[发明专利]乙苯脱氢制苯乙烯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用异形催化剂用于乙苯脱氢制苯乙烯的方法。

背景技术

作为基本有机合成最重要原料之一的苯乙烯，工业上的百分之八十五是通过苯与纯乙烯或干气在催化剂存在下发生烷基化反应生成乙苯后在负压下催化脱氢来实现的，所用苯乙烯催化剂的基本组成包括主催化剂、助催化剂和致孔剂、增强剂等。目前已被世界各国很多苯乙烯生产厂家采用的是八十年代初开发成功的以Fe-K-Ce-Mo为基本组成的系列复合/混合氧化物催化剂，催化剂的制备方法一般采用将Fe、K、Ce、Mo等催化剂组分以氧化物或盐的形式固相混合、加水捏合、挤条、干燥、焙烧而成，如已公开的美国专利US4804799、US5023225和US5190906等。此类催化剂的特点是：活性、选择性较高，稳定性较好，且环境友好，使用寿命一般为2年。但它存在的主要问题是比表面利用率不够高，导致催化剂的活性偏低，美国专利US04328130、US5097091和一些文献报道了用异形催化剂替代传统的圆柱形催化剂，虽然在催化剂活性方面有所改善，但催化剂的抗压强度、抗粉化与耐磨性不够高。

由于乙苯脱氢制苯乙烯是分子数增加反应，装置真空度愈高对生成苯乙烯愈有利，由于催化剂的抗压强度不好，易粉化，势必导致床层压降上升，直接影响转化率；而目前苯乙烯装置已趋向大型化，原有的老装置上扩能改造也往往采用增加一个反应器，变两段为三段的方式，故对催化剂的抗压强度和抗粉化性能均提出了更高要求。另一方面，由于乙苯脱氢涉及的是较大分子的反应，反应物与产物的内扩散直接影响催化剂反应进程，在催化剂组分不断改进的同时，决定催化剂性能好坏及影响催化剂使用寿命的催化剂孔分布也应是重要研发因素。现有的催化剂大部分孔分布不尽合理，往往小孔较多，在反应过程中这类小孔易结炭而发生堵塞，催化活性降低，影响催化剂使用寿命，故如何进一步提高乙苯脱氢制苯乙烯效率是极有重要经济价值和应用前景的迫切问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在催化剂的抗压强度低、抗粉化性能不好而导致的催化剂床层阻力降高，引起反应活性低的问题。提供一种新的用于乙苯脱氢制苯乙烯的方法。该方法中使用的催化剂具有高乙苯转化率、高苯乙烯的选择性和使用寿命长的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种用于乙苯脱氢制苯乙烯的方法，以乙苯为原料，在反应温度为580～640℃，反应压力为0.04～0.1MPa，水/烃重量比为1.0～3.0，原料液体空速为0.1～2.5小时^-1的条件下，原料通过催化剂床层与催化剂接触，反应生成苯乙烯；

其中所用催化剂的活性组分部分以重量百分比计包括以下组分：55～85％的Fe₂O₃、5～30％的K₂O、1～3％的MoO₃或WO₃中的至少一种、3～15％的Ce₂O₃；催化剂为轴向外围有宽窄、深浅、形状不同的螺纹或环状槽纹的条状物。

上述技术方案中，催化剂的外直径优选范围为2～8mm。催化剂轴向外围的槽纹截面几何形状优选方案为三角形、矩形、梯形或各类组合园形。催化剂的槽纹深优选范围为0.1～4mm。催化剂的槽纹宽优选范围为0.1～3mm。催化剂的槽纹间距优选范围为1～5mm。

其中所用催化剂除包括以上活性组分外，在制备催化剂过程中还可以添加以催化剂重量计为1～5％的选自石墨、聚苯乙烯微球、羧甲基纤维素、甲基纤维素或田菁粉等致孔剂中的至少有一种，催化剂的外直径为2～8mm，优选为3～5mm。

上述技术方案中，水/烃重量比优选范围为1.5～2.0；反应温度优选范围为590～640℃；优选压力优选范围为0.05～0.1MPa；原料液体空速优选范围为0.35～2.0小时-1。

本发明所用催化剂组份的原料可以如下：

Fe₂0₃全部来源于铁红且催化剂制备过程中不加入粘结剂水泥。钾以钾盐的形式加入，铈以氧化物、氢氧化物、金属盐或上述几种化合物的复配形式加入，其它组份以其氧化物、氢氧化物或其盐的形式加入。

本发明方法中所用催化剂制备的具体操作方法如下：