[发明专利]由甲烷制备芳族化合物的方法

说明书

本发明涉及一种实施吸热且非均相催化的反应的方法，其中在惰性传热颗粒与含沸石的催化剂颗粒的混合物存在下实施起始物质的反应，其中将所述催化剂颗粒定期在非氧化性气氛下再生，且通过分离出惰性传热颗粒、将所述传热颗粒在传热区域中加热并将加热的传热颗粒再循环至反应区中而引入所需的反应热。本发明方法特别适于在包含沸石的催化剂存在下非氧化性脱氢芳构化C₁-C₄脂族化合物。

在许多吸热反应中，提供反应所需的能量是一项特别的挑战。如果反应是间接加热的，则必需大换热表面，并且就装置而言使所述方法复杂化和昂贵。此外，由于较高的温度，经常在传热表面上发生不希望的副反应，例如烃反应中的碳化。该情况尤其也适用于甲烷的非氧化性脱氢芳构化(DHAM)，其是吸热反应且需要从外部提供热量。

直接引入反应热的一种可能方式是使用不参与反应的颗粒作为传热颗粒，将其任选与催化剂颗粒一起在外部反应器中通过直接与燃烧尾气接触或者通过直接燃烧燃料至高于反应温度的温度而加热，随后将其返回至反应区中。随后，反应所需的能量通过将所述惰性传热颗粒与催化剂颗粒直接接触而传递。其中使用惰性颗粒以引入反应热的这类方法是现有技术所已知的。

在许多由固体催化的反应中所遇到的另一个问题是所用催化剂失活水平的提高，且后者必须定期再生。因此，在于非氧化性条件下工业实施脱氢芳构化中，发生催化剂的碳化且在较短时间内降低催化剂的活性，从而导致短的生产周期和提高的再生需求。碳化通常与催化剂的寿命缩短有关。催化剂的再生并非是毫无问题的，这是因为首先必需定期恢复初始活性，其次，这必须在大量循环后才可进行以实现经济的方法。

碳质沉积物也对物料平衡或产率具有不利影响，这是因为转化成碳质沉积物的各分子在不可再用于形成芳族化合物的所需反应。迄今为止，现有技术中所实现的碳质沉积物选择性在多数情况下超过20%，基于已反应的脂族化合物。

其中通过加热传热颗粒而提供反应热且催化剂颗粒必须定期再生的方法是已知的。

US5,030,338描述了一种在沸石、催化剂和惰性颗粒存在下芳构化脂族化合物的方法，其中从反应区中取出失活的催化剂和惰性颗粒的混合物，通过汽提使所述混合物脱除粘附的烃，并将所述汽提的混合物分离成主要包含催化剂颗粒的料流和基本上包含惰性颗粒的第二料流。将主要包含催化剂的料流转移至再生区中，并借助含氧气体再生。将主要包含惰性颗粒的第二料流引入燃烧区中；在该燃烧区中，所述惰性颗粒通过在氧气中燃烧燃料而加热。反应热借助催化剂颗粒与惰性颗粒的混合物引入反应区中。

US2,763,596涉及一种在氢气存在下且在固体催化剂颗粒存在下处理烃的方法，从而提高所述烃的芳香性。为了将所需的反应热引入反应区中，首先将传热颗粒在再生区和反应区中循环，其次在反应区和加热区中循环。在再生区中，通过借助氧气使其脱除碳沉积物而释放热量以将惰性颗粒和催化剂颗粒再生；在加热区中，将所述惰性颗粒在燃烧尾气中加热。

在由现有技术已知的方法中，催化剂颗粒和惰性传热颗粒由于必须在反应区、再生区和加热区中进行多次传输操作而经历苛刻的机械、化学和热应力，这些将导致催化剂寿命缩短。

因此，需要不同于现有技术所已知的那些的经进一步改进的方法以实施由含沸石的催化剂非均相催化的吸热反应。

根据本发明，该目的通过一种实施吸热且非均相催化的反应的方法实现，其包括如下步骤：

(a)在包含含沸石的催化剂颗粒和惰性传热颗粒的混合物存在下在反应区中实施所述反应；

(b)使所述催化剂颗粒再生，其包括：

(b1)将包含催化剂颗粒和任选的惰性传热颗粒的混合物转移至再生区中；

(b2)将所述催化剂颗粒和任选的惰性传热颗粒在非氧化性气氛下再生；和

(b3)将再生的催化剂颗粒再循环至反应区中；和

(c)将热量引入反应区中，其包括如下步骤：

(c1)在步骤(a)和(b)之间、在步骤(b)之中或在步骤(b)之后，将所述惰性传热颗粒与催化剂颗粒分离；

(c2)将分离出的惰性传热颗粒转移至加热区中；和

(c3)加热所述惰性传热颗粒并将加热的惰性传热颗粒再循环至反应区中。

在优选实施方案中，步骤(a)中的反应为在含沸石的催化剂颗粒存在下非氧化性脱氢芳构化C₁-C₄脂族化合物。