[发明专利]使用沸石β催化剂控制烯烃与芳族化合物进行烷基化反应中二芳基烷烃副产物的形成

说明书

本发明涉及通过烷基化反应制备单烷基芳族化合物的方法。具体地说，本发明涉及采用沸石β，通过乙烯与苯进行高选择性烷基化反应制备乙苯的方法。

芳族化合物与C₂-C₄烯烃的烷基化反应是用于制备单烷基化合物的普通反应。本反应的工业应用的例子是苯与乙烯进行烷基化反应制备乙苯。通常几种副产物伴随乙苯而产生。烷基化反应及其通常产物和副产物简单概括如下：

尽管副产物二乙基苯(“DEB”)和三乙基苯(“TEB”)的产生首先被看作是降低了乙烯的有效利用，实际上，每一个都可以如下所示，通过苯很容易进行烷基转移作用产生乙苯(“EB”)：

所以烷基化反应与烷基转移作用的结合能够使乙苯的产率达到最大。这样的结合能够在具有两个反应区的工艺中进行，一个进行烷基化，另一个进行烷基转移，或在具有单个反应区的工艺中进行，烷基化和烷基转移均在其中进行。在许多情况下，因为节约资本投资，单个反应区优于两个反应区。

与二乙基苯和三乙基苯形成对照的是，1，1-二苯基乙烷(1，1-DPE)不能通过烷基化转化为乙苯，所以产生1，1-DPE的副反应降低了乙烯的有效利用，并使乙烯损失。实际上，1，1-DPE的副反应和这里集中指得是重产物，除了二乙基苯和三乙基苯之外的更重的多乙基苯的副反应在事实上均降低了乙烯的利用。

尽管理想的乙苯工艺不形成1，1-DPE副产物，但相对于乙苯，目前的最低要求是烷基化流出物中1，1-DPE的量为不超过1.0重量％。由于某些领域对1，1-DPE的含量的短期最低标准的期望值不超过0.5重量％，1，1-DPE副产物的形成更为重要和明显。

指出乙基苯烷基化区的两个关键的操作变量是有用的。第一个关键操作变量为苯基基团与乙基基团的摩尔比，这里经常称为苯基/乙基比。该比例的分子为在特定的时间内，通过烷基化反应区的苯基基团的摩尔数。苯基基团的摩尔数为所有苯基基团的总和，不考虑苯基基团所在的化合物。例如，一摩尔苯，一摩尔乙苯和一摩尔二乙基苯分别构成苯基基团总和中的一摩尔苯基基团。该比例的分母为在同样的特定时间内，通过烷基化反应区的乙基基团的摩尔数。乙基基团的摩尔数为所有乙基基团和乙烯基团的总和，不考虑乙基基团或乙烯基团所在的化合物。例如，一摩尔乙烯，一摩尔乙苯分别构成乙基基团总和中的一摩尔乙基基团，而一摩尔二乙基苯构成二摩尔乙基基团。

第二个关键变量为进入烷基化区的乙烯的的有效浓度。实际的数学近似值为，乙烯的浓度取决于下式中苯基基团与乙基基团的摩尔比的倒数：

[乙烯]≈[苯基/乙基比]^-1所以，增加苯基/乙基的比例，会降低乙烯的浓度。

现已知道低浓度的乙烯或乙烯与苯基的高摩尔比将使1，1-DPE副产物的形成减为最少。1，1-DPE的量取决于下式中苯基和乙基的摩尔比的倒数的平方：

      [1，1-DPE]≈[苯基/乙基比]^-2所以，增加苯基/乙基的比例，将会降低1，1-DPE形成的量。尽管通过苯基/乙基比的少量增加，使得1，1-DPE形成的降低会很少，但也是非常明显的，导致高苯基/乙基比成为使1，1-DPE形成减为最少的选择条件。但是，高苯基/乙基比经常因伴随着回收过量的苯而增加了成本和操作费用。这些费用促进了在低苯基/乙基比的情况下，寻找一种能使1，1-DPE副产物的形成减为最少的乙苯工艺。

在现有技术中，这种要求不仅只产生少量1，1-DPE，而且在低苯基/乙基比的情况下操作的有商业前途的乙苯工艺的研究尚未有结果。所有现有技术工艺的研究方向相似，公知方法是将烷基化区分为越来越多的催化剂床，并将越来越小部分的总乙烯，注入每个催化剂床。在1，1-DPE的允许浓度相对较高的地方，这种方法毫无疑问具有一些优点。例如，如果在苯基/乙基摩尔比为5时，在单催化剂床的烷基化区用乙烯与苯进行烷基化，那么在乙烯注入点的乙烯的最高浓度为16.7摩尔％。乙烯注入点的下游，随着乙烯的消耗和乙苯的形成，乙烯的浓度降至非常低，同时苯基/乙基比基本保持不变。但是，如果将单催化剂床分为串联的四个催化剂床，并且将所需乙烯的1/4注入每个催化剂床，那么第一个催化剂床的苯基/乙基的摩尔比为20，第二个床为10，第三个床为6.7，第四个床为5。相应地，第一个催化剂床中乙烯的最高浓度为4.8摩尔％，第二个床为4.5摩尔％，第三个床为4.3摩尔％，第四个床为4.2摩尔％。因此将催化剂床分开，并分开乙烯注射将提高苯基/乙基比，并降低了乙烯的最高浓度。