[发明专利]结构化催化剂床在制备环氧乙烷中的用途

说明书

本发明涉及一种通过使乙烯与氧气在至少一种含银催化剂存在下反应而制备环氧乙烷的方法，其中该反应在具有催化剂填充床的反应器中进行，该催化剂填充床具有至少两个层(i)和(ii)并且在层(i)中的催化剂银含量低于层(ii)中的催化剂银含量。

作为重要的基础化学品的环氧乙烷在工业上通过乙烯借助氧气在含银催化剂存在下氧化而制备。为此，通常使用其上已借助合适方法施加有催化活性的金属银的负载型催化剂。

环氧乙烷的制备通常使用银浓度为15-30重量％银的负载型银催化剂(在Al₂O₃上的Ag)进行。该催化剂除了银外可以包含其他活性金属。

使用具有例如促进剂梯度且包含不同活性或选择性的催化剂层的结构化催化剂床的方法由现有技术已知。

JP-A 56005471例如描述了一种制备环氧乙烷的方法，其中使用沿催化剂床长度负载不同量的碱金属的含碱金属的银催化剂，从而使得沿该床存在碱金属浓度梯度。在该催化剂床的上端，即在反应气体进入的位置，银催化剂的碱金属含量根据该文献应低于该催化剂床的另一端，即反应气体离开该反应器的位置。因为该银催化剂的碱金属掺杂导致催化剂在形成环氧乙烷时的活性降低和选择性增加，所以反应气体混合物在通过该反应器时与选择性渐增且活性渐减的银催化剂接触。

EP 0557833A1公开了高选择性和高活性催化剂在结构化催化剂床中的组合。描述了一种通过借助氧气在含银和促进剂的催化剂存在下氧化乙烯而制备环氧乙烷的方法，其中在组合催化剂床中使用至少两种不同选择性和活性的银催化剂。

EP 0428845A1公开了一种在单一催化剂成型体内具有银梯度的催化剂。

WO 2004/078711公开了一种制备环氧乙烷的方法，该方法在降低的CO₂浓度下操作。使用高选择性和高活性结构化催化剂床。

科学出版物“Oxidation of ethylene to ethylene oxide：catalyst deactivation in an industrial run(乙烯到环氧乙烷的氧化：工业操作中的催化剂失活)”，Montrasi等，Applied Catalysis(1983)，5(3)，359-369描述了有关工业EO催化剂沿反应管失活的研究。

在由现有技术已知的方法中，催化剂活性在催化剂在生产操作中的整个操作时间上连续降低。在优化阶段之后，该催化剂达到其最大/最佳选择性，随后在进一步操作过程中再次降低。为了维持特定的生产输出(操作速率)，因此通常在生产操作过程中提高温度。该操作模式的缺点是为了维持生产输出必需连续提高温度，以补偿达到最大选择性之后催化剂选择性的持续降低。

催化剂研究的目的是尽可能长时间地保持低的催化剂操作温度一其为失活的影响因素，从而在尽可能长的时间期间达到最高可能选择性。

由该现有技术出发，本发明的目的是提供一种工业制备环氧乙烷的方法，该方法显示出催化剂具有高的长期稳定性。

根据本发明，该目的通过一种通过使乙烯与氧气在至少一种含银催化剂存在下反应而制备环氧乙烷的方法实现，其中该反应在具有催化剂床的反应器中进行，该催化剂床具有至少两个层(i)和(ii)并且在层(i)中的催化剂银含量低于层(ii)中的催化剂银含量。

根据本发明，乙烯与氧气的反应在至少一种含银催化剂存在下在具有催化剂床的反应器中进行，该催化剂床具有至少两个层(i)和(ii)。根据本发明，层(i)和(ii)包含含银催化剂。在本文中层(i)中的催化剂银含量低于区域(ii)中的催化剂银含量。

根据本发明，催化剂填充床还可以包含其他层(iii)、(iv)、(v)、(vi)等，它们包含含银催化剂。在本文中层(x)中的催化剂银含量优选在每种情况下高于层(x-1)中的催化剂银含量。催化剂填充床优选具有层(i)和(ii)。

对本发明而言，催化剂填充床的各层在反应器中的排列应使得层(i)比层(ii)更靠近反应器入口，而层(ii)又比层(iii)更靠近反应器入口等等。因此，反应混合物在反应过程中在层(ii)之前流过层(i)，又在层(iii)之前流过层(ii)等等。因此，各自在层(x)之前流过层(x-1)。

已经发现使用沿着催化剂填充床(在气流的流动方向上)具有催化剂的银浓度增加(银梯度)的含银催化剂的多区填充床使得与100％纯催化剂相比可以使结构化催化剂床的活性提高或稳定化。对本发明而言，银梯度是银浓度的连续或不连续变化。