專利名稱：乙苯脫氫制備苯乙烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及苯乙烯制備領(lǐng)域，更具體地說，公開了用于乙苯脫氫制備苯乙烯單體的方法和包括反應(yīng)器容器的設(shè)備。
在苯乙烯烯制備領(lǐng)域中，人們已知使乙苯(＂EB＂)在1000-1200·F的高溫和約10-20PSIA的壓力下在脫氫催化劑，例如氧化鐵存在下反應(yīng)，從而從苯環(huán)上的乙基中脫去氫形成苯乙烯單體。上述方法通常在一組苯乙烯徑向反應(yīng)器中進(jìn)行，該反應(yīng)器通常稱之為EB脫氫反應(yīng)器。脫氫反應(yīng)器通常是直徑約5-約30英尺或更大和長度的約10-約100英尺或更長的很大尺寸的細(xì)長垂直園柱的結(jié)構(gòu)。該反應(yīng)器的通常結(jié)構(gòu)為由位于垂直反應(yīng)器的底部中心的進(jìn)口輸入乙苯氣體，氣體向上流過環(huán)形區(qū)域，徑向向外流過氧化鐵或其他合適的脫氫催化劑的多孔催化床層，隨后向上流過外部環(huán)形區(qū)域到達(dá)反應(yīng)外殼頂部的出口。由于通過催化劑床層的乙苯流體是徑向方向的，這些反應(yīng)器有時(shí)稱為“徑向”反應(yīng)器。
在苯乙烯劑備領(lǐng)域的技術(shù)人員通常認(rèn)為，裝有氧化鐵脫氫催化劑的多級(jí)、徑向床層、EB反應(yīng)器中最佳排列方式是在最初的一個(gè)或兩個(gè)反應(yīng)器中裝入低選擇性的脫氫催化劑。在下游的反應(yīng)器中裝入高選擇性的脫氫催化劑。本文中＂選擇性＂在本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)為，指的是催化劑選擇性地制備較高含量的所需苯乙烯和較低含量的不需要的甲苯和苯的能力。＂活性＂被認(rèn)為是對(duì)于原料每次流過催化劉時(shí)催化劑轉(zhuǎn)化一定百分?jǐn)?shù)的乙苯為芳烴的能力。
尤其適用于由乙苯制備苯乙烯的徑向反應(yīng)器在1994年10月25日授予Butler等人的US5358698中公開，該專利列為本文參考文獻(xiàn)。
然而，人們發(fā)現(xiàn)，在使用多級(jí)徑向床層反應(yīng)器和最佳氧化鐵催化劑時(shí)，將低選擇性催化劑安裝在高選擇性催化劑的上游是不理想，在試驗(yàn)這種排列方式時(shí)，結(jié)果是活性和生產(chǎn)能力下降，由此使人們相信多極反應(yīng)器不能采用不同選擇性的催化劑。
本發(fā)明公開了一種使用具有不同選擇性催化劑的多級(jí)床層徑向反應(yīng)器使乙苯脫氫制備苯乙烯的方法，其中在上游反應(yīng)器中使用高選擇性氧化鐵催化劑，隨后在下游的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器中使用低選擇性催化劑。
附圖
是包括進(jìn)行本發(fā)明的反應(yīng)器體系的多級(jí)、垂直的徑向床層反應(yīng)器容器的截面示意圖參見附圖，典型的多級(jí)床層反應(yīng)器系統(tǒng)通常用三個(gè)垂直徑向床層脫氫反應(yīng)器10，110和210表示。每個(gè)EB脫氫反應(yīng)器容器具有長的外層園柱形殼體11，其封住同軸地位于圓柱形外殼11的內(nèi)層圓柱形移動(dòng)部件12。殼體11和移動(dòng)部件12通常是園柱形的，這意味著從垂直于這兩個(gè)容器的軸中必線的截面圖看，是園環(huán)形的。殼體11優(yōu)選是環(huán)狀垂直園柱體，移動(dòng)部件是非環(huán)狀園柱體例如錐形或園臺(tái)形。移動(dòng)部件12同軸地位于殼體11中，這意味著兩個(gè)結(jié)構(gòu)的中心軸彼此同心。
具有相對(duì)大的橫截面面積的入口管13連接位于殼體11底部的中心進(jìn)料口14。入口管13優(yōu)選也是圓柱形截面，從水平方向轉(zhuǎn)旁90°后進(jìn)入容器。入口管13有一組固定于其內(nèi)壁的流體擋板16，以控制流過的氫流和抵消在管道13中轉(zhuǎn)彎的直角作用。
殼體11中同軸安裝的園柱形移動(dòng)部件12用于在其中間形成環(huán)形催化區(qū)域18。園柱形的環(huán)形催化劑床層19位于移動(dòng)部件12和殼體之間。在催化劑床層19的外壁上安裝一組徑向向外伸展的流體檔板20，其徑向向旬伸展以進(jìn)一步引導(dǎo)氣流流過催化劑床層和進(jìn)入徑向方向，從而避免軸向流動(dòng)和進(jìn)一步緩和流過催化劑床層的氣流。
催化劑床層19包括由鉆孔的或多孔的內(nèi)壁和同樣多孔或鉆孔的外壁組成的同軸園柱形催化劑殼體。優(yōu)選的是，催化劑殼體足以使流速達(dá)到最大，但仍使脫氫催化劑保留在內(nèi)壁和外壁之間。在催化劑床層19中使用的典型催化劑是不同選擇性的氧化鐵催化劑，它將在下文更詳細(xì)的描述。
入口管13的流動(dòng)面積大小和移動(dòng)部件12和催化劑床層19之間的環(huán)形區(qū)域21面積的大小優(yōu)選為約2∶1，環(huán)形區(qū)域面積21是入口管13的截面積值的約2倍。此外，在催化劑床層19和殼體11之間的環(huán)形區(qū)域是環(huán)形流動(dòng)區(qū)域21的約5-6倍。
三個(gè)垂直EB脫氫反應(yīng)器10，110和210的每一個(gè)均結(jié)構(gòu)相似，有關(guān)于反應(yīng)器容器10的描述也適用于第二和第三反應(yīng)器。
反應(yīng)器器10有與出口管26連接的出口25，出口管連接反應(yīng)器110的入口管113。同樣，反應(yīng)器110有出口125，其連接管道126，它接著連接第三反應(yīng)器210的入口213。反應(yīng)器210有出口225，其連接含有最終苯乙烯單體的產(chǎn)物物流管道226。
根據(jù)本發(fā)明，安裝在反應(yīng)器10中的催化劑床層19和在反應(yīng)器110中的催化劑床層19優(yōu)選是高選擇性的氧化鐵催化劑，例如由Criterion catalyst Inc。of Houston，Texas銷售的名稱為025HA的催化劑。相反，在反應(yīng)器210中的催化劑床層19是低選擇性的氧化鐵催化劑，例如由Criterion catalyst Inc。的名稱025HB銷售的催化劑。如上文所述，常規(guī)技術(shù)表明，低選擇性催化劑應(yīng)用于第一和/或第二反應(yīng)器中，高選擇性催化劑應(yīng)安裝在其余的下游反應(yīng)器中。然而，我們發(fā)現(xiàn)，與該情況相反，當(dāng)使用最佳的氧化鐵EB脫氫催化劑時(shí)，將低選擇性催化劑安裝在最初的反應(yīng)器中導(dǎo)致活性和產(chǎn)率的損失。因而，含有上述Criterion氧化鐵催化劑的高選擇性催化劑安裝在上游反應(yīng)器10和110中，而上述Criterion低選擇性氧化鐵催化劑安裝在其余的下游反應(yīng)器210中。這種非常規(guī)的催化劑排列方式的結(jié)果是附圖中的乙苯脫氫系統(tǒng)能以高選擇性和高活性和長時(shí)間的沒有產(chǎn)率損失的活性周期進(jìn)行有效的操作。因此，與低選擇性催化劑必須安裝在高選擇性催化劑之前的常規(guī)觀點(diǎn)相反，本發(fā)明公開了一種采用多級(jí)徑向床層垂直反應(yīng)器的系統(tǒng)，其中使用高度優(yōu)化的用于乙苯脫氫的氧化鐵催化劑，并將高選擇性催化劑安裝在低選擇性催化劑的上游或之前。
在典型的操作過程中，EB原料徑進(jìn)料管13通過容器10的下部進(jìn)口輸入上游反應(yīng)器容器10中，EB原料由進(jìn)口進(jìn)入位于催化劑床層19內(nèi)的環(huán)形區(qū)域。氣體隨后徑向向外流過催化劑床層19，并在其中脫氫制成苯乙烯和其他芳烴。在每個(gè)反應(yīng)器中的操作條件優(yōu)選為約900-1225°F，約8-20PISA壓力。反應(yīng)器中的流速為約100-約400英尺/秒，通過應(yīng)器的優(yōu)選的總流速為約200-300fps。
盡管為了理解本發(fā)明的一般原理，本文描述了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案，顯然，在所述的脫氫反應(yīng)器體系中可進(jìn)行各種改變和改進(jìn)而不會(huì)違背這些原理。例如，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中使用特殊的CRITERION氧化鐵催化劑，但我們認(rèn)為，本領(lǐng)域技術(shù)人員相反地可采用其他脫氫催化劑，而得到類似的結(jié)果。其他改奕對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。固而本發(fā)明顯然覆蓋了用于說明而公開的本發(fā)明的特殊實(shí)例的所有變化和改進(jìn)，它們沒有違背本發(fā)明的精神和范圍。
其中要求保護(hù)全部持證或持權(quán)的本發(fā)明的實(shí)施方案由下文定義
權(quán)利要求
1.一種乙苯脫氫制備苯乙烯和芳烴的方法，所述方法包括使乙苯通過在多個(gè)串聯(lián)排列的脫氫反應(yīng)器中的脫氫催化劑床層，其中，至少第一個(gè)上述反應(yīng)含有高選擇性脫氫催化劑，至少最后一個(gè)上述反應(yīng)器含有低選擇性脫氫催化劑。
2.權(quán)利要求1的方法，其中上述高選擇性催化劑包含在最初兩個(gè)上述反應(yīng)器中，第三個(gè)反應(yīng)器含有上述低選擇性催化劑。
3.權(quán)利要求1的方法，其中，上述高選擇性催化劑是氧化鐵脫氫催化劑，上述低選擇性催化劑是比上述高選擇性催化劑顯示較低的對(duì)苯乙烯制備的選擇性的氧化鐵脫氫催化劑。
4.一種乙苯脫氫制備苯乙烯和芳烴的方法，所述方法包括使氣態(tài)乙苯通過在多個(gè)串聯(lián)排列的垂直的徑向床層脫氫反應(yīng)器中的脫氫催化劑床層，其中至少第一個(gè)上述反應(yīng)器含有高選擇性脫氫催化劑，至少最后一個(gè)上述反應(yīng)器含有低選擇性脫氫催化劑。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述多個(gè)反應(yīng)器包括至少三個(gè)反應(yīng)器，所述高選擇性脫氫催化劑包含在至少最初兩個(gè)所述的反應(yīng)器中，所述的低選擇性催化劑包含在至少最后的所述反應(yīng)器中。
6.一種乙苯脫氫制備苯乙烯，甲苯和苯的方法，所述方法包括使氣態(tài)乙苯通過在多個(gè)串聯(lián)排到的垂直的徑向床層脫氫反應(yīng)器的氧化鐵脫氫催化劑床層，其中，至少第一上述反應(yīng)器含有高選擇性氧化鐵催化劑，至少最后一個(gè)上述反應(yīng)器含有低選擇性氧化鐵脫氫催化劑。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述的多個(gè)反應(yīng)器包括至少三個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)器。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述的反應(yīng)器在約900°F到1200°F溫度下，在8-22PSIA壓力下和100-400英尺/秒的流速下操作。
全文摘要
一種使用具有不同選擇性催化劑的多級(jí)床層徑向反應(yīng)器使乙苯脫氫制備苯乙烯的方法，所述方法包括使乙苯通過在多個(gè)串聯(lián)排列的脫氫反應(yīng)器中的脫氫催化劑床層，其中至少第一個(gè)上述反應(yīng)器含有高選擇性脫氫催化劑，至少最后一個(gè)上述反應(yīng)器含有低選擇性脫氫催化劑。
文檔編號(hào)C07C5/32GK1153159SQ9611039
公開日1997年7月2日 申請日期1996年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月7日
發(fā)明者J·R·布特勒, J·T·梅里爾 申請人:弗納技術(shù)股份有限公司