[发明专利]一种在连续流多层催化剂固定床反应器中使用氧化脱氢工艺由正丁烷生产高纯度丁二烯和正丁烯的方法

说明书

公开了用于生产正丁烯异构体和/或1,3‑丁二烯的系统和方法。该系统和方法涉及利用用于反应器的可调节的、多用途的多层催化剂床生产正丁烯异构体和1,3‑丁二烯轻质烯烃的氧化脱氢(ODH)方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年12月7日提交的美国临时专利申请号62/431,220的优先权的权益，通过整体引用将所述专利并入本文。

技术领域

本发明大体涉及轻质烯烃的生产。更具体地，本发明涉及在包括可调节的多层催化剂床的反应器中C₄烃原料的氧化脱氢。

背景技术

生产正丁烯(CH₃CH₂CH＝CH₂)和1,3-丁二烯(H₂C＝CH-CH＝CH₂)的市场需求逐渐增长。正丁烯和1,3-丁二烯都用作各种合成橡胶和共聚物产品的原料。通常，正丁烯和1,3-丁二烯由石脑油裂解工艺生产；但该方法不是专用于这些产品的生产。换言之，正丁烯和1,3-丁二烯是石脑油裂解工艺的副产物，而非主要目标产物。

由于对正丁烯和1,3-丁二烯的需求增加，可能需要新的设备和/或石脑油裂化装置的扩展来增加正丁烯和1,3-丁二烯的产量。已经尝试过的并且在商业上失败的一种生产1,3-丁二烯的方法是直接脱氢方法。直接脱氢方法已被显示不足以作为由正丁烯原料生产1,3-丁二烯的合适的工业化方法，因为该方法的反应是非常吸热的；因此，需要大量的能量来维持反应并烧掉在该方法中使用的催化剂表面上的未反应的碳沉积物。

为应对上述挑战，近年来氧化脱氢(ODH)方法作为由主要含有正丁烷反应物并包括正丁烯异构体(1-丁烯和2-丁烯)的C₄混合物生产正丁烯和1,3-丁二烯的有效替代方法一直在增长势头。

以下公开文献记载了以高产率转化正丁烯以生产1,3-丁二烯的方法：标题为“使用连续流双床反应器由正丁烯生产1,3-丁二烯的方法”的美国专利号8,222,472，标题为“生产用于正丁烷氧化脱氢的催化剂的氧化镁-氧化锆复合载体的单步沉淀法、负载于氧化镁-氧化锆复合载体上的原钒酸镁催化剂以及使用所述催化剂生产正丁烯和1,3-丁二烯的方法”的美国专利公开号2013/0090509，和标题为“正丁烯脱氢反应为丁二烯”的美国专利公开号2011/0245568。然而，这些公开文献中记载的方法具有许多产生碳氧化物，即一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO₂)的副反应，这对于这些系统是缺点，因为向大气中产生碳氧化物引起温室效应。上述公开文献还记载了使用多个单独的反应器系统以高产率转化正丁烯以生产1,3-丁二烯的方法。

发明内容

已经发现了避免上述问题的用于生产正丁烯异构体和1,3-丁二烯的系统和方法。在实施方案中，所发现的系统和方法实现了利用反应器中的可调节的、多用途的多层催化剂床来生产正丁烯异构体和/或1,3-丁二烯轻质烯烃的氧化脱氢(ODH)方法。催化剂床的不同层可由非反应性材料层隔离。根据本发明的实施方案，可以将高纯度正丁烷气体进料(99wt.％)与O₂和蒸汽一起共进料到配备有多层催化剂床体系的ODH反应器中，以将其转化为高纯度1,3-丁二烯，或正丁烯，或1,3-丁二烯和正丁烯。