[发明专利]用于清洁剂烷基化的稀土交换催化剂

说明书

发明领域

本发明涉及高选择性的改性催化剂和制造该催化剂的方法。该催化剂涉及用于芳族化合物烷基化的催化剂。

发明背景

苯的烷基化产生具有各种商业用途的烷基苯，例如可以将烷基苯磺化以制造用于清洁剂的表面活性剂。在烷基化法中，使苯与所需长度的烯烃反应以产生所需烷基苯。烷基化条件包括存在均相或多相烷基化催化剂，如氯化铝、氟化氢或沸石催化剂，以及升高的温度。

已提出各种方法将苯烷基化。一种商业方法涉及使用氟化氢作为烷基化催化剂。由于其毒性、腐蚀性和废物处理需要，氟化氢的使用和处理确实产生操作上的担心。已开发不需要使用氟化氢的固体催化法。试图改进这些固体催化法以通过在仍提供具有下游用途(如磺化以制造表面活性剂)可接受的品质的烷基苯的同时降低能量成本和改进转化选择性来提高它们的吸引力。

适用于制造磺化表面活性剂的烷基苯必须能够提供具有合适澄清度、生物可降解性和效力的磺化产物。就效力而言，需要具有较高2-苯基含量的烷基苯，因为它们在磺化时倾向于提供具有更好溶解度和清净力的表面活性剂。因此，特别需要具有25至35%的2-苯基异构体含量的烷基苯。

如US 6,133,492、US 6,521,804、US 6,977,319和US 6,756,030中所示，催化剂的改进有利于直链烷基苯的生产。但是，许多现有催化剂存在问题，更好的理解可以进一步改进催化剂。

发明概述

本发明提供用于苯烷基化的新型催化剂。所述催化剂包含二氧化硅/氧化铝摩尔比小于8的沸石并将稀土元素阳离子以所述催化剂的大于16.5重量%并入所述沸石中，并以碱金属、碱土金属和氮化物阳离子或其混合物作为用于平衡骨架的其余阳离子。所述沸石是X型沸石、Y型沸石或具有EMT/FAU共生的沸石。

在一个实施方案中，所述沸石是二氧化硅/氧化铝摩尔比为2至1.8的X型沸石且其中稀土元素交换至在将稀土阳离子的化合价变化计入考虑时稀土元素与铝的摩尔比为0.51至1.2的程度。

在另一实施方案中，所述沸石是二氧化硅/氧化铝摩尔比为2.8至4的Y型沸石。

本领域技术人员从下列附图和详述中可看出本发明的其它目的、优点和用途。

附图简述

图1显示已保留一些碱阳离子的催化剂的直链度(linearity)。

发明详述

与催化剂合并或在一种或另一形式下降低催化剂的催化活性的材料极大影响催化剂。这些材料是催化剂毒物并包括如碱金属、碱土金属和它们的离子之类的材料。这些毒物是典型的并导致催化反应器进料的预处理以通过除去工艺流中的任何毒物来保护催化剂。

用烯烃将芳族化合物烷基化对许多商业上重要的技术而言是重要的。乙基苯(EB)、异丙基苯(枯烯)和更长链的烷基苯(清洁剂)是在经济上最重要的三个实例。优选使用长链直链烷基如C8至C13制造清洁剂以形成直链烷基苯(LAB)。使用酸催化剂——均相催化剂如HF，或多相催化剂如AlCl₃、二氧化硅-氧化铝和沸石进行这些烷基化反应。尽管这些都是酸催化法，但有足够的差异以致它们都用不同的催化剂实施。骨架异构化是LAB工艺中受到的关注的一个问题的实例，其使得适合EB或异丙基苯的催化剂的使用在LAB工艺中具有较低价值。

直链烷基苯的生产传统上以两种商业形式进行，低2-苯基和高2-苯基。通过HF烷基化制造低2-苯基LAB并得到LAB的15至20质量%的2-苯基浓度。这归因于均相酸、HF、不优先催化苯连接到烯烃链上。在末端碳上没有烷基化且内部碳具有几乎相等的烷基化可能性并产生从苯上伸出的较短链烷基。高2-苯基LAB过去使用AlCl₃烷基化制造并得到LAB的30至35质量%的2-苯基浓度。尽管可以制造具有不同2-苯基含量的LAB，但这些产品没有市场，因此已努力替代这些不环保的催化剂。

在1995年，UOP和Cepsa引入使用最早的环保固体床烷基化法生产LAB的清洁剂烷基化法。该催化剂是氟化二氧化硅-氧化铝催化剂且该方法产生高2-苯基LAB产品。这种方法几乎完全替代AlCl₃在清洁剂烷基化中的应用。但是，由于该方法中高得多的苯/烯烃比，其使用比HF法明显更高的能量并产生比HF法略多的二烷基化物。