使烷烃转化为烯烃的方法和催化剂技术

一般而言，可使用包含陶瓷基体和金属催化剂的可再生的、包封的金属氧化物催化剂将烷烃转化为烯烃。可量身定制包封的金属氧化物催化剂以生产各种烯烃，包括乙烯、丁烯和丙烯。此外，包封的金属氧化物催化剂有利地允许再生以及反应物回收，实现有成本效益的且环境友好的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使烷烃转化为烯烃的方法和催化剂 相关申请的交叉引用 本申请要求于2012年5月17日提交的美国临时专利申请第61/648, 185号、标题 为Process and Catalysts for Converting Alkanes to Alkenes (使烧煙转化为烯煙的 方法和催化剂）的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
本专利技术涉及由烷烃生产烯烃的方法和催化剂。更具体地说，本专利技术涉及可再生的 包封的金属氧化物催化剂和利用此类催化剂将烷烃转化为醇随后转化成烯烃的有成本效 益的方法。 低碳烯烃，诸如乙烯、丙烯和丁烯，用于多种应用。例如，乙烯是世界上生产最多的 有机化合物之一，其中大多数乙烯被用于生产环氧乙烷、二氯乙烷和聚乙烯。低碳烯烃可 通过分馏从石油中回收得到，但是，实际需求远远超过了通过这一方法回收得到的低碳烯 烃。因此，大多数低碳烯烃是通过本领域众所周知的能源密集型且昂贵的裂解方法生产得 到的。例如，乙烯的生产通常是在蒸汽的存在下在约700-950°C的温度下通过快速冷却，从 而将大分子烃裂解成较小分子的烃并引入不饱和度。然后，可通过反复压缩和蒸馏方法 从所得的产物混合物中分离出乙烯。蒸汽裂解方法的共同缺点可包括环境问题，如CO 2和 NOx的产生，以及其能源密集的特点，这导致工艺成本高。此外，用于代替蒸汽裂解的替代方 法，包括流化床催化方法，也有其本身的局限性和缺点。 已知其它生产烯烃的方法，例如，醇的酸脱水反应。一般而言，通过烷基卤化物和 金属氢氧化物的反应进行醇的酸脱水反应。但是，此类方法迄今为止在商业上还不具有可 行性。这些方法商业化规模扩大的主要障碍包括催化剂损耗和过度卤化问题，这导致需要 进行昂贵的重结晶操作。 此外，对以商业上可行的方法生产烯烃，并最小化或消除不期望的副产物（包括 高级卤化物（higher halides))的方法的需求仍未得到满足。
技术实现思路
本专利技术涉及由烷烃生产烯烃的方法和催化剂。更具体地说，本专利技术涉及可再生的 包封的金属氧化物催化剂和利用此类催化剂将烷烃转化为醇和/或醚进而转化成烯烃的 有成本效益的方法。 在本专利技术的一个实施方式中，本文所述的包封的金属氧化物催化剂可包括多孔陶 瓷基体和包封于该多孔陶瓷基体中的金属氧化物，其中所述包封的金属氧化物催化剂具有 约10, OOOpsi或更高的抗碎强度。 在本专利技术的一个实施方式中，本文所述的包封的金属氧化物催化剂可包括多孔陶 瓷基体和包封于该多孔陶瓷基体中的金属氧化物，其中所述包封的金属氧化物催化剂具有 约25 %至约85 %的空隙容积。 在本专利技术的另一个实施方式中，本文所述的方法可包括生产粘土、金属盐和水的 团状物（dough);由所述团状物形成颗粒物（pellet);干燥所述颗粒物；煅烧所述颗粒物以 便形成包封的金属氧化物催化剂，所述包封的金属氧化物催化剂包括多孔陶瓷基体和包封 于该多孔陶瓷基体中的金属氧化物；以及用水可混溶的溶剂洗涤所述包封的金属氧化物催 化剂。 在本专利技术的另一个实施方式中，本文所述的方法可以包括在包封的金属氧化物催 化剂的存在下由烷基卤化物生产烯烃，所述包封的金属氧化物催化剂包括多孔陶瓷基体和 包封于该多孔陶瓷基体中的金属催化剂，使得在烯烃的生产中金属催化剂从金属氧化物转 化为金属卤化物；通过在富氧气体中将金属卤化物转化成金属氧化物从而产生包含卤素气 体的流出物（effluent),使所述包封的金属氧化物催化剂再生；从所述流出物中回收至少 90%的卤素气体；将卤素气体与烷烃反应生产第二烷基卤化物；以及由第二烷基卤化物生 产第二烯经。 当阅读下面描述的优选的实施方式时，本专利技术的特征和优势对于本领域技术人员 而言将是显而易见的。 附图简述 下列附图举例说明了本专利技术的某些方面，不应将其视为排外性实施方式。所公开 的主题能够具有如本领域技术人员能够想到的且具有本专利技术公开内容的益处的大量的变 形、改变、组合以及形式和功能上的等同方式。 图1示出了根据本专利技术的某些实施方式的包封的金属氧化物催化剂。 图2是用于根据本专利技术方法的某些实施方式生产烯烃的本专利技术系统的非限制性 实例的示意图。 图3是用于根据本专利技术方法的某些实施方式生产烯烃的本专利技术系统的非限制性 实例的示意图。 图4是用于根据本专利技术方法的某些实施方式生产烯烃的本专利技术系统的非限制实 例的示意图。 专利技术详述 本专利技术涉及由烷烃生产烯烃的方法和催化剂。更具体地说，本专利技术涉及可再生的 包封的金属氧化物催化剂和利用此类催化剂将烷烃转化为醇和/或醚进而转化成烯烃的 有成本效益的方法。 在一些实施方式中，本专利技术提供了在工业规模上生产烯烃的方法，这至少部分是 归因于使催化剂再生的能力、获取和再利用卤素气体的能力、因改进的包封的金属氧化物 催化剂降低了系统材料的成本，以及与其它烯烃生产方法相比降低了所述方法的能量需 求。 在一些实施方式中，本专利技术提供了能够将烷烃转化为醇然后将所述醇转化为烯烃 的包封的金属氧化物催化剂，其中所述包封的金属氧化物催化剂在所述方法中至少大部分 被再生。 本文使用的术语包封的金属氧化物催化剂（encapsulated metal oxide catalyst) 是指如本文所描述的其中分散有被基本上固定的金属催化剂的多孔陶瓷基体。 应注意到，包封的不一定是指个体金属催化剂被多孔陶瓷基体100%封装。如本文所 描述的，在一些实施方式中，本专利技术的包封的金属氧化物催化剂包括至少两种催化组分，例 如，（1)用于将烷基卤化物转化为醇的金属催化剂和（2)用于将醇转化为烯烃的多孔陶瓷 基体。 本文使用的术语金属催化剂是指包封的金属氧化物催化剂的金属化合物。如本 文所描述的，金属催化剂在金属卤化物和金属氧化物形式之间转化。应注意到，金属催化剂 的金属氧化物形式包括化学形式的被氧化的金属，如M0 x、M (OH) x，或它们的任意混合物。此 夕卜，金属化合物可具有多于一种的构型（configuration)，诸如，单独的金属化合物（例如， 单独的Mg(OH) 2)，3-10种金属化合物的簇，和/或多种金属化合物的小颗粒。 图1提供了根据本专利技术的某些实施方式的包封的金属氧化物催化剂的非限制性 说明。一般而言，金属催化剂被设置在粘土小片（clay platelet)之间。陶瓷基体的孔和 粘土小片之间的间隔为气态反应物提供接近金属催化剂的通路。此外，金属催化剂可与粘 土小片有不同程度的结合，例如，完全、基本上或者部分地被粘土小片包围。 在至少一些实施方式中，认为陶瓷基体可有利地用简单的生产方法提供（1)允许 反应物接近金属催化剂的多孔结构，（2)提供独特处理能力的稳健结构，以及（3)简单结 构，从而使包封的金属氧化物催化剂的成本降至最低。 在一些实施方式中，将烷烃转化为烯烃的本专利技术方法在初始化学反应中利用卤素 气体（例如，氯和/或溴），并在后续化学反应中产生相同的卤素气体，由此实现卤素气体的 再获取和再利用。卤素气体的再利用可降低与昂贵的卤素气体相关的总成本，减少工人对 卤化的化学品的处理，并使卤化的废料减至最少。 但是，由于利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：生产包括粘土、金属有机盐和水的团状物；由所述团状物形成多个颗粒物；干燥所述颗粒物；煅烧所述颗粒物以形成多个包封的金属氧化物催化剂，所述包封的金属氧化物催化剂包含多孔陶瓷基体和分散于所述多孔陶瓷基体中的金属催化剂；以及用水可混溶的有机溶剂洗涤所述包封的金属氧化物催化剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.17 US 61/648,1851. 一种方法，包括： 生产包括粘土、金属有机盐和水的团状物； 由所述团状物形成多个颗粒物； 干燥所述颗粒物； 煅烧所述颗粒物以形成多个包封的金属氧化物催化剂，所述包封的金属氧化物催化剂 包含多孔陶瓷基体和分散于所述多孔陶瓷基体中的金属催化剂；以及 用水可混溶的有机溶剂洗涤所述包封的金属氧化物催化剂。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述粘土包括选自由火山灰质材料,高岭土，偏 高岭土，膨润土，矾土，伊利石，蛭石，漂白土，锂蒙脱石，皂石，海泡石，页岩，多水高岭土，浮 石，轻石，蒙脱石，绿泥石粘土，页硅酸盐，云母，以及它们的任意组合组成的组的至少一种。3. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述金属有机盐包括（1)包含至少 一个羧酸根的(；-(：16和（2)任何碱金属、碱性金属或过渡金属的盐。4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述过渡金属是镁或锌。5. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述金属有机盐以如下量存在：金 属有机盐的金属为粘土重量的约5%至约50%。6. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述团状物进一步包括选自由活化 齐U、孔成型剂和它们的任意组合组成的组的至少一种。7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述孔成型剂包括选自由乙二醇，二乙二醇，丙三 醇，乙二醇的低聚物，丙二酸，琥珀酸等或它们的任意组合组成的组的至少一种。8. 根据权利要求6所述的方法，其中所述孔成型剂的存在量为粘土重量的约1%至约 50%。9. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述煅烧包括在含氧气流中加热到 约600°C至约1000°C的温度。10. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述水可混溶的有机溶剂包括选 自由...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐治·米勒，路易莎·金·米勒，百瑞·L·斯塔基，
申请(专利权)人：神杰发展有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US