[发明专利]用于侧链烷基化反应的包含金属氧化物的催化剂

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2011年5月22日提交的美国临时申请No.61/488,778的优先权。

领域

本发明一般的涉及金属离子交换的沸石和类沸石材料。更具体的，本发明涉及具有包含在所述沸石结构的氧化铯的、用于甲苯与甲醇和/或甲醛的烷基化以制备苯乙烯和乙苯的沸石。

背景

沸石是一种晶体铝硅酸盐，已熟知它可用于多个应用。它已用于脱烷基化、烷基转移、异构化、裂解、歧化和脱蜡过程等。它高度有序的结构由通过氧原子连接的四面体AlO₄^-4和SiO₄^-4组成，形成了孔径通常在至数量级的孔系统。这些孔创建了高内部表面区域，并使得沸石可基于分子的形状和尺寸选择性的吸附某些分子同时排出其他分子。因此，沸石可归类为分子筛。沸石还可称作为“形状选择性催化剂”。小孔可将反应限制在某些过渡态或某些产物，防止产生不符合所述孔轮廓或尺寸的形状。

沸石的孔一般被水分子和阳离子占据。阳离子用于平衡由氧负离子四面体配位的三价铝阳离子产生的负电荷。沸石可把自身的阳离子与其他阳离子交换；例如可把铝离子与钠离子交换。在一些离子交换的形式，如沸石的氢形式，该催化剂可以是强酸性的。例如，沸石可替代对反应器有腐蚀和损坏作用的传统的三氯化铝或其他液体酸性催化剂，用作弗里德尔-克拉夫兹（Friedel-Crafts）烷基化的催化剂。

可使用沸石的烷基化反应之一是苯与乙烯形成乙苯的烷基化。乙苯是芳烃，化学分子式为C₆H₅CH₂CH₃；它包括6碳芳环和一连接的单乙基。然后，乙苯可进行脱氢化反应以形成单体苯乙烯，从所述单体可制备聚苯乙烯。聚苯乙烯是一种塑料，可形成许多有用的产品，包括模制产品和泡沫产品，所有这些都增加了对苯乙烯的前驱体乙苯产量的需求。

其他已知的用于制备苯乙烯的方法包括甲苯的烷基化。例如，用各种氧化铝－硅酸盐催化剂使甲醇和甲苯反应以制备苯乙烯。这些方法允许制备苯乙烯，而无需获取乙苯的中间步骤。但是，这些方法的特征在于具有很低的产率以及对苯乙烯具有低的选择性。因此，需要取得一种用于获得苯乙烯而无需制备乙苯的中间步骤的方法。还需要一种具有高产率和对苯乙烯有高选择性的用于获得苯乙烯的方法。

发明内容

本发明的一实施方式是包括沸石组分和包藏的金属氧化物组分的催化剂。所述包藏的金属氧化物组分包含在所述沸石组分的框架内，因此得到能催化甲苯和C1源的烷基化以制备苯乙烯的改性沸石。在反应条件下，所述包藏的金属氧化物组分能增加甲苯和甲醇烷基化反应中甲苯的转化率。

在一实施方式中，单独的或与其他实施方式组合，所述改性沸石的所述包藏的金属氧化物组分能增加甲苯和C1源烷基化反应中对苯乙烯的选择性。

在一实施方式中，单独的或与其他实施方式组合，所述改性沸石的所述包藏的金属氧化物组分能增加对苯乙烯的选择性同时降低对C1源的消耗。

在一实施方式中，单独的或与其他实施方式组合，所述包藏的金属氧化物组分选自下组：氧化铯、氧化铜、氧化铈及其组合。

在一实施方式中，单独的或与其他实施方式组合，所述包藏的金属氧化物组分以重量计占所述改性沸石的0.1%至20%。

在一实施方式中，单独的或与其他实施方式组合，所述包藏金属氧化物的改性沸石的所述包藏的金属氧化物组分以所述沸石每晶胞0.1至10金属氧化物物质的数量存在。

在一实施方式中，单独的或与其他实施方式组合，所述沸石是八面沸石类沸石。

在一实施方式中，单独的或与其他实施方式组合，所述催化剂包括至少一种促进剂。所述促进剂可选自下组：Co、Mn、Ti、Zr、V、Nb、K、Cs、Ga、B、P、Rb、Ag、Na、Cu、Mg、Fe、Mo、Ce及其组合。

本发明的一实施方式是用于制备苯乙烯的方法，所述方法包括在一或更多反应器中且在沸石催化剂存在下，将甲苯与C1源反应以形成包括苯乙烯的产物流。所述催化剂包括选自下组的包藏的金属氧化物组分：氧化铯、氧化铜、氧化铈及其组合，其提高甲苯的转化率。

在一实施方式中，单独的或与其他实施方式组合，所述C1源选自下组：甲醇、甲醛、福尔马林、三噁烷、甲福尔赛(methylformcel)、多聚甲醛、甲缩醛及二甲醚及其组合。