Катализатор и способ оксихлорирования этилена до дихлорэтана
Изобретение относится к способу оксихлорирования, включающему превращение этилена в 1,2-дихлорэтан (ДХЭ) в присутствии медного катализатора на носителе, который получен посредством (i) пропитки, на первой стадии, алюмооксидного носителя первым водным раствором, содержащим медь, дополнительный переходный металл, щелочной металл и щелочноземельный металл, чтобы таким образом образовался первый компонент катализатора; и (ii) пропитки, в последующей стадии, первого компонента катализатора вторым водным раствором, содержащим медь и щелочноземельный металл, где второй водный раствор содержит щелочноземельный металл и медь в молярном соотношении более 0,19, чтобы таким образом образовался катализатор на носителе. Технический результат – превосходная степень превращения HCl и избирательность ДХЭ без слипания катализатора. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 табл., 3 пр.
[0001] Данная заявка заявляет приоритет Предварительной Заявки США, с серийным номером 62/015732, поданной 23 июня 2014, полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Варианты реализации изобретения относятся к катализаторам оксихлорирования этилена до дихлорэтана. Катализаторы успешно демонстрируют меньшую слипаемость, особенно при высоких концентрациях меди, и поэтому они преимущественно применимы в реакторах с разделенным слоем.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Оксихлорирование представляет собой способ, при котором этилен преобразуется в 1,2-дихлорэтан. Эта реакция может протекать в паровой фазе над псевдоожиженным слоем катализатора в смеси этилена, хлористого водорода и кислорода (например, чистого кислорода или воздуха). Медные катализаторы, нанесенные на алюмооксидные носители, хорошо известны в области катализаторов оксихлорирования. Например, в Патенте США № 5292703 представлен катализатор оксихлорирования этилена для получения 1,2-дихлорэтана, при этом катализатор содержит хлорид меди, по меньшей мере один щелочной металл, по меньшей мере один переходный металл, и по меньшей мере одну группу IIA (т.е. щелочноземельный металл) металла на подложке, например, оксиде алюминия. Предположительно, этот катализатор приводит к высокой доле эффективности этилена, высокой чистоте продуктового дихлорэтана и высокой доле степени превращения HCl, при этом не проявляется слипаемость катализатора. Специалист в данной области техники понимает, что слипаемость катализатора относится к накапливанию частиц катализатора и может оказывать вредное влияние на коэффициенты использования исходного сырьевого этилена и хлористого водорода в способе оксихлорирования в псевдоожиженном слое.
[0004] В патенте США с номером публикации 2009/0054708 описан катализатор оксихлорирования, который предназначен для применения в реакторе с разделенным слоем. Указанный катализатор содержит от 5,5 до 14% масс. меди, щелочноземельный металл, щелочной металл, и переходный металл, с тем ограничением, что количество щелочного металла не более чем 1% масс. Найдено, что значительные уровни щелочного металла в катализаторе увеличивает восприимчивость к слипаемости.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Варианты реализации изобретения обеспечивают способ оксихлорирования по типу, в котором этилен преобразуется в 1,2-дихлорэтан в присутствии медного катализатора на носителе, при этом усовершенствование включает: применение катализатора на носителе, полученного посредством (i) пропитки, на первой стадии, алюмооксидного носителя первым водным раствором, содержащим медь и переходный металл, чтобы таким образом образовался первый компонент катализатора; и (ii) пропитки, в последующей стадии, первого компонента катализатора вторым водным раствором, содержащим медь и щелочноземельный металл, чтобы таким образом образовался катализатор на носителе.
[0006] Другие варианты реализации изобретения обеспечивают способ получения катализатора оксихлорирования этилена до 1,2-дихлорэтана, при этом способ включает стадии пропитки, на первой стадии, алюмооксидного носителя первым водным раствором, содержащим медь и переходный металл, чтобы таким образом образовался первый компонент катализатора, а также пропитки, в последующей стадии, первого компонента катализатора вторым водным раствором, содержащим медь и щелочноземельный металл, чтобы таким образом образовался катализатор на носителе.
[0007] Другие варианты реализации изобретения обеспечивают способ оксихлорирования, включающий стадию преобразования этилена до 1,2-дихлорэтана в присутствии катализатора, кислорода, и хлористого водорода, при этом катализатор получают посредством: (i) пропитки, на первой стадии, алюмооксидного носителя первым водным раствором, содержащим медь и переходный металл, чтобы таким образом образовался первый компонент катализатора; и (ii) пропитки, в последующей стадии, первого компонента катализатора вторым водным раствором, содержащим медь и щелочноземельный металл, чтобы таким образом образовался катализатор на носителе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] Варианты реализации настоящего изобретения основаны по меньшей мере частично на открытии катализатора на носителе для оксихлорирования этилена до дихлорэтана, содержащего медь, щелочной металл, щелочноземельный металл и, при необходимости, переходный металл. Неожиданно было обнаружено, что методы, реализуемые для изготовления катализатора на носителе, особенно методы, реализуемые для пропитки носителя различными металлами, оказывают влияние на слипаемость катализатора, особенно при относительно высоких концентрациях меди. Таким образом, на методы изготовления можно влиять, особенно в отношении щелочного металла и щелочноземельного металла, для получения технологически полезных катализаторов на носителе, которые не повреждаются от слипаемости. Кроме того, в то время как предшествующий уровень техники дает возможность предположить, что щелочные металлы при более чем 1% масс. имеют ухудшающее воздействие на слипаемость и пренебрежимо малое влияние на эффективность катализатора, было обнаружено, что присутствие щелочного металла в количестве более 1% масс. может быть выгодным без ухудшающего воздействия на слипаемость, и, следовательно, некоторые варианты реализации содержат катализатор на носителе с более чем 1% масс. щелочного металла. В одном или более вариантах реализации изобретения, катализатор на носителе преимущественно используется в реакторах с разделенным слоем. Также, в одном или более вариантах реализации изобретения, каталитические составы преимущественно могут использоваться в способе оксихлорирования для получения более высокой степени превращения HCl, меньшего количества хлорированных побочных продуктов, и/или меньшего количества побочных продуктов окисления. Также еще, каталитический состав преимущественно может использоваться в способе оксихлорирования, потому что может выполнять работу при относительно высоких температурах без образования разрушительных уровней оксидов углерода.
Каталитический состав
[0009] В одном или более вариантах реализации изобретения, каталитический состав, который также может упоминаться как катализатор на носителе, содержит активный металл катализатора, каталитические промоутеры, и носитель катализатора. Как будет описано более подробно ниже, каталитический состав может быть изготовлен посредством пропитки носителя водными растворами, несущими один или несколько из: активный металл катализатора и каталитические промоутеры, способом, широко известным как пропитка по влагоемкости.
[0010] В одном или более вариантах реализации изобретения, к активному металлу катализатора относится медь в виде солей меди. В одном или более вариантах реализации изобретения, к используемым солям меди относятся, но не ограничиваются только ими, галогениды меди (II), такие как хлориды меди (II). Тем не менее, практическое применение одного или более вариантов реализации настоящего изобретения не ограничивается при выборе какой-либо конкретной соли меди, и, следовательно, может быть сделана ссылка на Патент США № 5292703 и Публикацию № 2009/0054708, которые включены в настоящий документ посредством ссылки.
[0011] Как будет описано более подробно ниже, каталитический состав описывается на основании массовых процентов. Состав также может быть описан, основываясь на молях на килограмм катализатора, которые специалист в данной отрасли легко может рассчитать. Тем не менее, для простоты описания, массовые доли, описанные в контексте настоящего изобретения, представлены в таблицах данного документа в молях на килограмм катализатора. Специалистам в данной области техники будет понятно, что моли на килограмм катализатора, представленные в таблице ниже, применимы к любому раскрытию массы для целей описания настоящего изобретения.
[0012] В одном или более вариантах реализации изобретения каталитический состав содержит более, чем 5,0, в других вариантах реализации изобретения более, чем 6,0, в других вариантах реализации изобретения более, чем 7,0, и в других вариантах реализации изобретения более, чем 8,0% масс. металлической меди в пересчете на всю массу каталитического состава, который, как описано выше, содержит носитель катализатора, металлы, и лиганды или противоположные анионы, связанные с любой заданной металлической добавкой. В этих или других вариантах реализации изобретения, каталитический состав содержит менее, чем 12, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 11, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 10, и в других вариантах реализации изобретения менее, чем 9% масс. металлической меди в пересчете на всю массу каталитического состава. В одном или более вариантах реализации изобретения каталитический состав содержит от около 5,0 до около 12, в других вариантах реализации изобретения от около 6,0 до около 11, в других вариантах реализации изобретения от около 7,0 до около 10,5, и в других вариантах реализации изобретения от около 8,0 до около 10,0% масс. металлической меди в пересчете на всю массу каталитического состава.
[0013] В одном или более вариантах реализации изобретения, к промоутеру катализатора или добавочному металлу относится щелочной металл в виде солей щелочного металла. В одном или более вариантах реализации изобретения, используемые соли щелочного металла включают, но не ограничиваются только ими: галогениды лития, натрия, и калия. В конкретных вариантах реализации изобретения, применяется хлорид калия. Тем не менее, практическое применение одного или более вариантов реализации настоящего изобретения не ограничивается при выборе какой-либо конкретной соли щелочного металла, и, следовательно, может быть сделана ссылка на Патенты США № 5292703 и № публ. 2009/0054708, которые включены в настоящий документ посредством ссылки.
[0014] В одном или более вариантах реализации изобретения каталитический состав содержит более, чем 0,25, в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,5, в других вариантах реализации изобретения более, чем 1,0, и в других вариантах реализации изобретения более, чем 1,05% масс. щелочного металла в пересчете на всю массу каталитического состава, который, как описано выше, содержит носитель катализатора, металлы, и лиганды или противоположные анионы, связанные с любой заданной металлической добавкой. В этих или других вариантах реализации изобретения, каталитический состав содержит менее, чем 1,6, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 1,5, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 1,4, и в других вариантах реализации изобретения менее, чем 1,3% масс. щелочного металла в пересчете на всю массу каталитического состава. В одном или более вариантах реализации изобретения каталитический состав содержит от около 0,25 до около 1,6, в других вариантах реализации изобретения от около 0,5 до около 1,5, в других вариантах реализации изобретения от около 1,0 до около 1,4, и в других вариантах реализации изобретения от около 1,05 до около 1,3% масс. щелочного металла в пересчете на всю массу каталитического состава. Вышеприведенные %(ы) масс. основаны на использовании калия в качестве щелочного металла; если вместо калия используется другой щелочной металл, то вышеприведенный(е) %(ы) масс. будет(ут) скорректирован(ы) на разницу в элементарной массе другого щелочного металла, сохраняя мольный эквивалент к молям калия, присутствующего в любом заданном % масс.
[0015] В одном или более вариантах реализации изобретения, к промоутеру катализатора или добавочному металлу относится щелочноземельный металл в виде солей щелочноземельного металла. В одном или более вариантах реализации изобретения, используемые соли щелочноземельного металла включают, но не ограничиваются только ими: галогениды бериллия, магния и кальция. В конкретных вариантах реализации изобретения применяется хлорид магния. Тем не менее, практическое применение одного или более вариантов реализации настоящего изобретения не ограничивается при выборе какой-либо конкретной соли щелочноземельного металла, и, следовательно, может быть сделана ссылка на Патент США № 5292703 и Публикацию № 2009/0054708, которые включены в настоящий документ посредством ссылки.
[0016] В одном или более вариантах реализации изобретения, каталитический состав содержит более, чем 0,25, в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,5, в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,75, и в других вариантах реализации изобретения более, чем 1,0% масс. щелочноземельного металла в пересчете на всю массу каталитического состава, который, как описано выше, содержит носитель катализатора, металлы, и лиганды или противоположные анионы, связанные с любой заданной металлической добавкой. В этих или других вариантах реализации изобретения, каталитический состав содержит менее, чем 3,0, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 2,5, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 2,25, и в других вариантах реализации изобретения менее, чем 2,0% масс. щелочноземельного металла в пересчете на всю массу каталитического состава. В одном или более вариантах реализации изобретения, каталитический состав содержит от около 0,25 до около 3,0, в других вариантах реализации изобретения от около 0,5 до около 2,5, в других вариантах реализации изобретения от около 0,75 до около 2,25, и в других вариантах реализации изобретения от около 1,0 до около 2,0% масс. щелочноземельного металла в пересчете на всю массу каталитического состава. Вышеприведенные %(ы) масс. основаны на использовании магния в качестве щелочноземельного металла; если вместо магния используется другой щелочноземельный металл, то вышеприведенный(е) %(ы) масс. будет(ут) скорректирован(ы) на разницу в элементарной массе другого щелочноземельного металла, сохраняя мольный эквивалент к молям магния, присутствующего в любом заданном % масс.
[0017] В одном или более вариантах реализации изобретения, промоутер катализатора или добавочный металл включает переходный металл в виде солей переходного металла. В одном или более вариантах реализации изобретения, используемые соли переходного металла включают, но не ограничиваются только ими: галогениды марганца и рения. В конкретных вариантах реализации изобретения, применяются хлориды марганца и/или рения. Тем не менее, практическое применение одного или более вариантов реализации настоящего изобретения не ограничивается при выборе какой-либо конкретной соли переходного металла, и, следовательно, может быть сделана ссылка на Патенты США № 5292703 и Изд. США № 2009/0054708, которые включены в настоящий документ посредством ссылки.
[0018] В одном или более вариантах реализации изобретения, каталитический состав содержит более, чем 0, в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,5, в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,75, и в других вариантах реализации изобретения более, чем 1,0% масс. переходного металла в пересчете на всю массу каталитического состава, который, как описано выше, содержит носитель катализатора, металлы, и лиганды или противоположные анионы, связанные с любой заданной металлической добавкой. В этих или других вариантах реализации изобретения, каталитический состав содержит менее, чем 3,0, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 2,5, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 2,3, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 2,2, и в других вариантах реализации изобретения менее, чем 2,0% масс. переходного металла в пересчете на всю массу каталитического состава. В одном или более вариантах реализации изобретения, каталитический состав содержит от около 0 до около 2,5, в других вариантах реализации изобретения от около 0,75 до около 2,3, и в других вариантах реализации изобретения от около 1,0 до около 2,2% масс. переходного металла в пересчете на всю массу каталитического состава. Вышеприведенные %(ы) масс. основаны на использовании марганца в качестве переходного металла; если вместо марганца используется другой переходный металл, то вышеприведенный(е) %(ы) масс. будет(ут) скорректирован(ы) на разницу в элементарной массе другого переходного металла, сохраняя мольный эквивалент к молям марганца, присутствующего в любом заданном % масс.
Материалы носителя
[0019] Практическое применение одного или более вариантов реализации настоящего изобретения ограничивается при выборе какого-либо конкретного носителя катализатора. В этой связи Патент США № 5292703 и Публикации № 2009/0054708, 2009/0298682, 2010/0274061, 2006/0129008, и 2004/0192978 включены в настоящий документ посредством ссылки.
[0020] В конкретных вариантах реализации изобретения применяются алюмооксидные носители. Алюмооксидные носители, применяемые для катализаторов оксихлорирования, хорошо известны в данной отрасли и в промышленных масштабах доступны под торговыми марками Catalox и Puralox (Sasol).
Получение материалов катализатора
[0021] Как было отмечено выше, материалы катализатора на носителе по настоящему изобретению могут быть изготовлены посредством пропитки носителя водными растворами, несущими один или несколько из: активный металл катализатора и каталитические промоутеры, посредством пропитки по влагоемкости. Для целей данного описания, и если не указано иное, методику пропитки носителя следует понимать в самом широком смысле и она включает смачивание носителя в широком диапазоне (например, от 80% до 115% объема его пор). В одном или более вариантах реализации изобретения, носитель, обработанный водным раствором и ставший увлажненным, впоследствии может быть высушен. В одном или более вариантах реализации изобретения, катализатор на носителе или какой-либо прекурсор может быть прокален.
[0022] В одном или более вариантах реализации изобретения, стадия пропитки носителя происходит во множество стадий. Иначе говоря, носитель пропитывается в две или более стадии пропитки для получения желаемого материала на носителе. В одном или более вариантах реализации изобретения, способ двухстадийной пропитки реализовывается с использованием первого и второго водных растворов, содержащих соли меди и специальные промотирующие металлы. В контексте настоящего изобретения, ссылка на первую стадию пропитки будет соответствовать применению первого водного раствора, а ссылка на вторую стадию пропитки будет соответствовать применению второго водного раствора.
[0023] В одном или более вариантах реализации изобретения, две стадии пропитки выполняются с применением стандартных методов для многократных пропиток носителя катализатора. В одном или более вариантах реализации изобретения, после первой стадии пропитки катализатор может быть высушен перед второй стадией пропитки. В одном или более вариантах реализации изобретения, материал катализатора высушивают до точки, где он содержит менее, чем 5,0%, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 3,0%, и в других вариантах реализации изобретения менее, чем 1,0% воды в пересчете на массу перед началом второй стадии пропитки. В одном или более вариантах реализации изобретения, материал катализатора высушивают после первой стадии пропитки до уровня, при котором достигается достаточный объем пор для того, чтобы при второй стадии пропитки сделать возможным нанесение желаемого количества материала. После второй стадии пропитки, материал катализатора снова высушивают. В одном или более вариантах реализации изобретения, после второй стадии пропитки материал катализатора высушивают до точки, где он содержит менее, чем 5,0%, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 3,0%, и в других вариантах реализации изобретения менее, чем 1,0% воды в пересчете на массу.
Первый раствор
[0024] В одном или более вариантах реализации изобретения, первый раствор содержит соль меди, соль щелочного металла, при необходимости соль щелочноземельного металла, и при необходимости соль переходного металла. В конкретных вариантах реализации изобретения, первый раствор содержит соль меди, соль щелочного металла, и соль щелочноземельного металла. Также, в конкретных вариантах реализации изобретения, первый раствор содержит соль меди, соль щелочного металла, соль щелочноземельного металла, и соль переходного металла.
[0025] В одном или более вариантах реализации изобретения, концентрация соли меди в первом растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить носитель, после высыхания, металлической медью с концентрацией более, чем 2,5, в других вариантах реализации изобретения более, чем 3,3, в других вариантах реализации изобретения более, чем 3,7, и в других вариантах реализации изобретения более, чем 4,0% масс. металлической меди в пересчете на всю массу каталитического состава, который, как описано выше, содержит носитель катализатора, металлы, и лиганды или противоположные анионы, связанные с любой заданной металлической добавкой. В этих или других вариантах реализации изобретения, концентрация соли меди в первом растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить носитель, после высыхания, металлической медью с концентрацией менее, чем 6,5, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 5,5, и в других вариантах реализации изобретения менее, чем 5,0% масс. металлической меди в пересчете на всю массу каталитического состава. В одном или более вариантах реализации изобретения, концентрация соли меди в первом растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить носитель, после высыхания, металлической медью с концентрацией от около 2,5 до около 6, в других вариантах реализации изобретения от около 3,3 до около 5,5, и в других вариантах реализации изобретения от около 4,0 до около 5,0% масс. металлической меди в пересчете на всю массу каталитического состава. Иначе говоря, вышеизложенное представляет собой масс. %(ы) меди на высушенном носителе после первой стадии пропитки.
[0026] В одном или более вариантах реализации изобретения, концентрация соли щелочного металла в первом растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить носитель, после высыхания, щелочным металлом с концентрацией более, чем 0,25, в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,5, в других вариантах реализации изобретения более, чем 1,0, и в других вариантах реализации изобретения более, чем 1,05% масс. щелочного металла в пересчете на всю массу каталитического состава, который, как описано выше, содержит носитель катализатора, металлы, и лиганды или противоположные анионы, связанные с любой заданной металлической добавкой. В этих или других вариантах реализации изобретения, концентрация соли щелочного металла в первом растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить носитель, после высыхания, щелочным металлом с концентрацией менее, чем 1,6, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 1,5, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 1,4, и в других вариантах реализации изобретения менее, чем 1,3% масс. щелочного металла в пересчете на всю массу каталитического состава. В одном или более вариантах реализации изобретения, концентрация соли щелочного металла в первом растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить носитель, после высыхания, щелочным металлом с концентрацией от около 0,25 до около 1,6, в других вариантах реализации изобретения от около 0,5 до около 1,5, в других вариантах реализации изобретения от около 1,0 до около 1,4, в других вариантах реализации изобретения от около 1,05 до около 1,3% масс. щелочного металла в пересчете на всю массу каталитического состава. Вышеприведенные %(ы) масс. основаны на использовании калия в качестве щелочного металла; если вместо калия используется другой щелочной металл, то вышеприведенный(е) %(ы) масс. будет(ут) скорректирован(ы) на разницу в элементарной массе другого щелочного металла, сохраняя мольный эквивалент к молям калия, присутствующего в любом заданном % масс. Иначе говоря, вышеизложенное представляет собой %(ы) масс. щелочного металла на высушенном носителе после первой стадии пропитки.
[0027] В одном или более вариантах реализации изобретения, концентрация соли щелочноземельного металла в первом растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить носитель, после высыхания, щелочноземельным металлом с концентрацией более, чем 0,5, в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,7, и в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,85, а также в других вариантах реализации изобретения более, чем 1,0% масс. щелочноземельного металла в пересчете на всю массу каталитического состава, который, как описано выше, содержит носитель катализатора, металлы, и лиганды или противоположные анионы, связанные с любой заданной металлической добавкой. В этих или других вариантах реализации изобретения, концентрация соли щелочноземельного металла в первом растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить носитель, после высыхания, щелочноземельным металлом с концентрацией менее, чем 2,5, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 2,0, и в других вариантах реализации изобретения менее, чем 1,7, а также в других вариантах реализации изобретения менее, чем 1,5% масс. щелочноземельного металла в пересчете на всю массу каталитического состава. В одном или более вариантах реализации изобретения, концентрация соли щелочноземельного металла в первом растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить носитель, после высыхания, щелочноземельным металлом с концентрацией 0%. В одном или более вариантах реализации изобретения, концентрация соли щелочноземельного металла в первом растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить носитель, после высыхания, щелочноземельным металлом с концентрацией от около 0,5 до около 2,5, в других вариантах реализации изобретения от около 0,7 до около 2,0, и в других вариантах реализации изобретения от около 0,85 до около 1,7, а также в других вариантах реализации изобретения от около 1,0 до около 1,5% масс. щелочноземельного металла в пересчете на всю массу каталитического состава. Вышеприведенные %(ы) масс. основаны на использовании магния в качестве щелочноземельного металла; если вместо магния используется другой щелочноземельный металл, то вышеприведенный(е) %(ы) масс. будет(ут) скорректирован(ы) на разницу в элементарной массе другого щелочноземельного металла, сохраняя мольный эквивалент к молям магния, присутствующего в любом заданном % масс. Иначе говоря, вышеизложенное представляет собой масс. %(ы) щелочноземельного металла на высушенном носителе после первой стадии пропитки.
[0028] В одном или более вариантах реализации изобретения, концентрация соли переходного металла в первом растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить носитель, после высыхания, переходным металлом с концентрацией более, чем 0, в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,5, и в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,75, а также в других вариантах реализации изобретения более, чем 1,0% масс. переходного металла в пересчете на всю массу каталитического состава, который, как описано выше, содержит носитель катализатора, металлы, и лиганды или противоположные анионы, связанные с любой заданной металлической добавкой. В этих или других вариантах реализации изобретения, концентрация соли переходного металла в первом растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить носитель, после высыхания, переходным металлом с концентрацией менее, чем 2,5, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 2,3, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 2,2, и в других вариантах реализации изобретения менее, чем 2,0% масс. переходного металла в пересчете на всю массу каталитического состава. В одном или более вариантах реализации изобретения, концентрация соли переходного металла в первом растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить носитель, после высыхания, переходным металлом с концентрацией от около 0 до около 2,5, в других вариантах реализации изобретения от около 0,5 до около 2,25, в других вариантах реализации изобретения от около 0,75 до около 2,0, и в других вариантах реализации изобретения от около 1,0 до около 2,0% масс. переходного металла в пересчете на всю массу каталитического состава. Иначе говоря, вышеизложенное представляет собой масс. %(ы) переходного металла на высушенном носителе после первой стадии пропитки. Вышеприведенные %(ы) масс. основаны на использовании марганца в качестве переходного металла; если вместо марганца используется другой переходный металл, то вышеприведенный(е) %(ы) масс. будет(ут) скорректирован(ы) на разницу в элементарной массе другого переходного металла, сохраняя мольный эквивалент к молям марганца, присутствующего в любом заданном % масс.
Второй раствор
[0029] В одном или более вариантах реализации изобретения, второй раствор содержит соль меди, соль щелочноземельного металла, при необходимости соль переходного металла, и по существу свободен от щелочного металла. В конкретных вариантах реализации изобретения, второй раствор содержит соль меди, соль щелочноземельного металла, соль переходного металла, и по существу свободен от щелочного металла. В других конкретных вариантах реализации изобретения, второй раствор содержит соль меди, соль щелочноземельного металла, и по существу свободен от щелочного металла и переходного металла.
[0030] В одном или более вариантах реализации изобретения, концентрация соли меди во втором растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить продукт первой пропитки, после высыхания, дополнительной металлической медью с концентрацией более, чем 1,5, в других вариантах реализации изобретения более, чем 2,5, в других вариантах реализации изобретения более, чем 3,3, в других вариантах реализации изобретения более, чем 3,7, и в других вариантах реализации изобретения более, чем 4,0% масс. металлической меди в пересчете на всю массу каталитического состава, который, как описано выше, содержит носитель катализатора, металлы, и лиганды или противоположные анионы, связанные с любой заданной металлической добавкой. В этих или других вариантах реализации изобретения, концентрация соли меди во втором растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить продукт первой пропитки, после высыхания, дополнительной металлической медью с концентрацией менее, чем 6,5, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 5,5, и в других вариантах реализации изобретения менее, чем 5,0% масс. металлической меди в пересчете на всю массу каталитического состава. В одном или более вариантах реализации изобретения, концентрация соли меди во втором растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить продукт первой пропитки, после высыхания, дополнительной металлической медью с концентрацией от около 2,5 до около 6,5, в других вариантах реализации изобретения от около 3,3 до около 5,5, и в других вариантах реализации изобретения от около 4,.0 до около 5,0% масс. металлической меди в пересчете на всю массу каталитического состава.
[0031] Специалисту в данной отрасли будет понятно, что дополнительный металл (например, дополнительная медь), внесенный посредством второй стадии пропитки (т.е. из второго раствора), может быть рассчитан основываясь на разнице между массовыми долями металла в пересчете на всю массу каталитического состава после первой стадии пропитки и массовыми долями металла в пересчете на всю массу каталитического состава после второй стадии пропитки. Например, если предполагается, что массовая доля меди после первой стадии пропитки составляет 4,5% масс. в пересчете на общую массу каталитического состава после первой стадии пропитки, и что массовая доля меди после второй стадии пропитки составляет 8,5% масс. в пересчете на общую массу каталитического состава после второй стадии пропитки, тогда общая дополнительная массовая доля меди, полученная посредством второй стадии пропитки, составляет 4,0% масс. в пересчете на общую массу каталитического состава после второй стадии пропитки.
[0032] В одном или более вариантах реализации изобретения, концентрация соли щелочноземельного металла во втором растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить продукт первой пропитки, после высыхания, дополнительным щелочноземельным металлом с концентрацией более, чем 0,06, в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,125, и в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,18, в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,20, в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,22, и в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,25% масс. щелочноземельного металла в пересчете на всю массу каталитического состава, который, как описано выше, содержит носитель катализатора, металлы, и лиганды или противоположные анионы, связанные с любой заданной металлической добавкой. В этих или других вариантах реализации изобретения, концентрация соли щелочноземельного металла во втором растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить продукт первой пропитки, после высыхания, дополнительным щелочноземельным металлом с концентрацией менее, чем 1,5, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 1,3, и в других вариантах реализации изобретения менее, чем 1,0% масс. щелочноземельного металла в пересчете на всю массу каталитического состава. В одном или более вариантах реализации изобретения, концентрация соли щелочноземельного металла во втором растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить продукт первой пропитки, после высыхания, дополнительным щелочноземельным металлом с концентрацией от около 0,06 до около 1,5, в других вариантах реализации изобретения от около 0,18 до около 1,3, и в других вариантах реализации изобретения от около 0,25 до около 1,0% масс. щелочноземельного металла в пересчете на всю массу каталитического состава. Вышеприведенные %(ы) масс. основаны на использовании магния в качестве щелочноземельного металла; если вместо магния используется другой щелочноземельный металл, то вышеприведенный(е) %(ы) масс. будет(ут) скорректирован(ы) на разницу в элементарной массе другого щелочноземельного металла, сохраняя мольный эквивалент к молям магния, присутствующего в любом заданном % масс.
[0033] В одном или более вариантах реализации изобретения, количество щелочноземельного металла, вносимого посредством второй стадии пропитки (т.е. из второго раствора) подсчитывается по отдельности или в комбинации с параметрами, изложенными выше, основываясь на количестве меди, внесенной посредством второй стадии пропитки. Иначе говоря, объем и состав изобретения может быть определен исходя из молярного соотношения щелочноземельного металла (например, магния) к меди, добавленное во второй стадии пропитки. В одном или более вариантах реализации изобретения, молярное соотношение щелочноземельного металла (например, магния) к меди, добавленное во второй стадии пропитки, составляет более, чем 0,19, в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,22, в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,24, в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,26, и в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,28. В одном или более вариантах реализации изобретения, молярное соотношение щелочноземельного металла к меди, добавленное во второй стадии пропитки составляет от около 0,20 до около 0,50, в других вариантах реализации изобретения составляет от около 0,22 до около 0,45, в других вариантах реализации изобретения составляет от около 0,24 до около 0,40, и в других вариантах реализации изобретения составляет от около 0,26 до около 0,36.
[0034] В одном или более вариантах реализации изобретения, концентрация соли переходного металла во втором растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить продукт первой пропитки, после высыхания, переходным металлом с концентрацией более, чем 0, в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,5, и в других вариантах реализации изобретения более, чем 0,75, а также в других вариантах реализации изобретения более, чем 1,0% масс. переходного металла в пересчете на всю массу каталитического состава, который, как описано выше, содержит носитель катализатора, металлы, и лиганды или противоположные анионы, связанные с любой заданной металлической добавкой. В этих или других вариантах реализации изобретения, концентрация соли переходного металла во втором растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить продукт первой пропитки, после высыхания, переходным металлом с концентрацией менее, чем 2,5, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 2,3, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 2,2, и в других вариантах реализации изобретения менее, чем 2,0% масс. переходного металла в пересчете на всю массу каталитического состава. В одном или более вариантах реализации изобретения, концентрация соли переходного металла во втором растворе рассчитывается так, чтобы обеспечить продукт первой пропитки, после высыхания, переходным металлом с концентрацией от около 0 до около 2,5, в других вариантах реализации изобретения от около 0,5 до около 2,25, в других вариантах реализации изобретения от около 0,75 до около 2,0, и в других вариантах реализации изобретения от около 1,0 до около 2,0% масс. переходного металла в пересчете на всю массу каталитического состава. Вышеприведенные %(ы) масс. основаны на использовании марганца в качестве переходного металла; если вместо марганца используется другой переходный металл, то вышеприведенный % масс. будет скорректирован на разницу в элементарной массе другого переходного металла, сохраняя мольный эквивалент к молям марганца, присутствующего в любом заданном % масс.
[0035] Как было описано выше, второй раствор по существу свободен от щелочного металла. Это включает, по определению, что он, по существу, свободен от щелочного металла и любых солей или других соединений, содержащих щелочные металлы. По существу свободен, как определение, применяемое по отношению к щелочному металлу, включает такое или меньшее количество щелочного металла, которое не будет иметь значительное влияние на катализатор на носителе, особенно что касается практической реализации настоящего изобретения. Это включает в себя требование о том, что количество щелочного металла во втором растворе меньше, чем то количество, которое будет иметь вредное влияние на слипаемость катализатора на носителе, изготовленном в соответствии с настоящим изобретением. В одном или более вариантах реализации изобретения, второй раствор свободен от щелочного металла. В одном или более вариантах реализации изобретения, концентрация любого щелочного металла или соли щелочного металла во втором растворе меньше, чем то количество, которое обеспечило бы носитель, после высыхания, дополнительным щелочным металлом с концентрацией в 0,5, в других вариантах реализации изобретения 0,3, в других вариантах реализации изобретения 0,1, или в других вариантах реализации изобретения 0,05% масс. щелочного металла.
[0036] Как было описано выше, в конкретных вариантах реализации изобретения, второй раствор по существу свободен от переходного металла. Это включает, по определению, что он, по существу, свободен от переходного металла и любых солей или других соединений, содержащих переходные металлы. По существу свободен, как определение, применяемое по отношению к переходному металлу, включает такое или меньшее количество переходного металла, которое не будет иметь значительное влияние на катализатор на носителе, особенно что касается практической реализации настоящего изобретения. В одном или более вариантах реализации изобретения, второй раствор свободен от переходного металла. В одном или более вариантах реализации изобретения, концентрация любого переходного металла или соли переходного металла во втором растворе конкретных вариантов реализации изобретения меньше, чем то количество, которое обеспечило бы носитель, после высыхания, дополнительным переходным металлом с концентрацией 0,5, в других вариантах реализации изобретения 0,3, в других вариантах реализации изобретения 0,1, или в других вариантах реализации изобретения 0,05% масс. переходного металла.
Промышленная применимость
[0037] В одном или более вариантах реализации, каталитические составы по настоящему изобретению используются в способах оксихлорирования для преобразования этилена в 1,2-дихлорэтан. Эти способы известны, поскольку описаны в Патенте США № 5292703 и Публикации № 2009/0054708, 2009/0298682, 2010/0274061, 2006/0129008, и 2004/0192978, которые включены в настоящий документ посредством ссылки. В одном или более вариантах реализации изобретения, в способе используется реактор с псевдоожиженным слоем. В конкретных вариантах реализации изобретения, в способе используется реактор с разделенным слоем.
[0038] В одном или более вариантах реализации изобретения, катализатор оксихлорирования по настоящему изобретению может преимущественно применяться в способах оксихлорирования, где молярное соотношение кислорода к хлористому водороду (O2/2HCl) приближается к стехиометрической скорости добавления в 0,5. В одном или более вариантах реализации изобретения, способ происходит при молярном соотношении кислорода к хлористому водороду (02/2HCl) менее чем 0,9, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 0,7, в других вариантах реализации изобретения менее чем 0,64, в других вариантах реализации изобретения менее чем 0,62, в других вариантах реализации изобретения менее, чем 0,58, в других вариантах реализации изобретения менее 0,57, в других вариантах реализации изобретения менее 0,56, в других вариантах реализации изобретения менее 0,55, в других вариантах реализации изобретения менее 0,54, в других вариантах реализации изобретения менее 0,53, в других вариантах реализации изобретения менее 0,52, в других вариантах реализации изобретения менее 0,51, в других вариантах реализации изобретения менее 0,50, в других вариантах реализации изобретения менее 0,48, в других вариантах реализации изобретения менее чем 0,46, и в других вариантах реализации изобретения менее 0,44, не становясь ухудшающим по слипаемости.
[0039] Этот способ может осуществляться как раз за счет использования способа, при котором любой непрореагировавший этилен выпускается или удаляется иным образом, или в способе рециркуляции, при котором непрореагировавший этилен возвращается обратно в реактор. В способе рециркуляции соотношение HCl к этилену будет стремиться быть ниже, чем 2, при этом как раз за счет использования способа оно будет стремиться приближаться или быть ближе к 2 таким образом в результате весь молярный рабочий диапазон HCl к этилену составляет от около 1 до около 2.
[0040] Каталитические составы по настоящему изобретению являются высокоэффективными катализаторами для оксихлорирования этилена до EDC (1,2-дихлорэтан). Температура способа реакции варьируется от около 170°C до около 260°C, от около 180°C до около 250°C, и более конкретно от около 190°C до около 240°C. Давление реакции варьируется от атмосферного вплоть до около 200фунт/кв. дюйм изб. Время контакта в слое флюида и в неподвижном слое катализатора может варьироваться от около 5 секунд до около 50 секунд (время контакта определяется в контексте настоящего изобретения как отношение объема реактора, занимаемого катализатором, к объемной скорости потока сырьевых газов при контроле температуры в реакторе и давления в верхней части), и более предпочтительно составляет от около 5 секунд до около 35 секунд. Соотношение реагентов: этилен, HCl и кислород, основываясь на молях HCl, подаваемого в реактор, находится в диапазоне от 1,0 до около 2,0 моль этилена и от около 0,5 до около 0,9 моль кислорода на 2,0 моль HCl. Как уже упоминалось выше, современные способы оксихлорирования пытаются выполнять в стехиометрическом соотношении от около 1 до около 2 моль HCl к 1 молю этилена.
Таблица I - Общий состав
| Металл | Низкая мольность на кг катализатора |
Высокая мольность на кг катализатора |
Низкий % масс. | Высокий % масс. |
| Щелочной (% масс. в пересчете на K) | ||||
| Вариант реализации изобретения 1. | 0,06 | 0,41 | 0,25 | 1,6 |
| Вариант реализации изобретения 2. | 0,13 | 0,38 | 0,50 | 1,5 |
| Вариант реализации изобретения 3. | 0,26 | 0,36 | 1,00 | 1,4 |
| Вариант реализации изобретения 4. | 0,27 | 0,33 | 1,05 | 1,3 |
| Щелочноземельный (% масс. в пересчете на Mg) | ||||
| Вариант реализации изобретения 1. | 0,10 | 1,23 | 0,25 | 3,0 |
| Вариант реализации изобретения 2. | 0,21 | 1,03 | 0,50 | 2,5 |
| Вариант реализации изобретения 3. | 0,31 | 0,93 | 0,75 | 2,25 |
| Вариант реализации изобретения 4. | 0,41 | 0,82 | 1,0 | 2,0 |
| Переходный металл (% масс. в пересчете на Mn) | ||||
| Вариант реализации изобретения 1. | 0,00 | 0,46 | 0,00 | 2,5 |
| Вариант реализации изобретения 2. | 0,04 | 0,45 | 0,20 | 2,45 |
| Вариант реализации изобретения 3. | 0,07 | 0,43 | 0,40 | 2,35 |
| Вариант реализации изобретения 4. | 0,09 | 0,42 | 0,50 | 2,3 |
| Вариант реализации изобретения 5. | 0,14 | 0,40 | 0,75 | 2,2 |
| Вариант реализации изобретения 6. | 0,18 | 0,36 | 1,0 | 2,0 |
Таблица II - Первый раствор
| Металл | Низкая мольность на кг катализатора |
Высокая мольность на кг катализатора |
Низкий % масс. | Высокий % масс. |
| Щелочной (% масс. в пересчете на K) | ||||
| Вариант реализации изобретения 1. | 0,06 | 0,41 | 0,25 | 1,6 |
| Вариант реализации изобретения 2. | 0,13 | 0,38 | 0,5 | 1,5 |
| Вариант реализации изобретения 3. | 0,26 | 0,36 | 1,0 | 1,4 |
| Вариант реализации изобретения 4. | 0,27 | 0,33 | 1,05 | 1,3 |
| Щелочноземельный (% масс. в пересчете на Mg) | ||||
| Вариант реализации изобретения 1. | 0,21 | 1,03 | 0,5 | 2,5 |
| Вариант реализации изобретения 2. | 0,29 | 0,82 | 0,7 | 2,0 |
| Вариант реализации изобретения 3. | 0,35 | 0,7 | 0,85 | 1,7 |
| Вариант реализации изобретения 4. | 0,41 | 0,62 | 1,0 | 1,5 |
| Переходный металл (% масс. в пересчете на Mn) | ||||
| Вариант реализации изобретения 1. | 0 | 0,46 | 0 | 2,5 |
| Вариант реализации изобретения 2. | 0,04 | 0,45 | 0,20 | 2,45 |
| Вариант реализации изобретения 3. | 0,07 | 0,43 | 0,40 | 2,35 |
| Вариант реализации изобретения 4. | 0,09 | 0,42 | 0,5 | 2,3 |
| Вариант реализации изобретения 5. | 0,14 | 0,40 | 0,75 | 2,2 |
| Вариант реализации изобретения 6. | 0,18 | 0,36 | 1,0 | 2,0 |
Таблица III - Второй раствор
| Металл | Низкая мольность на кг катализатора |
Высокая мольность на кг катализатора |
Низкий % масс. | Высокий % масс. |
| Щелочноземельный (% масс. в пересчете на Mg) | ||||
| Вариант реализации изобретения 1. | 0,02 | 0,62 | 0,06 | 1,5 |
| Вариант реализации изобретения 2. | 0,05 | 0,125 | ||
| Вариант реализации изобретения 3. | 0,07 | 0,53 | 0,18 | 1,3 |
| Вариант реализации изобретения 4. | 0,10 | 0,41 | 0,25 | 1,0 |
| Переходный металл (% масс. в пересчете на Mn) | ||||
| Вариант реализации изобретения 1. | 0 | 0,46 | 0 | 2,5 |
| Вариант реализации изобретения 2. | 0,04 | 0,45 | 0,20 | 2,45 |
| Вариант реализации изобретения 3. | 0,07 | 0,43 | 0,40 | 2,35 |
| Вариант реализации изобретения 4. | 0,09 | 0,42 | 0,5 | 2,3 |
| Вариант реализации изобретения 5. | 0,14 | 0,40 | 0,75 | 2,2 |
| Вариант реализации изобретения 6. | 0,15 | 0,36 | 1,0 | 2,0 |
[0041] Для того, чтобы продемонстрировать практическое осуществление настоящего изобретения, следующие примеры были предварительно подготовлены и испытаны. Тем не менее, данные примеры не следует рассматривать как ограничивающие объем настоящего изобретения. Формула изобретения будет служить для определения изобретения.
ПРИМЕРЫ
[0042] Катализаторы изготавливают посредством пропитки алюмооксидного носителя водным раствором желаемых хлоридов металлов с применением двухстадийного способа пропитки, за исключением Сравнительного примера 1, который изготавливают с применением одной стадии пропитки. Раствор хлорида металла добавляют к алюмооксидному носителю в ходе того, как его перемешивают вращательным движением в керамической кювете. Каждая пропитка выполняется при комнатной температуре. После каждой пропитки керамическую кювету, содержащую катализатор, помещают на паровую баню на время начальной фазы сушки (около 4-6 часов), а затем нагревают до 180 ° С на время заключительной фазы сушки (до 16 часов).
[0043] Алюмооксидный носитель для первого набора Образцов (т.е. Сравнительных образцов 1-3 и Образцов изобретения 1 и 3-6), приобретенный под торговой маркой Catalox SCCa 25/200 (Sasol), характеризуется объемом пор 0,40-0,50 мл/г, площадью поверхности 180-210 м2/г, распределением частиц по размерам, причем 0% - 10% частиц меньше, чем 22 мкм, а 905-100% частиц меньше, чем 125 мкм. Алюмооксидный носитель Образца изобретения 2, приобретенный под торговой маркой Puralux SCCa 30/200 (Sasol), характеризуется объемом пор 0,40-0,50 мл/г, площадью поверхности 180-210 м2/г, распределением частиц по размерам, причем 0% - 10% частиц меньше, чем 22 мкм, а 905-100% частиц меньше, чем 125 мкм. Объем каждого используемого раствора соответствует 90-115% объема пор носителя.
[0044] Водные растворы приготовлены посредством применения одной или нескольких из следующих солей металлов: CuCl2·2 H2O, KCl, MgCl2·6 H2O, MnCl4·4 H2O. В Таблице IV приводятся подробные данные для металла, нанесенного на носитель для каждого образца катализатора, и специалист в данной отрасли может без излишнего расчета или экспериментов, определить количество соли металла, которое необходимо добавить в данный раствор для того, чтобы достичь желаемой концентрации металла. Например, изготовление Сравнительного примера 3 посредством двухстадийной пропитки включает приготовление первого раствора посредством смешивания 9,73 г CuCl2, 2,48 г KCl, 5,72 г MgCl2, и 1,79 г MnCl4, и растворения того же самого в воде, с доведением до 34,3 мл воды (количество которой содержит 9,76 г воды гидратации, связанной с солями). Этот раствор соединяют с 80,28 г оксида алюминия. После высыхания, готовый катализатор после первой стадии пропитки содержит металл, приведенный в Таблице IV, исходя из предположения, что все металлы пристают к носителю. Вслед за первой пропиткой, второй раствор готовится посредством смешивания 9,94 г CuCl2, и 1,37 г MgCl2, и растворения того же самого в воде, с доведением до 37,9 мл воды (которая содержит 4,22 г воды гидратации, связанной с солями). Этот раствор соединяют с 88,68 г каталитического состава из первой стадии, а затем высушивают, чтобы получить 100 г образца каталитического состава, имеющего металл, приставший к нему, как было представлено в Таблице IV; т.е. 100 г готового каталитического состава содержало 8,78 г Cu, 1,15 г K, 1,64 г Mg, и 0,44 г Mn в пересчете на массу металла, связанного с соответствующими поглощенными или приставшими солями.
[0045] В Таблице IV также представлено количество металла, содержащегося в растворе, используемом для второй пропитки, а также молярное соотношение Mg к Cu, добавленных во второй стадии пропитки. Снова со ссылкой на Сравнительный пример 3, специалисту в данной отрасли будет понятно, что 9,94 г CuCl2 соответствует 4,7 г Cu, а 1,37 г MgCl2 соответствует 0,35 г Mg. Эти количества обеспечивают молярное соотношение Mg к Cu 0,19 (т.е. 0,0144/0,0740).
[0046] Также, в Таблице IV представлено количество добавленного металла, внесенного посредством второй стадии пропитки. В соответствии с разъяснениями, представленными выше, это количество рассчитывается, основываясь на разнице между массовой долей металла, присутствующего на носителе после первой стадии пропитки и массовой долей металла, присутствующего на носителе после второй стадии пропитки, и представлено в виде массовой доли добавленного количества в пересчете на общую массу готового каталитического состава. Например, и снова со ссылкой на Сравнительный пример 3, количество Cu, присутствующей в каталитическом составе после первой стадии пропитки составляет 4,6% масс., а количество Cu, присутствующей в каталитическом составе после второй стадии пропитки, составляет 8,78% масс., и таким образом разница составляет 4,18% масс. в пересчете на общую массу всего готового каталитического состава.
[0047] Лабораторный реактор используется, чтобы анализировать применимость каждого каталитического состава. Лабораторный реактор содержит трубчатый стеклянный реактор с внутренней площадью поперечного сечения 2,78 см2. Реактор работает при атмосферном давлении и заполнен катализатором в количестве, приводящем к высоте псевдоожиженного слоя 20 ± 1,0 см. Сырьевой газ содержит 6,96 моль/мин N2, 4,87 моль/мин этилена, 5,32 ммоль/мин HCl, и переменное молярное соотношение подачи O2 к 2HCl в диапазоне от 0,6 до 0,46. Температура реакции измеряется с использованием центрированной термопары в псевдоожиженном слое и регулируется для внешнего электрического нагревания. HCl в сырье и в продуктовом газе измеряется посредством титрования. N2, C2H4, O2, COx, и хлорированные углеводороды измеряются посредством GC (HP 6890 серий; типы колонок - 1) Vocol стеклянная капиллярная колонка (60 м; 0,75 мм ID; 1,5 мкм толщина пленки. 2) 80/100 Porapak N колонка (12 футов х 1/8 дюйма, нержавеющая сталь). 3) 60/80 молекулярное сито, 5 ангстрем (6 футов х 1/8 дюйма); Детекторы - 2 TCD. Детектор B (колонка Vocol) Детектор A (мольное сито/Porapak); Один TCD используется для обнаружения легких газов, таких как O2, N2, и СО из колонки молекулярного сита, и более тяжелых газов, таких как CO2 и этилен, а также более легких хлорированных углеводородов, таких как винилхлорид и этилхлорид из колонки Porapak. Второй TCD используется для обнаружения оставшихся более тяжелых хлорированных углеводородов из колонки Vocol начиная с хлороформа, включая EDC и другие более тяжелые хлорированные побочные продукты.).
[0048] Основываясь на анализе и количествах сырьевого газа, рассчитывается степень превращения HCl, степень превращения этилена, селективность EDC и селективность различных окисленных и хлорированных побочных продуктов. Противодействие слипанию вычисляется посредством постепенного уменьшения соотношения кислорода к 2HCl при заданной рабочей температуре до точки, где происходят видимые накапливания катализатора, колебания перепада давления или внезапные изменения в селективности. Более конкретно, наблюдение за слипаемостью катализатора достигается как визуально, так и посредством измерения изменения в перепаде давления в псевдоожиженном слое с использованием устройства измерения перепада давления. В обычных условиях псевдоожижения или без слипания катализатор свободно и плавно перемещается в реакторе с достаточно постоянной выходной скоростью отходящего газа, при этом газообразные карманы или пузырьки, наблюдаемые в слое, имеют малый диаметр и незначительны в большом количестве. Это визуальное наблюдение соответствует измеренному перепаду давления, который содержал очень мало шума или флуктуации в значении дифференциального давления, которое наблюдается в способе хорошего псевдоожижения или в условиях без слипания.
[0049] По мере того как катализатор становится липким, высота слоя флюида увеличивается на 10% от нормальной высоты слоя перед падением флюидизации или возникновением существенной слипаемости катализатора. В критической точке наблюдается закупоривание слоя катализатора там, где образуются большие газовые карманы, и катализатор больше не флюидизируется хорошо, вместо этого демонстрируя комкование или накапливание частиц. Кроме того, перепад давления, наблюдаемый в псевдоожиженном слое, становится неустойчивым, когда колебания больше, чем нормальные по отношению к работе в условиях без слипания. Типовые показатели перепада давления могут изменяться в пределах +/- 1 мбар в условиях работы без слипания. Этот "низкий шум" показаний давления относится к хорошему псевдоожижению или условиям эксплуатации без слипания. Когда показатель перепада давления последовательно изменяется более чем на +/- 3 мбар, это состояние "высокого шума" представляет собой точку плохого псевдоожижения или слипаемости катализатора.
[0001]
Таблица IV
| Сравнительный | Изобретения | ||||||||
| Образец № | 1 | 2 | 3 | 1 | 2* | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Целевой состав (Стадия 1) | |||||||||
| Cu (% масс.) | 8,7 | 4,3 | 4,6 | 4,2 | 4,2 | 4,6 | 4,4 | 4,6 | 4,5 |
| K (% масс.) | 0,03 | 1,1 | 1,3 | 1,11 | 1,11 | 1,2 | 1,2 | 1,3 | 1,25 |
| Mg (% масс.) | 1,15 | 1,3 | 1,46 | 1,31 | 1,30 | 1,5 | 1,2 | 1,46 | 1,3 |
| Mn (% масс.) | 0,2 | 0,8 | 0,5 | 0,8 | 0,8 | 0,5 | 0,6 | 0,5 | 1,0 |
| Целевой состав (Стадия 2) | |||||||||
| Cu (% масс.) | -- | 1,81 | 4,7 | 4,2 | 4,2 | 4,6 | 4,7 | 4,7 | 4,7 |
| Mg (% масс.) | -- | -- | 0,35 | 0,4 | 0,4 | 0,45 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| Mg:Cu (молярное соотношение) | нет данных | нет данных | 0,19 | 0,25 | 0,25 | 0,26 | 0,28 | 0,28 | 0,28 |
| Общий состав (готовый) | |||||||||
| Cu (% масс.) | 8,7 | 5,95 | 8,78 | 7,96 | 7,96 | 8,67 | 8,58 | 8,75 | 8,66 |
| K (% масс.) | 0,03 | 1,06 | 1,15 | 0,99 | 0,99 | 1,06 | 1,06 | 1,15 | 1,10 |
| Mg (% масс.) | 1,15 | 1,25 | 1,64 | 1,57 | 1,56 | 1,78 | 1,56 | 1,79 | 1,65 |
| Mn (% масс.) | 0,2 | 0,77 | 0,44 | 0,72 | 0,72 | 0,44 | 0,52 | 0,44 | 0,88 |
| Добавленный металл | |||||||||
| Cu (% масс.) | нет данных | 1,65 | 4,18 | 3,76 | 3,76 | 4,07 | 4,18 | 4,15 | 4.16 |
| Mg (% масс.) | нет данных | нет данных | 0,18 | 0,26 | 0,26 | 0,28 | 0,36 | 0,33 | 0,35 |
| РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ | |||||||||
| Слипаемость (Да/Нет) | Да | Да | Да | Нет | Нет | Нет | Нет | Нет | Нет |
| Соответствует или превосходит степень превращения HCl 99,5% и избирательность EDC 98,0% (Да/Нет) | Нет | Да | Да | Да | Да | Да | Да | Да | Да |
| Соответствует или превосходит степень превращения HCl 99,5% и избирательность EDC 99,0% (Да/Нет) | Нет | Да | Да | Да | Да | Да | Да | Да | Да |
[0050] Различные модификации и изменения, которые не отклоняются от объема и сущности настоящего изобретения, будут очевидны для специалистов в данной отрасли. Данное изобретение не должно быть надлежащим образом ограничено иллюстративными вариантами реализации, изложенными в настоящем документе.
1. Способ оксихлорирования, в котором этилен преобразуют в 1,2-дихлорэтан в присутствии медного катализатора на носителе, где способ включает:
стадию с использованием катализатора на носителе, полученного посредством (i) пропитки, на первой стадии, алюмооксидного носителя первым водным раствором, содержащим медь, дополнительный переходный металл, щелочной металл и щелочноземельный металл, чтобы таким образом образовался первый компонент катализатора; и (ii) пропитки, в последующей стадии, первого компонента катализатора вторым водным раствором, содержащим медь и щелочноземельный металл, где второй водный раствор содержит щелочноземельный металл и медь в молярном соотношении более 0,19, чтобы таким образом образовался катализатор на носителе.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что способ оксихлорирования проводится в реакторе с псевдоожиженным слоем.
3. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что реактор с псевдоожиженным слоем представляет собой реактор с разделенным слоем.
4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что катализатор на носителе содержит от 5,0 до 12 массовых процентов меди, в пересчете на всю массу каталитического состава.
5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что катализатор на носителе содержит от 0,25 до 3,0 массовых процентов щелочноземельного металла, в пересчете на всю массу каталитического состава.
6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что катализатор на носителе содержит от 0,25 до 1,6 массовых процентов щелочноземельного металла, в пересчете на всю массу каталитического состава.
7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что катализатор на носителе содержит от 0,5 до 2,25 массовых процентов переходного металла, в пересчете на всю массу каталитического состава.
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что щелочноземельный металл представляет собой магний.
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что щелочной металл представляет собой калий.
10. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что щелочноземельный металл представляет собой магний.
11. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что концентрация любого щелочного металла или соли щелочного металла во втором водном растворе меньше чем количество, которое обеспечило бы носитель медного катализатора после высыхания, дополнительным щелочным металлом с концентрацией 0,5 мас.% щелочного металла.
12. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что переходный металл представляет собой марганец.
13. Способ получения катализатора оксихлорирования этилена до 1,2-дихлорэтана, включающий стадии:
(i) пропитки, на первой стадии, алюмооксидного носителя первым водным раствором, содержащим медь, дополнительный переходный металл, щелочной металл и щелочноземельный металл, чтобы таким образом образовался первый компонент катализатора; и
(ii) пропитки, в последующей стадии, первого компонента катализатора вторым водным раствором, содержащим медь и щелочноземельный металл, где второй водный раствор содержит щелочноземельный металл и медь в молярном соотношении более 0,19, чтобы таким образом образовался катализатор на носителе.
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что концентрация любого щелочного металла или соли щелочного металла во втором водном растворе меньше, чем количество, которое обеспечило бы носитель медного катализатора после высыхания, дополнительным щелочным металлом с концентрацией 0,5 мас.% щелочного металла.
15. Способ оксихлорирования, включающий стадию:
превращения этилена в 1,2-дихлорэтан в присутствии катализатора, кислорода и хлористого водорода, причем катализатор получают посредством:
(i) пропитки, на первой стадии, алюмооксидного носителя первым водным раствором, содержащим медь, дополнительный переходный металл, щелочной металл и щелочноземельный металл, чтобы таким образом образовался первый компонент катализатора; и
(ii) пропитки, в последующей стадии, первого компонента катализатора вторым водным раствором, содержащим медь и щелочноземельный металл, где второй водный раствор содержит щелочноземельный металл и медь в молярном соотношении более 0,19, чтобы таким образом образовался катализатор на носителе.
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что концентрация любого щелочного металла или соли щелочного металла во втором водном растворе меньше чем количество, которое обеспечило бы носитель медного катализатора после высыхания, дополнительным щелочным металлом с концентрацией 0,5 мас.% щелочного металла.
