催化剂床层与催化剂接触，反应生成苯乙烯；其中所用催化剂以重量百分比计包括以下组份：

(a)65～80％的Fe₂O₃；

(b)4～9％的K₂O；

(c)6～11％的CeO₂；

(d)1～5％的WO₃；

(e)0.5～5％的CaO；

(f)0.5～8％的Rb₂O；

催化剂中粘结剂用量为0；CeO₂的前驱体以草酸铈或碳酸铈形式加入。

2.根据权利要求1所述乙苯脱氢制苯乙烯的方法，其特征在于乙苯空速为0.8～1.5小时^-1。

3.根据权利要求1所述乙苯脱氢制苯乙烯的方法，其特征在于水/乙苯重量比为1.0～1.6。

4.根据权利要求1所述乙苯脱氢制苯乙烯的方法，其特征在于反应温度为580～640℃。

5.根据权利要求1所述乙苯脱氢制苯乙烯的方法，其特征在于反应压力为0～10KPa。

6.根据权利要求1所述乙苯脱氢制苯乙烯的方法，其特征在于以重量百分比计，Rb₂O用量为2～6％。

7.根据权利要求1所述乙苯脱氢制苯乙烯的方法，其特征在于以重量百分比计，中稀土氧化物用量为0.5～5％。