專利名稱：液相烷基化系統的制作方法
技術領域：
本發明的實施方式一般性涉及芳香族化合物的烷基化。
背景技術：
垸基化反應一般涉及使第一芳香族化合物與烷基化催化劑接觸，形成第二芳香 族化合物。雖然在烷基化過程中可以采用各種相條件，而液相條件能夠使烷基化反 應器產生的不希望的副產物的產量最小。不幸的是，液相反應系統在催化劑再生和 維護方面的選擇一般是有限的。例如，當垸基化系統與脫氫過程聯用時，該烷基化 系統的維護因脫氫系統的維護時間周期(如，每三年維護一次)而受到限制。
不幸的是，垸基化催化劑體系通常經歷失活，需要再生或替換。此外，垸基化 工藝一般需要定期維護。這兩種情況一般都會影響液相垸基化過程。
因此，需要開發一種能降低催化劑消耗，同時適合以對生產的影響最小進行常 規維護的烷基化系統。
發明概述
本發明的實施方式一般包括烷基化系統以及垸基化和再生的方法。例如，本發 明的實施方式一般包括烷基化系統，該垸基化系統包括多個反應容器，各反應容器 適合接受接受烷基化輸入物流的至少一部分，并使該部分烷基化輸入物流與垸基化 催化劑接觸，形成第二芳香族化合物，所述反應容器適合于液相烷基化。輸入物流 一般包括第一芳香族化合物，.第二輸入物流一般包括第二芳香族化合物。
在另一個實施方式中，烷基化系統包括適合在液相條件下對多個輸入物流同時 進行垸基化的垸基化系統，其中，輸入物流包括芳香族化合物。
另一個實施方式一般包括垸基化方法。該垸基化方法一般包括使多個輸入物流 與設置在烷基化系統中的烷基化催化劑接觸，形成輸出物流，其中，輸入物流包括 第一芳香族化合物和垸基化劑，輸出物流包括第二芳香族化合物，第一芳香族化合 物保留在整個烷基化系統的液相中。
本發明的實施方式還包括再生方法。該再生方法一般包括對第一垸基化催化劑 進行再生，其中，將第一垸基化催化劑設置在垸基化系統中，然后進行再生，同時 使輸入物流與第二垸基化催化劑接觸，在垸基化系統內形成輸出物流，所述反應在 液相中進行。
附圖簡述
圖1示出烷基化/烷基轉移過程。.
圖2示出烷基化過程的一個實施方式。
圖3示出垸基化反應容器的一個實施方式。
發明詳述 導言和定義
現在將提供詳細說明。所附權利要求書中的每一項限定了一個獨立的發 明，對于侵權目的來說，它們被認為包括權利要求中指定的各種要素或限定的 等同物。根據上下文，以下"本發明"涉及的所有內容在某些情況下僅僅是一 些特定的實施方式。在其它情況中，應認識到"本發明"涉及的內容是指在一 個或多個(但不一定是全部)權利要求中提及的主題。以下將更詳細地描述本發. 明的各方面，包括具體實施方式
、形式和實施例，但是本發明不受限于這些實 施方式、形式或實施例，包含它們是為了使本領域的普通技術人員在結合該專 利中的信息與可獲得的信息和技術時能夠實施和使用本發明。
文中所用的各種術語如下所示。對于下文中沒有定義的權利要求中使用的
術語的范圍，應認為是相關領域的技術人員根據印刷出版物和授權專利就該術
語給出的最廣定義。此外，除非另有指示，文中所述的所有化合物可以是取代
或未取代的，所列的化合物包括其衍生物。
術語"活性"表示在一組標準條件下單位重量的所用催化劑在每小時反應過程 中產生產物的重量(如，克產物/克催化劑/小時)。
術語"轉化率"表示進料轉化的百分率。
術語"失活的催化劑"表示失去足夠的催化劑活性，因而對特定過程不再有效 的催化劑。
術語"再循環"表示將系統的輸出物作為輸入物返回工藝內的相同系統或不詞 系統。輸出物可以以本領域技術人員已知的任何方式再循環至系統，例如，通過將 輸出物與輸入物流合并或者直接將輸出物輸入該系統。此外，可以以本領域技術人 員已知的任何方式將多個輸入物流輸入系統。
術語"再生的催化劑"表示恢復足夠活性能對特定過程有效的催化劑。這種效 率由獨立的工藝參數決定。
術語"再生"表示在催化劑的活性達到不能接受的水平后使催化劑恢復活性和 /或使催化劑可以再使用的方法。這種再生的例子可包括例如使蒸汽通過催化劑床 或者燒盡碳殘留物。
本發明的實施方式一般涉及包括多個反應容器的垸基化系統，該反應容器適合 對第一芳香族化合物進行液相烷基化，以形成第二芳香族化合物。
圖1示出烷基化/烷基轉移工藝100的實施方式的流程框圖。該工藝100 —般 包括向垸基化系統104供應輸入物流102 。烷基化系統104 —般適合于使輸入物 流102與垸基化催化劑接觸，形成垸基化輸出物流106。
將垸基化輸出物流106的至少一部分通入第一分離系統108。塔頂餾分一般通 過管線110從第一分離系統108回收，同時至少一部分的塔底餾分從管線U2通過， 至第二分離系統114。
塔頂餾分一般通過管線116從第二分離系統114回收，同時至少一部分的塔底 餾分從管線118通過，至第三分離系統115。塔底餾分一般通過管線119從第三分 離系統115回收，同時至少一部分的塔頂餾分從管線120通過，至烷基轉移系統 121。除了塔頂餾分120夕卜，另外的輸入物如另外的芳香族化合物可以通過管線122 供給烷基轉移系統121，與垸基轉移催化劑接觸，形成垸基轉移輸出物124。
雖然本文中未示出，但該過程物流可以根據單元優化進行改進，只要所述改進 遵守由權利要求書限定的本發明的精神即可。例如，塔頂餾分的至少一部分作為輸 入物再循環到該過程中的任何其他系統。此外，在本文所述的整個過程中可以使用 另外的工藝設備如熱交換器，這種設置為本領域技術人員公知。
此外，雖然下面按照主要組分進行描述，但是下面指出的物流可以包括為本領 域技術人員已知的任何其他的組分。
輸入物流102 —般包括芳香族化合物和垸基化劑。所述芳香族化合物可以包括 取代的或未取代的芳香族化合物。如果芳香族化合物上存在取代基，則這些取代基 獨立地選自以下烷基、芳基、烷芳基、垸氧基、芳氧基、環烷基、卣化物和/或
不會影響垸基化反應的其他基團。取代的芳香族化合物的例子一般包括甲苯、二
甲苯、異丙苯、正丙苯、a-甲基萘、乙苯、1，3,5-三甲基苯、均四甲苯、甲基'異丙 基苯、丁苯、1,2,4-三甲基苯、鄰-二乙基苯、間-二乙基苯、對-二乙基苯、異戊基 苯、異己基苯、五乙基苯、五甲基苯、1,2，3,4-四乙基苯、1，2,3,5-四甲基苯、1,2,4-三乙基苯、1，2，3-三甲基苯、間-丁基甲苯、對-丁基甲苯、3,5-二乙基甲苯、鄰-乙基 甲苯、對-乙基甲苯、間-丙基甲苯、4-乙基-間-二甲苯、二甲基萘、乙基萘、2,3-二甲基蒽、9-乙基蒽、2-甲基蒽、鄰-甲基蒽、9,10-二甲基菲和3-甲基-菲。芳香族 化合物的另一些例子包括己基苯、壬基苯、十二垸基苯、十五烷基苯、己基甲苯、 壬基甲苯、十二垸基甲苯和十五垸基甲苯。在另一個實施方式中，芳香族化合物包 括如苯、萘、蒽、并四苯、茈、暈苯和菲那樣的烴類。
垸基化劑可以包括烯烴(如，乙烯、丙烯、丁烯和戊烯)、醇(如，甲醇、乙醇、 丙醇、丁醇和戊醇)、醛(如，甲醛、乙醛、丙醛、丁醛和正戊醛)和/或烷基卣化物 (如，氯代甲烷、氯乙垸、氯丙垸、氯丁垸和氯戊烷)。 一個實施方式中，烷基化劑 包括低級烯烴的混合物，例如，乙烯、丙烯、丁烯和/或戊烯的混合物。
除了芳香族化合物和烷基化劑外，輸入物流102還可以包含少量的其他化合物 (如，有時稱作毒物或非活性化合物)，如C7脂族化合物和/或非芳香族化合物。在 一個實施方式中，輸入物流102包含小于約3%，例如小于約1%的這類化合物。
烷基化系統104 —般包括多個多級反應容器，圖2示出這種系統的一個實施方 式。在一個實施方式中，多個多級反應容器包括多個以可操作方式相連的催化劑床， 如含烷基化催化劑(未示出)的床。這種反應容器通常是液相反應器，能夠在足以保 持液相中的烷基化反應的反應器溫度和壓力下操作，即芳香族化合物處于液相中。 該反應器溫度和壓力一般由獨立的工藝參數決定。例如，反應容器溫度約為 300-650°F，或約400-520。F。反應容器壓力可以低于或等于約3000 psig，例如低于 或等于約1000 psig。
在一個實施方式中，以垸基化劑的進料為基準，烷基化系統104內的反應容器 的空速約為10液體/小時空速(LHSV)至約200LHSV，或約為50-100 LHSV，或約 65-85 LHSV。
垸基化輸出物106 —般包括例如第二芳香族化合物。，
第一分離系統108可以包括本領域技術人員已知用來分離芳香族化合物的任 何工藝或工藝的組合。例如，第一分離系統108可以包括一個或多個串聯或并聯的 蒸餾塔(未示出)。塔的數量取決于從中通過的烷基化輸出物106的體積。
來自第一分離系統108的塔頂餾分IIO通常包含第一芳香族化合物。
第二分離系統114可以包括為本領域技術人員已知的任何工藝，例如， 一個或 多個串聯或并聯的蒸餾塔(未示出)。
來自第二分離系統114的塔頂餾分116通常包含第二芳香族化合物，如乙苯， 可以回收乙苯并用于任何適當的目的，例如制備苯乙烯。'
來自第二分離系統114的塔底餾分118通常包含重質芳香族化合物，如聚乙苯、 異丙苯和/或丁基苯。
第三分離系統115—般包括包括為本領域技術人員已知的任何工藝，例如，一 個或多個串聯或并聯的蒸餾塔(未示出)。
在特定的實施方式中，來自第三分離系統115的塔頂餾分120可以包含例如二 乙基苯和液相三乙基苯。塔底餾分119(如重組分)可以從第三分離系統115回收， 進行進一步處理和回收(未示出)。
烷基轉移系統121通常包括一個或多個其中放置了烷基轉移催化劑的反應容 器。所述反應容器可以包括本領域技術人員已知的任何反應容器、反應容器的組合 和/或許多反應容器(并聯或串聯)。
垸基轉移輸出物124 —般包含例如第二芳香族化合物。
在一個實施方式中，烷基轉移系統121可以在液相條件下操作。例如，烷基轉 移系統121可以在約65-29(TC的溫度以及小于或等于600psig的壓力下操作。另一 個實施方式中，烷基轉移系統121例如在氣相條件下操作。
烷基轉移催化劑一般包括分子篩催化劑，如沸石Y催化劑。
在特定的實施方式中，輸入物流102包含苯和乙烯。可以從各種來源，如新鮮 苯源和/或各種再循環源供給苯。如本文中所用，術語"新鮮苯源"指包含例如至 少約95重量％的苯，至少約98重量％的苯或至少約99重量％的苯的來源。如本 文中所用，術語"再循環"表示將一個系統如烷基化系統和/或脫氫系統的輸出物 作為輸入物返回到相同系統或同過程的另一個系統中。在一個實施方式中，輸入物 流102中苯與乙烯的摩爾比約為1:1至約30:1，或約1:1至約20:1，或約5:1至約 15:1。
在特定的實施方式中，苯通過管線110回收，并作為輸入物再循環(未示出)至 垸基化系統104，同時乙苯和/或多烷基化苯通過管線112回收。
垸基化系統104 —般包括烷基化催化劑。輸入物流如苯/乙烯在烷基化反應期 間與垸基化催化劑接觸，形成烷基化產物，如乙苯。在一個實施方式中，烷基化催
化劑是與烷基轉移催化劑相同或不同的分子篩催化劑。例如，垸基化催化劑可以是 卩沸石或者Y沸石催化劑。
(3沸石的氧化硅與氧化鋁的摩爾比(以SKVAl203表示)約為10-200，或約20-50。 在一個實施方式中，P沸石具有低的鈉含量，如小于約0.2重量。/。(按Na2O計)，或 小于約0.02重量％。通過本領域技術人員已知的任何方法，例如通過離子交換， 可以降低鈉含量。在美國專利3,308,069和4，642，226中進一步描述了(3沸石的形成， 這兩篇專利通過參考結合于本文。在美國專利4，185，040中描述了 Y沸石的形成， 該專利通過參考結合于本文。
遺憾的是，垸基化催化劑體系一般會失活，需要進行再生或替換。另外，烷基 化工藝一般需要定期維護。這兩種情況都對液相烷基化工藝產生影響。
然而，本發明的實施方式提供的方法中，可以在催化劑再生和維護期間實現連 續生產。例如， 一個反應器停工對催化劑進行可能的清除和再生，而保留的反應器 保持在線生產。進行清除的時間點將取決于特定的系統條件，但是一般是預定的點 (如，催化劑的生產率或時間)。
從反應器取出催化劑進行再生時，可以替換催化劑并使反應器在運行中，同時 對去除的/失活的催化劑進行再生。在這種實施方式中，替換催化劑的成本較高， 因此，這種催化劑在進行再生之前應具有長的壽命。本發明的實施方式出乎意料地 提供了一種生產壽命超過常規分子篩催化劑的催化劑，尤其在用于"變換式反應器 (swing reactor)"系統時。
此外，通過在這種系統中使用(3鈰催化劑，可以使催化劑的再生性得到意想不 到的提高。使用變換式反應器時常規催化劑一般會增加催化劑成本。然而，我們出 乎意料地發現(5鈰催化劑可以再生至其失活前的至少大部分活性的水平。這種未預 料到的再生效果提高了催化劑活性，并且/或者延長了再生和/或替換催化劑之間的 運行時間。此外，觀察到由鈰催化劑中的鋁和鈰的量可以使催化劑毒物的選擇性達 到最佳。
因此，本發明的特定實施方式一般使用鈰促進的沸石催化劑作為烷基化催化 劑。在一個實施方式中，鈰促進的沸石催化劑是鈰促進的(3沸石催化劑。鈰促進的 沸石P(如，(5鈰)催化劑可以由本領域技術人員已知的任何沸石催化劑形成。例如， P鈰催化劑可以包括通過包含鈰進行改性的(3沸石。可以采用用鈽對P沸石催化劑進 行改性的任何方法。例如，在一個實施方式中，P沸石可以通過以下方式形成以 中等速度攪拌包含垸基金屬鹵化物和有機模板劑(templating agent)的反應混合物足
夠的時間，使反應混合物結晶，并形成(3沸石(如，通過約1天至幾個月的水熱煮解)。 垸基金屬鹵化物可以包括氧化硅、氧化鋁、鈉或另一種垸基金屬氧化物。水熱煮 解可以在略低于大氣壓下水的沸點的溫度至約17(TC，在大于或等于所處溫度下的 水蒸汽壓的壓力下進行。
需要對系統中的任何催化劑進行再生時，盡管再生可以包括本領域技術人員已 知的任何再生過程，但再生過程一般包括在高溫對失活的催化劑進行處理。如前面 討論的，催化劑可以在反應器中進行再生，或從反應器中取出進行再生。這種再生 為本領域技術人員已知。但是，在下面描述了在線再生的非限制性的說明實施方式。
使反應器離線后，可以立刻將設置在反應器中的催化劑清除。通過使離線反應 器中的催化劑與吹掃氣流接觸，對沒有物流的反應器進行吹掃，吹掃氣流可包括任 何合適的惰性氣體(如，氮氣)。對沒有物流的反應器進行吹掃的條件一般由獨立的 過程參數決定，并且是本領域技術人員公知的。
然后，催化劑可以進行再生。再生條件是能使催化劑至少部分有效再活化的任 何條件，這些條件為本領域技術人員公知。例如，再生可以包括加熱烷基化催化劑
至某一溫度或一系列溫度，如再生溫度比吹掃或烷基化反應溫度高約50-200°C。
在一個特定的非限制性實施方式中，用含氮和約2%氧的氣體加熱烷基化催化 劑至第一溫度(如，700°F)，保持足夠的時間，使輸出物流的氧含量約為0.5%。然 后，加熱烷基化催化劑至第二溫度，保持足夠的時間，使輸出物流的氧含量約為 2.0%。第二溫度比第一溫度例如約高50。F。第二溫度一般低于或等于約950°F。催 化劑還可以在第二溫度，或在高于第二溫度的第三溫度下再保持一定的時間。 催化劑再生后，將反應器準備好投入生產線進行連續生產。 圖2示出垸基化系統200的一個實施方式。烷基化系統200 —般包括多個烷基 化反應器，如兩個平行操作的烷基化反應器202和204(如變換式反應器)。 一個或 兩個垸基化反應器202和204可以是相同類型的反應容器，或者在一些實施方式中 可以是不同類型的反應容器，將這兩個反應器同時投入生產線，使兩個反應器同時 處于運行中。例如，只有一個烷基化反應器在線，而另一個進行維護，如進行催化 劑再生。在一個實施方式中，烷基化系統200設計為使輸入物流等分，向每個烷基 化反應器202和204供給大致相同的進料。但是，這種流速將由各獨自的系統控制。 這種運行方式(如，變換式反應器)可能涉及獨立的各反應器以相對較低的空速 運行延長的時間周期，在一個反應器離線時以提高的相對較大的空速運行相對較短 的時間。例如，在系統200的正常運行期間，兩個反應器202和204都在線，將輸
入物流206供給每個反應器(如，通過管線208和210)，提供降低的空速。當一個 反應物離線，進料速度保持不降低時，留在生產線中的反應器的空速大致翻倍。
在一個特定實施方式中，多個垸基化反應器中的一個或多個可以包括多個互連 的催化劑床。多個催化劑床可包括2-15個床，或5-10個床，在特定實施方式中 例如為5個或8個催化劑床。
圖3示出垸基化反應器302的非限制性實施方式。烷基化反應器302包括 五個串聯的催化劑床，標為床A, B, C, D禾QE。將輸入物流304(如，苯/乙烯) 引入反應器302，從各催化劑床通過，與烷基化催化劑接觸，形成烷基化輸出 物308。另外的垸基化劑可以通過管線306a， 306b， 306c和306d供至反應器302 中的級間位置。另外的芳香族化合物也可以通過管線310a， 310b和310c供至級 間位置。
權利要求
1.一種烷基化系統，該系統包括包含第一芳香族化合物的烷基化輸入物流；其中設置有烷基化催化劑的多個反應容器，各反應容器適合接受烷基化輸入物流的至少一部分，并使該部分烷基化輸入物流與烷基化催化劑接觸，形成第二芳香族化合物，其中，所述反應容器適合進行液相烷基化。
2. 如權利要求1所述的烷基化系統，其特征在于，所述第一芳香族化合物包 括苯，所述第二芳香族化合物包括乙苯。
3. 如權利要求1所述的垸基化系統，其特征在于，所述垸基化催化劑包括鈰 促進的(3沸石催化劑。
4. 如權利要求1所述的垸基化系統，其特征在于，所述多個反應容器包括兩 個反應容器。
5. 如權利要求1所述的烷基化系統，其特征在于，該系統還包括與一個或多 個反應容器以可操作方式連通的分離系統，該分離系統適合接受第二芳香族化合 物。
6. —種烷基化系統，該系統包括適合在液相條件下對多個輸入物流同時進行烷基化的烷基化系統，其中，所述 輸入物流包括芳香族化合物。
7. 如權利要求6所述的垸基化系統，其特征在于，所述系統還包括其中設置 有烷基化催化劑的多個催化劑床。
8. 如權利要求7所述的垸基化系統，其特征在于.，對所述垸基化催化劑進行 選擇，使垸基化的停工最少。
9. 如權利要求7所述的烷基化系統，其特征在于，所述烷基化催化劑能夠再 生至其原來活性水平的約15%之內。
10. —種垸基化的方法，該方法包括 提供其中包含設置的烷基化催化劑的垸基化系統；使多個輸入物流與垸基化催化劑接觸，形成輸出物流，其中，所述輸入物流包 括第一芳香族化合物和垸基化劑，所述輸出物流包括第二芳香族化合物，其中，第 一芳香族化合物在整個垸基化系統中保持液相。
11. 如權利要求IO所述的方法，其特征在于，所述第一芳香族化合物包括苯， 所述垸基化劑包括乙烯，所述第二芳香族化合物包括乙苯。
12. 如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述垸基化系統包括多個適合接 受多個輸入物流的反應容器。
13. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，多個輸入物流中的至少一個從多 個反應容器中的至少一個中通過，同時對另一個反應容器進行維護。
14. 一種再生方法，該方法包括使第一烷基化催化劑處于烷基化系統內的垸基化反應環境，在預定的時間點終止第一烷基化催化劑處于垸基化系統的垸基化反應環境；在達到預定的時間點后對第一烷基化催化劑進行再生；和 同時使輸入物流與第二垸基化催化劑進行再生反應，在該烷基化系統中形成輸出物流，該反應是在液相中的反應。
15. 如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一院基化催化劑在烷 基化系統中進行再生。
16. 如權利要求14所述的方法，其特征在于，該方法還包括在進行再生之 前從烷基化系統取出第一垸基化催化劑。
17. 如權利要求15所述的方法，其特征在于，在該烷基化系統中設置第三 垸基化催化劑，用于在對第一垸基化催化劑進行再生期間產生垸基化輸出物。
18. 如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一垸基化催化劑能夠 在該系統不停工條件下在烷基化系統中進行再生。
全文摘要
本文一般性描述了烷基化系統以及烷基化和再生的方法。例如，本發明的實施方式一般包括烷基化系統，所述烷基化系統包括多個反應容器，各反應容器適合接受烷基化輸入物流的至少一部分，使該部分烷基化輸入物流與烷基化催化劑接觸，形成第二芳香族化合物，其中，所述反應容器適合進行液相烷基化。所述輸入物流一般包括第一芳香族化合物，所述第二輸入物流一般包括第二芳香族化合物。
文檔編號C07C2/64GK101365665SQ200780002047
公開日2009年2月11日 申請日期2007年1月5日 優先權日2006年1月7日
發明者J·R·巴特勒, K·P·凱利 申請人:弗納技術股份有限公司