用低沸石催化剂组合物的高选择性烷基化方法
【专利说明】用低沸石催化剂组合物的高选择性烷基化方法
[0001] 优先权陈述
[0002] 本申请要求2012年10月26日提交的美国申请No. 13/661，200的优先权。 发明领域
[0003] 本发明涉及将原料烷基化的方法，更具体而言，用低沸石催化剂组合物的高活性、 稳定且选择性烷基化方法。
[0004] 发明背景
[0005] 将芳族化合物用（：2_(；烯烃烷基化以及将多烷基芳族化合物烷基交换是用于制备 单烷基化芳族化合物的两种常用反应。在工业上实践以制备乙苯的这两种反应的实例为将 苯用乙烯烷基化以及苯和二乙苯烷基交换。
[0006] 因此，烷基化和烷基交换组合可使乙苯产量最大化。该组合可在具有两个反应区， 其中一个用于烷基化，且另一个用于烷基交换的方法中，或者在具有进行烷基化和烷基交 换的单一反应区的方法中进行。
[0007] 直接涉及烷基化方法的操作效率的一个关键操作变量是芳基/烷基的摩尔比。该 比越低，回收/再循环所需的苯的量越低，资本和使用成本越低。该比的分子为在指定时间 期间通过反应区的芳基的摩尔数。芳基的摩尔数为所有芳基的和，而不管芳基出现在其中 的化合物。在乙苯制备的上下文中，例如1摩尔苯、1摩尔乙苯和1摩尔二乙苯各自贡献给 芳基的和1摩尔芳基。该比的分母为具有相同碳原子数目的烷基，如在所需单烷基化芳烃 上且在相同指定时间期间通过反应区的烷基的摩尔数。烷基的摩尔数为具有相同碳原子数 目的所有烷基和烯基，如所需单烷基化芳烃上的烷基的和，而不管烷基或烯基出现在其中 的化合物，不包括链烷烃。在乙苯制备的上下文中，乙基的摩尔数为所有乙基和乙烯基的 和，而不管乙基或乙烯基出现在其中的化合物，链烷烃除外，例如在计算乙基的摩尔数中排 除乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、戊烷和更高链烷烃。例如，1摩尔乙烯和1摩尔乙苯各自贡 献给乙基的和1摩尔乙基，而1摩尔二乙苯贡献2摩尔乙基，且1摩尔三乙苯贡献3摩尔乙 基。丁苯和辛苯不贡献乙基的摩尔数。
[0008] 沸石和催化剂的进步能使芳烃烷基化方法以较低的芳基：烷基比操作。催化剂 通常包含较高的沸石含量以确保良好的活性、活性稳定性和稳定的长期操作。目前，包含 UZM-8沸石的芳烃烷基化催化剂具有大于50重量％的沸石含量。
[0009] 沸石使用有机模板合成，所述有机模板在催化剂制备中借助煅烧除去。由于煅烧 期间释放的热和蒸汽，沸石会引起明显的结构和骨架损坏。损坏程度涉及水热严苛性程度， 这与催化剂中沸石的量成比例。此外，在高沸石含量下，催化剂中的沸石倾向于聚集，从而 降低沸石的有效使用。最后，由于沸石的高成本，包含高沸石含量的催化剂和使用那些催化 剂的方法也是昂贵的。
[0010] 发明概述
[0011] 本发明一方面为将原料烷基化的方法。在一个实施方案中，方法包括使包含至少 一种可烷基化芳族化合物和烷基化剂的原料与第一烷基化催化剂组合物在烷基化条件接 触，第一烷基化催化剂组合物包含UZM-8沸石和粘合剂，第一烷基化催化剂组合物具有小 于50重量％UZM-8沸石；其中在一定温度和一定可烷基化芳族化合物：烷基化剂摩尔比下 的总烷基化选择性为大于99. 0%。
[0012] 附图简述
[0013]图为显示沸石含量对通过活性区末端（EAZ)位置测量的催化剂活性的影响的图。
[0014] 发明详述
[0015] 为确保高烯烃转化率，保持活性稳定性并获得高烷基化产物选择性和长期操作稳 定性，烷基化催化剂通常包含大于50%的沸石含量。活性作为由在反应器入口处的烯烃的 量和反应器出口处未转化烯烃的量测定的烯烃转化率测量。作为选择，催化剂活性通过达 到最大温度所需的反应区的尺寸测量，且活性稳定性通过作为在料流上运行时间的函数， 活性区尺寸的稳定性测量。在商业操作中，活性区尺寸为固定床反应器中总催化剂床的一 部分，同时其余催化剂床充当催化剂寿命区。有利地是具有高活性催化剂，其确保最小的活 性区尺寸和最大的寿命区，以得到长期稳定操作。活性区应为总催化剂床的不大于50%。 总烷基化选择性定义为基于碳基，从消耗的总苯和烯烃中产生的单烷基化和多烷基化苯的 产量。总烷基化选择性表示通过烷基化和烷基交换反应器的可回收烷基化产物的可能最大 量，为进料使用效率的测量。另外，为保持异丙基苯的长期稳定且有效的商业制备，需要最 小量的沸石。
[0016]出乎意料地发现包含明显小于50%UZM-8沸石的烷基化催化剂在严苛但经济上 有利的低苯：烯烃比和温度的工艺条件下保持高活性和活性稳定性。当催化剂的沸石含量 降至非常低的量时，基于烯烃转化率测量的活性保持不变。最出乎意料的是，通过EAZ的尺 寸测量的活性保持不变。还出乎意料地发现用包含非常低的UZM-8沸石含量的催化剂，总 烷基化产物选择性保持不变。例如总烷基化选择性可以为大于99. 0%，或者大于99. 1%， 或者大于99. 2%，或者大于99. 3%，或者大于99. 4%，或者大于99. 5%，或者大于99. 6%， 或者大于99. 7%。
[0017] 在本发明一个实施方案中，烷基化反应器完全由包含小于50重量％UZM-8沸石的 催化剂在给定温度和芳族化合物：烷基化剂摩尔比下构成。烷基化催化剂包含UZM-8沸石 和粘合剂。沸石以催化剂组合物的至少1重量％且小于50重量％的量存在，其余为粘合剂。 可存在小于40重量％沸石，或者小于30重量％沸石，或者小于25重量％沸石，或者小于20 重量％沸石，或者小于15重量％沸石，或者小于10重量％沸石，或者2-10重量％沸石。粘 合剂包含一种或多种常规沸石粘合剂材料，例如下文所述那些。
[0018] 在本发明另一实施方案中，烷基化反应器由两种催化剂构成，其中头催化剂（lead catalyst)包含小于50重量％UZM-8沸石，且尾催化剂（lagcatalyst)包含大于50重量％ UZM-8沸石。头烷基化催化剂包含UZM-8沸石和粘合剂，其中沸石以催化剂组合物的至少1 重量％且小于50重量％的量存在，其余为粘合剂。可存在小于40重量％沸石，或者小于30 重量％沸石，或者小于25重量％沸石，或者小于20重量％沸石，或者小于15重量％沸石， 或者小于10重量％沸石，或者2-10重量％沸石。粘合剂包含一种或多种常规沸石粘合剂 材料，例如下文所述那些。尾催化剂包含大于50重量％UZM-8沸石，余量包含一种或多种 常规粘合剂材料，例如下文所述那些。在该实施方案中，包含小于50重量％UZM-8沸石的 催化剂构成烷基化反应器的至少30%，优选至少50%，其余为包含大于50重量％UZM-8沸 石的催化剂。
[0019] 在乙苯（EB)、异丙基苯和较重烷基化物如用于生产洗涤剂的线性烷基苯中，较低 的UZM-8沸石含量保持高催化剂活性、活性稳定性和总烷基化选择性。当沸石含量降低时， 催化剂不显示出活性、活性稳定性或基于碳转化的苯和丙烯的量的总烷基化选择性的削 弱。对于大于2重量％的沸石含量，催化剂在低入口温度和低苯：烯烃比的较严苛条件下 显示出大于90%丙烯转化率和稳定活性。这与在130°C和50%或更大的高得多的沸石含量 下实现的大于90%转化率的正常加工条件相比。转化率（例如乙烯、丙烯或丁烯）通常为 大于90 %，或者大于95 %，或者大于96 %，或者大于97 %，或者大于98 %，或者大于99 %。
[0020] 在本发明的另一优选实施方案中，方法包括由如下组分构成的烷基化反应器：包 含小于50重量％UZM-8沸石含量的催化剂或者两种催化剂，其中一种包含小于50重量％ 且另一种包含大于50重量％UZM-8沸石，以及保护床以将污