氧化物转化为烃的方法和在其中使用的组合物技术

一种氧化物转化为烃的方法，包括使含氧化物的给料流与包含微孔材料的催化剂在氧化转化条件下相接触，所述催化剂包含具有晶体内中孔结构的结晶微孔材料。本发明专利技术还包括一种上述方法中使用的组合物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氧化物(oxygenates)转化为烃的方法。尤其是，涉及一种使用基于微孔材料的催化剂的氧化转化。
技术介绍
有机分子在催化剂上发生转变的许多工业生产方法中，所述催化剂基于微孔材料如沸石、铝磷酸盐(AlPO)或硅铝磷酸盐(SAPO)，由于形成焦炭而导致的催化剂失活是一个很严重的问题。这些工业方法的例子有烃的裂解、烃的烷基化和氧化物转化为烃。现有的减少这种失活效应的技术都会影响到微孔材料的催化性能。为了改善性能，如产量、选择性、活性或稳定性，在用作催化剂时，通常用催化活性物质、促进剂或稳定剂来改性微孔材料。例如在氢化裂解催化剂中向Y沸石里添加镍、钨、钯，或者在甲醇转化为乙烯和丙烯时在硅铝磷酸盐中添加镍。众所周知甲醇转化烯烃(MTO)和甲醇转化汽油(MTG)是使用基于微孔材料的催化剂的氧化转化方法。在这些方法中，甲醇转化成烃分子。在甲醇转化烯烃方法中，参见美国专利US4499327，所期望的产品为乙烯、丙烯和丁烯之类的烯烃。如果该方法为了获得丙烯，有时称之为甲醇转化丙烯(MTP)。这些方法中所用的催化剂通常基于H-ZSM-5沸石或SAPO-34。该方法参见于美国专利US6518475。在甲醇转化汽油方法中，参见美国专利US3894104，甲醇转化为汽油。H-ZSM-5基的催化剂在这里是优选的。上述与甲醇转化相关的方法称之为TIGAS。该方法的进一步描述见于美国专利US4481305和US4520216，该方法将源于合成气的二甲醚(DME)与甲醇的合成同甲醇和二甲醚(DME)向汽油的转化相结合，由此获得了可以直接由合成气合成燃料的方法。TIGAS、MTG、MTO和MTP方法经济与否主要取决于生产燃料产品的沸石基催化剂的稳定与否。因此抑制催化剂的失活对于这些方法来说至关重要。失活率取决于反应物和产物的本质、反应条件和催化剂成份。产生焦炭而失活的催化剂通常可以在含氧气流(典型的有空气或稀释空气)中加热得到再生，该过程烧掉焦炭以恢复微孔催化剂的活性。更常见的，失活来得如此之快以致于微孔催化剂不得不在化工厂的操作中连续的更新。这种情况下，流化床反应器通常是优选的，这是因为在该反应器中回收一部分催化剂用以再生，然后再将其引入到反应器内是一个相对简单的过程。如果失活来得比较慢，可以使用两个或多个平行的固定床反应器。反应时反应器之一用于再生而其他用于反应。另一种可选方案是暂时关掉设备并再生催化剂。这两种方案都需要确定催化剂多久就要更新一次。其时间间隔，即周期长度，取决于在给料转化过程中催化剂能持续反应而没有显著损失的时间。描述于Rothaemel，M.等(ERTC石油化学大会，2003年3月，巴黎)的MTP方法，在此引作参考，其周期长度大约为700小时。水可以加入到给料中以改善反应表现。再生通常会导致催化剂的表现劣化，因为再生经常是不完全的，并会破坏催化剂。此外，失活必然和反应中的碳损失联系在一起，这就意味着更低的产量。最后，再生催化剂的需要是一个重要的成本因素，因为它使反应效率更低下并且总是要求额外安装需要大量投资的设备。基于这些原因，尽可能多地抑制焦化引起的催化剂失活是所期望的。一种常规的抑制焦炭形成的策略是改变反应条件。例如，由于氢化裂解过程中氢的存在，氢化裂解催化剂比FCC催化剂有更长的寿命(前者大于一年，后者大约为1分钟)。美国专利US4520216公开了在TIGAS方法中可通过调节反应参数降低催化剂的失活效应。另一种避免焦炭形成的策略是改变催化剂特性。例如，基于脱铝的铝硅酸盐的催化剂通常在烃转化过程中有更长的寿命。但是，脱铝后会显著影响催化剂的特性(活性/选择性)，因为活性酸点的数量和平均活性都降低了。有时不同微孔结构的催化剂的使用有可能避免焦炭形成，但是这种途经也会改变催化剂的催化特性，对方法设计会有主要影响。催化剂的催化特性与失活性之间的联系是催化剂和方法设计中的问题，并且这种联系总是导致在失活性和催化特性之间的折中。因此，强烈需要一种氧化转化方法，该方法在不改变其他催化性质的情况下抑制了由于焦炭形成而导致的基于微孔材料的催化剂失活。
技术实现思路
本专利技术的目的在于获得一种氧化物转化为烃的方法，该方法中的焦炭形成被抑制，过程的周期长度显著地延长。本专利技术涉及一种在氧化转化条件下，将含有氧化物的给料流与包含微孔材料的催化剂接触，而将氧化物转化为烃的方法，其中催化剂包含具有晶体内中孔结构的结晶微孔材料。本专利技术还涉及一种用于该氧化转化方法的组合物，该组合物包括含氧化物的给料流和包含微孔材料的催化剂，其中催化剂含有具有晶体内中孔结构的结晶微孔材料。该氧化转化方法的反应周期长度显著地延长了，而产品组成与使用微孔催化剂的常规方法大致相同。专利技术详述本专利技术中所用的术语“微孔材料”包括具有晶体结构的材料，其晶体结构中存在分子尺度的(3-20埃)孔隙。这些材料包括分子筛、沸石、铝硅酸盐、硅铝磷酸盐、铝磷酸盐和本领域熟练技术人员所知的类似材料。本专利技术所用的术语“微孔催化剂”包括具有对获得所需产品必需的微孔材料的任何催化剂制剂。本专利技术所用术语“中孔材料”包括任何结晶微孔材料，其中引入了范围在2-50nm的晶体内中孔。本专利技术所用术语“中孔催化剂”包括用作微孔催化剂的任何催化剂制剂，其中用中孔材料替代微孔材料。本专利技术所用术语“含氧化物的给料流”包括任何含碳氧化物的反应流。所述氧化物的例子有甲醇和二甲醚或这两种化合物的混合物，其他含碳、氢和氧的氧化物也可以用。在本专利技术方法中，含氧化物的给料流与催化剂在适合获得所需产品的条件下于反应器中接触。给料可以是气体、液体或其混合的形式。反应器可以是固定床反应器、流动床反应器、喷淋床反应器或任何其他类型的反应器。本专利技术所用的催化剂包括所有早先定义的中孔催化剂。本专利技术方法由于使用了中孔催化剂，反应周期长度明显延长，并且没有显著的产量和产品收率的降低。用于中孔催化剂的中孔材料其制备可参见美国专利申请US2001/0003117和US2002/0034471，该两个申请在此引作参考。为了表明本专利技术方法的改进效果，测量平均每小时每克催化剂量的氧化物转化率，作为给定反应条件下相对周期长度的函数。相对周期长度(RCL)是反应周期长度和一个参考时间的比率。周期长度和由此得到的相对周期长度是反应参数，可以通过反应操作者来选择。典型的，一个氧化物转化为烃的反应周期长度选定为当料流中的氧化物转化降低到初始值的95％所需的时间(参见例如Rothaemel等ERTC石油化学大会，2003年3月，巴黎)。方便起见，在给定条件下使用微孔催化剂作为参考时间对周期长度定义。这是个有用的定义，因为一个使用微孔催化剂的方法中，平均每小时每克催化剂量的氧化物转化率在一个相对周期长度时开始降低。本专利技术中，平均每小时每克催化剂量的氧化物转化率不会在一个相对反应周期时开始降低，而是在明显大于一个相对周期的时间才开始降低。这就意味着本专利技术方法和使用微孔催化剂的方法比较，可以通过操作者选择显著延长的反应周期，同时不发生氧化物转化的损失。这将在实施例中进一步说明。氧化物转化为烃的常用催化剂为微孔ZSM-5沸石。微孔催化剂的催化性能由晶体结构结合酸性点的数量和强度来确定。通过减少催化剂中酸性点的数量和强度，或者改变反应条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化物转化为烃的方法，包括使含氧化物的给料流与包含微孔材料的催化剂在氧化转化条件下相接触，所述催化剂包含具有晶体内中孔结构的结晶微孔材料。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：TVW扬森斯，S达尔，CH克里斯滕森，
申请(专利权)人：赫多特普索化工设备公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]