CN1051902A

CN1051902A - 合成乙苯方法中的催化剂再生方法

Info

Publication number: CN1051902A
Application number: CN89106037A
Authority: CN
Inventors: 李再琮; 瞿铜生; 余益年; 钱婉华; 郭昌琪; 冯蕴颙; 蔡万有; 洪英儿; 胡大俊; 陈秀春
Original assignee: CHEMICAL PLANT GAOQIAO PETROCHEMICAL INDUSTRY Co SHANGHAI CITY
Current assignee: CHEMICAL PLANT GAOQIAO PETROCHEMICAL INDUSTRY Co SHANGHAI CITY
Priority date: 1989-11-11
Filing date: 1989-11-11
Publication date: 1991-06-05

Abstract

一种用于气相乙烯-苯催化烷基化制乙苯方法中的催化剂再生方法。本方法包括了使用可以逐床切换的多段反应器模拟移动床系统；催化剂再生可以实现常压、恒氧量的缓和再生条件，可以实现灵活调节切换、再生时间。从而，可以显著提高催化剂的效率，防止飞温，保护催化剂，节约能耗，操作简便、灵活。

Description

本发明涉及烷基化反应中催化剂再生的方法，进一步说，涉及用AF-5分子筛;由气相乙烯-苯催化烷基化制备乙苯方法中的AF-5分子筛的再生循环使用的方法。

用于乙烯和苯制备乙苯的方法中的催化剂，熟知的是Al Cl₃，但是选用Al Cl₃作为催化剂，反应过程中就不可避免地产生了比较严重的腐蚀、污染问题。无论是对生产设备还是对产生环境都有不良影响，而且，后处理比较复杂，需要碱洗、水洗等处理，再次造成三废等问题。

美国专利4136128中公开了用含有Z SM-35，Z SM-38的硅铝沸石作催化剂制备乙苯的工艺。美国专利4169111中公开了用含有小于0.7%（重量）Na₂O的酸性硅铝沸石作催化剂的制备乙苯方法。日本专利J61126041公开了用铝-硅酸盐晶体在氢存在下的制备乙苯的方法。

美国Mobil公司在其的美国专利3751504，3751506及4107224中公开了气相乙烯-苯硅铝沸石作为催化剂制备乙苯的方法，以及所采用的八床二组的对换反应-再生系统。

在已有技术中，还有，比如中国专利申请号87105054中公开的催化剂，许多至力于改进催化剂及催化剂再生的方法。如果能有效地利用催化剂，提高催化剂效率，延长催化剂使用寿命的话，在工业上可明显地降低制备乙苯方法的成本。但是在上述的已的技术中，制备乙苯的方法基本是采用固定床的方法。例如，Mobil的八床二组对换反应再生系统，也即以四个反应器固定结合成一组，当一组反应时，另一组进行催化剂再生后待用。各组反应器在整个反应周期中基本上是一个固定床。为了延长反应周期，必须在床层建立活性梯度，使最后一段床层具有储备层的效能，为此，必须采用L/D值较高的触媒床层，其后果是整个反应器组压差增大，增加了压缩能耗;为了延长反应周期，同时避免过高的副产物生成率，还必须提高反应温度和反应气的稀释度，这就增加了热能消耗，稀释剂循环能耗和产品分离能耗;为了延长反应周期，若需延缓失活进程，只能在高的反应压力下才能较好实现，同样增加了压缩能耗。

在上述反应条件下，触媒再生困难，需采用较常规更为严酷的再生条件，这就增加了不可靠性和不安全性。

本发明的目的是提供一种提高催化剂效率，催化剂可在缓和条件下再生的，操作稳定、方法连续性好的用于气相乙烯-苯催化烷基化制乙苯方法中的催化剂再生方法。

本发明的目的是提供一种用于气相乙烯-苯催化烷基化制乙苯方法中的催化剂再生方法，使得反应能在切换过程仍能稳定，不间断地，并能高转化及低能耗地安全运行。

本发明的目的是基于下述构思完成的。

建立一个模拟移动床的多段反应器，各反应器相互串联形成连通的体系，其中各反应器可逐个依次从系统中切换出来进行催化剂再生处理后作为最终段再回入系统，同时，系统中的其余反应器仍相互连结形成连通体系进行反应。所述的多段反应器，它包括3个以上反应器，较好地是4至7个反应器，最好地是5个反应器，每一反应器为一个固定床层，反应器之间通过密封防漏性能好的阀门及管道等相连接，组成串联的连贯体系。各反应器按

(触媒一次反应周期)/(反应器数)

的平均时间间隔，逐个从系统中切换下来进行再生，再生后再切入系统作为最终反应床层，周而复始，实行稳定、不间断的连续性操作。

图1 为本发明的模拟移动床示意图。

图2 为本发明的五床串联切换再生的失活形式示意图（假定运转周期的四星期）。

图3 为烧碳TG曲线。

图4 为480℃时0.2%-1.0%氧含量的烧碳TG曲线。

图5 为氧含量烧碳速率关系图。

本发明的各反应器可以是绝热式反应器。

在本发明的模拟移动床多段反应器中，可以切换出一个以上的反应器作为催化剂再生床，较好地是切换出一个反应器作为催化剂再生床。

本发明的气相乙烯-苯催化烷基化制乙苯可以有长周期运转和短周期运转。

如图2所示，假设切换时间隔T（图中T指一个星期），那么，每个反应床催化剂参与反应的时间（也即与反应物料实际接触的时间），从第1床至第4床分别为3T、2T、T（其中4T即为触媒一次（总）反应时间）。由于最终反应段的催化剂始终新鲜并保持高活性，所以，即使最初反应段活性下降至90%以下，乙烯、苯制备乙苯的转化率同样可以保持在99%以上。因而，可以明显延长触媒一次反应周期。同样原因，本发明模拟移动床可采用低压力降床层型式，大大降低系统压力降。

相似地，由于最终床层的失活程度决定于切换间隔时间

（ (触媒一次总反应时间)/(反应床的) ）

从而使延缓失活进程为次要因素，为此，本发明气相乙烯-苯催化烷基化反应可以在较低的压力下进行。类似地，本发明的气相乙烯-苯催化烷基化反应的反应温度也毋需很高。

本发明的气相乙烯-苯催化烷基化制备乙苯方法可以选用AF-5分子筛作为催化剂，其颗粒直径可以是φ1-3毫米，长度2-6毫米。当催化剂因结焦等原因失活后，通过燃烧除焦而使其再生。本发明的催化剂再生条件可以是缓和的。

本发明的催化剂再生时机选择在反应器内乙烯转化率降至90%-98%以下，较好地是，在90%-95%，最好是95%以下。此时，将该段反应器作为最初段反应器从体系中切换出来，也即，对其停止进乙烯和苯，并通入氮气。

本发明的气相乙烯-苯催化烷基化方法中催化剂再生可以在常压下进行，而通常的加压条件对本发明来说不是必须的。可以选择1公斤/平方厘米至3公斤/平方厘米的压力下进行催化剂的再生处理。同样，通常的在催化剂烧焦烧碳的再生处理过程中需要增加氧量的要求对本发明也不是必须的。本发明的催化剂烧焦烧碳处理可以是在恒氧量下进行，通常的含氧量为小于1.2%，较好的是小于1.0%。

本发明的催化剂烧焦烧碳再生处理可以在330℃至600℃的温度下进行，较好地是在450℃至520℃的范围，也即，当将需再生的那段反应器从体系中切换出来后，通入氮气，加热，逐渐升温至上述范围。温度太低的话，烧焦烧碳所需时间就长，而且处理也不完全、温度太高的话，尽管烧焦烧碳加快了，但易破坏催化剂，也易引起操作不稳定，比如飞温，等不良影响。

本发明的烧焦烧碳催化剂再生处理的时间是无特别限定的，通常为4小时以上，较好地为8至48小时，视结焦程度，烧焦烧碳温度而定，还可以将再生时间控制在与切换周期相一致。

按本发明的催化剂再生处理方法处理过的那段反应器，在下次切换再生时，就作为最终段反应器进入反应体系进行反应（如图2所示），此时，该段反应器中的催化剂是高活性的。

本发明的用于气相乙烯-苯催化烷基化制备乙苯方法中的催化剂再生方法的优点是明显的，催化剂的再生切换过程灵活平稳，可合理调节切换周期以适应各种严酷条件，提高催化剂使用效率。逐个单床切换时间对压力降影响小，系统波动小，对后续连续性方法影响就比较小。

本发明的用于气相乙烯-苯催化烷基化制备乙苯方法中的催化剂再生方法的另一个优点是可以采用再生过程时间与切换间隔相一致的短周期操作从而始终保持触媒的高活性并因而可以以最小的触媒装填量实行高产量生产。由此缩短反应停留时间，能进一步降低有害副产物的生成。并且因结焦少、失活小，再生条件更为缓和。

本发明的用于气相乙烯-苯催化烷基化制备乙苯方法中的催化剂再生方法的再一个优点是催化剂再生条件缓和，可实行常压、恒氧含量、恒温的烧焦烧碳方法。对防止飞温，保护触媒活性和保证安全有显著的优越性。

下面结合实施例进一步说明本发明的用于气相乙烯-苯催化剂烷基化制备乙苯方法中的催化剂再生方法。

在下述的实施例中，选用的乙烯为工业级，乙烯含量为95-99%、乙烷含量为0.3-1.2%、甲烷及氢含量为0.7-4.3%，由上海高桥石油化工厂提供;苯为工业级，由上海炼油厂和上海焦化厂提供;

实施例1

在图1所示的反应流程示意图和的反应器中分别装填入312.5公斤固体AF-5分子筛。将苯静止排水后，经苯蒸发器蒸发，并过热形成苯蒸汽，再经输送泵，通过管道2进入Ⅰ段反应器。将乙烯在5公斤/平方厘米压力下送入缓冲罐，经恒压，以重量空速（公斤乙烯/公斤催化剂·小时）1.0小时^-1分别通过管道3.4.5及6送入Ⅰ段反应器、Ⅱ段反应器，Ⅲ段反应器及Ⅳ段反应器。各段反应器的进口温度为380℃，操作压力（表压）为5公斤/平方厘米。送入Ⅰ段反应器的苯与乙烯的摩尔比为14∶1。Ⅰ段反应器的出料通过管道7送入Ⅱ段反应器，Ⅱ段反应器的出料通过管道8送入Ⅲ段反应器，Ⅲ段反应器的出料通过管道9送入Ⅳ段反应器，Ⅳ段反应器的出料通过管道10送入后续精馏流程。结果列于表1。

当测得最初反应段（这里对应的即为Ⅰ段反应器）的乙烯转化率低于95%时，将Ⅰ段反应器切换下来，也即将管道3关闭，将管道7与Ⅱ段反应器脱开，并将管道2接到Ⅱ段反应器。同时，将已经进行过催化剂再生处理的Ⅴ段反应器接在Ⅳ段反应器之后，以Ⅴ段反应器的出料送去后续精馏。对Ⅰ段反应器进行烧焦烧碳催化剂再生处理，以Ⅱ段反应器为最初段反应器的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ及Ⅴ段反应器组成的反应体系的实验结果同表5。

对从反应系统中切换出来的停进了乙烯和苯的Ⅱ段反应器通入氮气，在常压下，通入混合气体（氮气+空气），该混合气体的含氧量小于1.0%逐渐升温，至约420℃时恒温30分钟，燃烧时间约8小时，床层温度最高升至500至510℃，通过气相色谱，测得二氧化碳的含量为零。

经过烧焦烧碳催化剂再生处理的Ⅰ段反应器，在下次切换时，如同上述Ⅴ段反应器作为最终段反应器进入下次反应系统。如此反复循环。

实施例2

对如实施例1进行的五床切换再生制乙苯方法中的催化剂再生方法，还进行了催化剂稳定性及烧焦烧碳特性实验。

催化剂稳定性实验包括催化剂再生前后的比表面积，强度，X射线衍射图谱等测量。强度试验表明催化剂再生前的平均强度为4.5公斤/颗，再生后的平均强度为4.6公斤/颗，变化不超过3%。色谱法测比表面积试验表明催化剂再生前平均为345平方米/克，再生后的平均比表面积为345，无变化。X-射线衍射图谱显示，催化剂再生前后相一致。

烧碳的TG曲线如图3所示，表明失重主要发生在400℃至520℃。烧焦烧碳特性实验还包括480℃温度0.2%、0.4%、1.0%氧含量的烧碳TG试验。如图4所示。不同温度下的不同氧含量下的烧焦碳试验，得到如图5所示的氧含量与烧碳速率关系图。

如上所述，本发明的气相乙烯-苯烷基化制备乙苯方法中的催化剂再生方法可以实现常压，恒氧量等缓和再生条件，可以实现灵活调节切换再生时间。以本发明构思为基础的任何再生条件上变化都应被认为是属本发明的范围，而不只限制于上述的实施例。

Claims

1、一种用于气相乙烯-苯催化烷基化制乙苯方法中的催化剂再生的方法，其特征在于所述的烷基化反应方法包括了使用多段反应器切换再生系统；所述的催化剂再生方法包括对再生床停进乙烯和苯，在1公斤/平方厘米至3公斤/平方厘米压力下通入氮气，通入恒定含氧量的混合气体，逐渐升温在330℃至600℃进行烧焦烧碳处理。

2、按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的催化剂为固体AF-5分子筛。

3、按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的混合气体为氮气与空气的混合气体，含氧量为0.2%至1.2%之间。

4、按权利要求3所述的方法，其特征在于所述的混合气体的含氧量为0.2%至1.0%。

5、按权利要求1所述的方法，其特征在于烧焦烧碳的温度为420℃至550℃。

6、按权利要求5所述的方法，其特征在于烧焦烧碳的温度为480℃至510℃。

7、按权利要求1所述的方法，其特征在于催化剂再生在常压下进行。

8、按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的多段反应器切换再生系统包括3个以上反应器相连接的串联系统，其中各反应器可以逐个依次从系统中切换出来进行催化剂再生后作为最终段反应器再回入反应系统，同时，系统中的其余反应器仍相互连结形成连通体系进行反应。

9、按权利要求8所述的方法，其特征在于所述的多段反应器切换再生系统由5个绝热式反应器构成。

10、按权利要求1、8、9所述的方法，其特征在于从所述的切换再生系统中切换出一个反应器作为催化剂再生床。