本發(fā)明公開的主題涉及用于烷烴脫氫的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

烷烴脫氫可以是有價(jià)值的過程，其中飽和烴轉(zhuǎn)化為烯烴(alkene)(鏈烯烴(olefin))和氫(H₂)。烷烴脫氫過程的實(shí)施例可以包括將支鏈或非支鏈C₂至C₁₉烷烴轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的C₂至C₁₉烯烴，例如，將乙烷轉(zhuǎn)化成乙烯，將丙烷轉(zhuǎn)化成丙烯，將異丁烷轉(zhuǎn)化成異丁烯，以及將乙基苯轉(zhuǎn)化成苯乙烯?？梢越柚诜蔷啻呋瘎?多相催化劑，heterogeneous catalyst)來進(jìn)行烷烴脫氫反應(yīng)。

可以借助于基于金屬(metal-based)的非均相催化劑來進(jìn)行烷烴脫氫反應(yīng)。催化劑可以含有金屬氧化物和/或元素金屬表面(elemental metal surface)(活性表面)。催化劑可以基于鉑(Pt)和其它第VIII族金屬。其它催化劑可以包括鉻(Cr)和/或鉻氧化物。還報(bào)道了用于烷烴脫氫的另外的非均相催化劑。烷烴進(jìn)料流可以經(jīng)過或通過非均相催化劑以產(chǎn)生含有烯和氫的產(chǎn)物流。烷烴進(jìn)料流可以經(jīng)過或通過非均相催化劑以產(chǎn)生含有烯烴和氫的產(chǎn)物流。非均相催化劑可以定位在催化劑管、催化劑床、或催化劑填充板中。烷烴脫氫反應(yīng)是吸熱的并且可以在高溫下進(jìn)行。例如，可以將烷烴進(jìn)料流預(yù)熱到約550℃至約700℃的溫度并且在相同的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。在這樣高的溫度下，可能發(fā)生副反應(yīng)并且可能形成焦炭(炭渣)。在非均相催化劑的表面上的碳沉積可以降低催化活性。因此，隨著時(shí)間的推移，如果不再生或更換催化劑，則烷烴脫氫的轉(zhuǎn)化和效率可能會(huì)降低。

催化劑的選擇可以影響用于烷烴脫氫的最佳參數(shù)。某些基于Cr的催化劑可以是高活性的并實(shí)現(xiàn)烷烴到烯烴的高轉(zhuǎn)化率，但可能相對快速地失活，這可能需要相對頻繁的再生，例如，在約5至20分鐘的操作以后。某些基于Pt的催化劑(Pt基催化劑，Pt-based catalyst)可能比基于Cr的催化劑具有較小的活性，但可以具有對失活的改善的抗性并且可能需要相對并不頻繁的再生，例如在約6至12小時(shí)的操作以后。

因此，烷烴脫氫催化劑可能需要周期性再生?？梢酝ㄟ^炭渣的氧化(燃燒)，以及如必要的話，催化劑的還原來恢復(fù)催化活性，以再生催化劑。例如，基于Pt或Cr的烷烴脫氫催化劑的再生可以涉及(1)用蒸汽清掃，(2)暴露于含蒸汽和氧的再生混合物流(該再生混合物流可以氧化炭渣)，(3)還原，以及(4)抽空。可以在高溫下進(jìn)行催化劑再生并且在多種情況下，催化劑再生可以在與烷烴脫氫反應(yīng)進(jìn)行的溫度范圍的相同的溫度范圍內(nèi)(例如，約550℃至約700℃)進(jìn)行。

用于烷烴脫氫的某些技術(shù)可以涉及單獨(dú)加熱(1)烷烴進(jìn)料，(2)脫氫反應(yīng)催化劑管、床、或板，以及(3)再生混合物進(jìn)料。每種上述項(xiàng)的單獨(dú)加熱可以是昂貴的(由于高能耗)并且還可能需要復(fù)雜的反應(yīng)器系統(tǒng)。因此，在本領(lǐng)域中仍然需要用于烷烴脫氫的具有降低的能耗和簡化的操作的技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開的主題提供了用于使烷烴脫氫的系統(tǒng)和方法。

用于使烷烴脫氫的系統(tǒng)包括：加熱爐；位于加熱爐內(nèi)的用于預(yù)熱烷烴進(jìn)料的一個(gè)或多個(gè)烷烴加熱室；位于加熱爐內(nèi)的用于預(yù)熱再生混合物進(jìn)料的一個(gè)或多個(gè)再生混合物加熱室；位于加熱爐內(nèi)的用于使烷烴脫氫的兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)室的第一組(第一組的兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)室，first group of two or more reaction chamber)，反應(yīng)室的第一組可切換地結(jié)合(耦接，couple to)至烷烴加熱室以從其接收加熱的烷烴進(jìn)料，以及可切換地結(jié)合至再生混合物加熱室以從其接收加熱的再生混合物進(jìn)料；以及位于加熱爐內(nèi)用于使烷烴脫氫的兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)室的第二組(第二組的兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)室，second group of two or more reaction chamber)，上述反應(yīng)室的第二組可切換地結(jié)合至烷烴加熱室以從其接收加熱的烷烴進(jìn)料，以及可切換地結(jié)合至再生混合物加熱室并且配置為從其接收加熱的再生混合物進(jìn)料；上述系統(tǒng)配置為使得當(dāng)反應(yīng)室的第一組切換為接收加熱的烷烴進(jìn)料時(shí)，反應(yīng)室的第二組切換為接收加熱的再生混合物進(jìn)料；以及當(dāng)反應(yīng)室的第一組切換為接收加熱的再生混合物進(jìn)料時(shí)，反應(yīng)室的第二組切換為接收加熱的烷烴進(jìn)料。

用于使烷烴脫氫的系統(tǒng)，包括：加熱爐；位于加熱爐內(nèi)的用于烷烴加熱的裝置，位于加熱爐內(nèi)的用于再生混合物加熱的裝置，位于加熱爐內(nèi)的反應(yīng)室的第一組，和位于加熱爐內(nèi)的反應(yīng)室的第二組；以及用于將加熱的烷烴進(jìn)料和加熱的再生混合物進(jìn)料可切換地進(jìn)料至反應(yīng)室的第一組和反應(yīng)室的第二組的裝置。

用于使烷烴脫氫的方法，包括：使烷烴通過位于加熱爐內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)烷烴加熱室以提供加熱的烷烴，在反應(yīng)階段中，使加熱的烷烴通過位于加熱爐內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)室以提供脫氫產(chǎn)物；使再生混合物通過位于加熱爐內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)再生混合物加熱室以提供加熱的再生混合物；在反應(yīng)階段以后，在再生階段中，使加熱的再生混合物通反應(yīng)室，從而在反應(yīng)室內(nèi)再生催化劑。

附圖說明

以下是附圖的簡要描述(其中類似元件編號(hào)相同)并且其用來說明本文披露的示例性實(shí)施方式而不是用來限制本發(fā)明的實(shí)施方式。

圖1是示意圖，其示出根據(jù)所公開主題的一種非限制性實(shí)施方式的用于使烷烴脫氫的示例性系統(tǒng)。

圖2是另一示意圖，其示出根據(jù)所公開主題的一種非限制性實(shí)施方式的用于使烷烴脫氫的示例性系統(tǒng)。

圖3是另一示意圖，其示出根據(jù)所公開主題的一種非限制性實(shí)施方式的用于使烷烴脫氫的示例性系統(tǒng)。

圖4是另一示意圖，其示出根據(jù)所公開主題的一種非限制性實(shí)施方式的用于使烷烴脫氫的示例性系統(tǒng)。

圖5是另一示意圖，其示出根據(jù)所公開主題的一種非限制性實(shí)施方式的用于使烷烴脫氫的示例性系統(tǒng)。

在附圖中，在不同的附圖中使用相同的數(shù)字以表示相同或相似的結(jié)構(gòu)或過程。

具體實(shí)施方式

本公開提供了用于烷烴脫氫的改善的系統(tǒng)和方法，其涉及在單個(gè)加熱爐內(nèi)置入烷烴進(jìn)料、脫氫催化劑、和再生混合物進(jìn)料。

在一種實(shí)施方式中，用于使烷烴脫氫的示例性系統(tǒng)包括加熱爐和位于加熱爐內(nèi)的用于預(yù)熱烷烴進(jìn)料的一個(gè)或多個(gè)烷烴加熱室。上述系統(tǒng)進(jìn)一步包括也位于加熱爐內(nèi)的用于預(yù)熱再生混合物進(jìn)料的一個(gè)或多個(gè)再生混合物加熱室。上述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括也位于加熱爐內(nèi)的用于使烷烴脫氫的兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)室的第一組。反應(yīng)室的第一組可以可切換地結(jié)合至烷烴加熱室以從其接收加熱的烷烴進(jìn)料并且可以進(jìn)一步可切換地結(jié)合至再生混合物加熱室以從其接收加熱的再生混合物。上述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括也位于加熱爐內(nèi)的用于使烷烴脫氫的兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)室的第二組。反應(yīng)室的第二組可以可切換地結(jié)合至烷烴加熱室以從其接收加熱的烷烴進(jìn)料并且可以進(jìn)一步可切換地結(jié)合至再生混合物加熱室以從其接收加熱的再生混合物。系統(tǒng)可以配置為使得當(dāng)反應(yīng)室的第一組切換為接收加熱的烷烴進(jìn)料時(shí)，反應(yīng)室的第二組切換為接收加熱的再生混合物進(jìn)料。系統(tǒng)可以配置為使得當(dāng)反應(yīng)室的第一組切換為接收加熱的再生混合物進(jìn)料時(shí)，反應(yīng)室的第二組切換為接收加熱的烷烴進(jìn)料。

在某些實(shí)施方式中，上述系統(tǒng)可以包括結(jié)合至烷烴加熱室的加熱的烷烴輸出管線(出口管線，outlet line)，用于從烷烴加熱室去除加熱的烷烴。第一加熱的烷烴進(jìn)料管線可以結(jié)合至加熱的烷烴輸出管線并且進(jìn)一步結(jié)合至反應(yīng)室的第一組，用于將來自加熱的烷烴輸出管線的加熱的烷烴進(jìn)料至反應(yīng)室的第一組。系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括結(jié)合至加熱的烷烴輸出管線并且進(jìn)一步結(jié)合至反應(yīng)室的第二組的第二加熱的烷烴進(jìn)料管線，用于將來自加熱的烷烴輸出管線的加熱的烷烴進(jìn)料至反應(yīng)室的第二組。第一和第二加熱的烷烴進(jìn)料管線可以包括閥。

在某些實(shí)施方式中，上述系統(tǒng)可以包括結(jié)合至再生混合物加熱室的加熱的再生混合物輸出管線，用于從再生混合物加熱室去除加熱的再生混合物。第一加熱的再生混合物進(jìn)料管線可以結(jié)合至加熱的再生混合物輸出管線并進(jìn)一步結(jié)合至反應(yīng)室的第一組，用于將來自加熱的再生混合物輸出管線的加熱的再生混合物進(jìn)料至反應(yīng)室的第一組。系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括結(jié)合至加熱的再生混合物輸出管線并進(jìn)一步結(jié)合至反應(yīng)室的第二組的第二加熱的再生混合物進(jìn)料管線，用于將來自加熱的再生混合物輸出管線的加熱的再生混合物進(jìn)料至反應(yīng)室的第二組。第一和第二加熱的再生混合物進(jìn)料管線可以包括閥。

在某些實(shí)施方式中，烷烴加熱室和再生混合物加熱室可以位于加熱爐的頂部附近。某些實(shí)施方式中，烷烴加熱室和再生混合物加熱室可以彼此相鄰定位。在某些實(shí)施方式中，反應(yīng)室的第一組和反應(yīng)室的第二組可以彼此相鄰定位。烷烴加熱室和再生混合物加熱室可以在加熱爐內(nèi)位于反應(yīng)室的第一組上方以及位于反應(yīng)室的第二組上方。

在某些實(shí)施方式中，反應(yīng)室可以包括基于Pt或Cr的催化劑。上述催化劑可以包括鉻氧化物(chromium oxide)。

所公開的主題還提供了用于使烷烴脫氫的方法。示例性方法包括使烷烴通過位于加熱爐內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)烷烴加熱室以提供加熱的烷烴。上述方法進(jìn)一步包括反應(yīng)階段，其涉及使加熱的烷烴通過位于加熱爐內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)室以提供脫氫產(chǎn)物。上述方法進(jìn)一步包括使再生混合物通過位于加熱爐內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)再生混合物加熱室以提供加熱的再生混合物。在反應(yīng)階段以后，上述方法可以進(jìn)一步包括再生階段，其涉及使加熱的再生混合物通過反應(yīng)室，以在反應(yīng)室內(nèi)再生催化劑。

在某些實(shí)施方式中，反應(yīng)室可以包括反應(yīng)室的第一組和反應(yīng)室的第二組。在某些實(shí)施方式中，當(dāng)反應(yīng)室的第二組接收加熱的再生混合物進(jìn)料時(shí)，反應(yīng)室的第一組可以接收加熱的烷烴進(jìn)料。在某些實(shí)施方式中，當(dāng)反應(yīng)室的第二組接收加熱的烷烴進(jìn)料時(shí)，反應(yīng)室的第一組可以接收加熱的再生混合物進(jìn)料。

在某些實(shí)施方式中，可以將烷烴加熱室加熱至烷烴加熱溫度以及可以將再生混合物加熱室加熱至再生混合物加熱溫度。烷烴加熱溫度和再生混合物加熱溫度可以近似相等。在某些實(shí)施方式中，反應(yīng)階段和再生階段的溫度可以近似相等。在某些實(shí)施方式中，加熱爐可以將預(yù)定量的熱量供應(yīng)至烷烴加熱室、再生混合物加熱室、和反應(yīng)室。通過對流加熱和輻射加熱的一種或多種，加熱爐可以將熱量供應(yīng)至烷烴加熱室、再生混合物加熱室、和反應(yīng)室。

在某些實(shí)施方式中，反應(yīng)室可以具有約1h^-1至約10,000h^-1的氣時(shí)空速(GHSV)。

在某些實(shí)施方式中，可以連續(xù)進(jìn)行用于使烷烴脫氫的過程。

用于烷烴脫氫的烷烴進(jìn)料可以包括直鏈和支鏈烷烴。烷烴進(jìn)料可以包括低級(jí)烷烴(即，具有8個(gè)或更少個(gè)碳原子的烷烴)和高級(jí)烷烴(即，具有九個(gè)或更多個(gè)碳原子的烷烴)。適宜的烷烴進(jìn)料還可以包括其它化合物，其含有能夠脫氫至烯烴部分的飽和烴部分(例如，-CH₂-CH₂-部分)。如在本文中所使用的，術(shù)語“烷烴進(jìn)料”可以涵蓋這樣的化合物，其結(jié)合不同于飽和烴的部分，即，不飽和烴部分和/或雜原子。例如，適用于烷烴脫氫的烷烴進(jìn)料可以包括乙基苯。乙基苯含有不飽和部分，但它還包含烷烴基(乙基)，其可以經(jīng)歷脫氫以提供苯乙烯。適用于烷烴脫氫的烷烴的其它非限制性實(shí)例可以包括乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷、正戊烷、異戊烷、新戊烷、C₆-C₁₉直鏈烴、和C₆-C₁₉支鏈烴。

在某些實(shí)施方式中，烷烴進(jìn)料可以包含其它組分。例如，烷烴進(jìn)料可以包含氫氣(H₂)。氫氣可以作為雜質(zhì)存在于烷烴化合物的流中，或可以將氫氣共注入烷烴進(jìn)料流。氫氣可以幫助減少焦炭形成。還可以將蒸汽作為稀釋劑共注入烷烴進(jìn)料流。蒸汽可以幫助減少焦炭形成。稀釋劑可以幫助保持在反應(yīng)器或反應(yīng)室內(nèi)的正壓，并且可以降低烷烴化合物和氫氣的分壓。稀釋劑(例如，蒸汽)可以幫助減少焦炭形成并可以提高催化劑壽命和總效率。烷烴進(jìn)料還可以包含一氧化碳(CO)和/或二氧化碳(CO₂)。CO和/或CO₂可以作為漂洗氣體(起泡氣體，fluffing gas)。烷烴進(jìn)料可以包括少量的硫化合物。例如，在某些實(shí)施方式中，烷烴進(jìn)料可以包括高達(dá)約200份/百萬(ppm)的硫化合物。

可以借助于基于金屬的非均相催化劑來進(jìn)行烷烴脫氫反應(yīng)。催化劑可以含有金屬氧化物和/或元素金屬表面。催化劑可以基于鉑(Pt)或其它第VIII族金屬。Pt和其它第VIII族金屬可以用于烷烴脫氫的催化，因?yàn)镻t和其它第VIII族金屬在激活C-H鍵方面可以具有高活性?；赑t和其它第VIII族金屬的催化劑可以具有相對于C-C鍵對于激活C-H鍵的高選擇性。金屬Pt(0)表面可以激活C-H鍵?；赑t和其它第VIII族金屬的催化劑還可以包含其它金屬，例如，Sn、In、Pb、Cu、Mn、Co、K、Na、和/或Ca。

用于烷烴脫氫的催化劑還可以基于鉻(Cr)和/或鉻氧化物。氧化鉻可以是氧化Cr(III)，即，Cr₂O₃。鉻氧化物(chromium oxide)還稱為鉻化物(chromia)。可以使用用于烷烴脫氫的另外的非均相催化劑，例如，鈦酸鋅(Zn)和硫化鎳(Ni)。

用于烷烴脫氫的催化劑可以是非均相催化劑。非均相催化劑可以包括增加催化劑的表面積的固體支持物(solid support)或固體載體。用來制備非均相催化劑的固體支持物和固體載體的實(shí)例可以包括各種金屬鹽、類金屬氧化物、和金屬氧化物，例如，二氧化鈦(鈦氧化物)、氧化鋯(鋯氧化物)、二氧化硅(硅氧化物)、氧化鋁(鋁氧化物)、鎂氧化物、和氯化鎂。

在某些非限制性實(shí)施方式中，催化劑可以包括在氧化鋁載體上的Cr₂O₃(氧化鉻(III))。例如，催化劑可以是浸漬有17-23重量％鉻(具有氧化鉻的形式)的活性氧化鋁。在某些非限制性實(shí)施方式中，催化劑可以包括在氧化鋁載體上的Pt。例如，催化劑可以是在氧化鋁載體上的Pt-Sn混合物。

非均相催化劑可以定位在催化劑管、催化劑床、催化劑柱、或催化劑填充板中。例如，非均相催化劑可以定位在填充床中，以及可以使氣態(tài)反應(yīng)物通過床。填充床本身可以定位在氣體進(jìn)料流過其的反應(yīng)室或反應(yīng)通道內(nèi)。

反應(yīng)室可以是充滿非均相催化劑的填充床室或填充床反應(yīng)器。催化劑可以在反應(yīng)室內(nèi)物理混合或分層。催化劑可以與不包括包含催化劑的惰性材料混合或分層。例如，可以將在催化劑床中的非均相催化劑的層分層在粗制惰性材料之間，其可以改善流量分布和/或床遷移率。

反應(yīng)室可以包括一種或多種類型的催化劑。例如，反應(yīng)室可以包括基于兩種或更多種不同金屬的多種催化劑(multiple catalyst)。

反應(yīng)室可以是管狀。反應(yīng)室的尺寸和規(guī)模可以是可變的并且可以取決于所期望的進(jìn)料和規(guī)模。在某些實(shí)施方式中，反應(yīng)室可以是管狀并且可以具有約0.05厘米(cm)至約2cm或更大的寬度(直徑)。在某些優(yōu)選的實(shí)施方式中，反應(yīng)室可以具有約0.2cm至約1cm的寬度。較小直徑的室可以具有改善的傳熱性能但會(huì)降低容積。反應(yīng)室可以具有約1h^-1至約10,000h^-1的氣時(shí)空速(GHSV)。最佳GHSV可以變化，其取決于多種因素，這包括所使用的催化劑的類型，催化劑的表面積和活性金屬負(fù)載，以及所期望的產(chǎn)物輸出。例如，用于含有基于Cr的催化劑的反應(yīng)室的GHSV可以是約100h^-1至約1,000h^-1。用于含有基于Pt的催化劑的反應(yīng)室的GHSV可以是約1h^-1至約100h^-1。

在某些實(shí)施方式中，反應(yīng)室可以包括并入催化劑床的發(fā)熱部件。發(fā)熱部件可以是這樣的部件，在暴露于還原條件和/或氧化條件以后其產(chǎn)生預(yù)定量的熱量。發(fā)熱部件可以在反應(yīng)室內(nèi)幫助建立和維持用于烷烴脫氫和/或用于催化劑再生的最佳溫度。發(fā)熱部件可以包括金屬和載體。在發(fā)熱部件中的金屬可以選自鋁酸鈣、銅、鉻、鉬、釩、鈰、釔、鈧、鎢、錳、鐵、鈷、鎳、銀、鉍、或包含前述的至少一種的組合。在發(fā)熱部件中的固體負(fù)載物可以選自鋁氧化物、氫氧化鋁、三氫氧化鋁、勃姆石、假勃姆石、三水鋁石、三羥鋁石、過渡氧化鋁、α-氧化鋁、γ-氧化鋁、二氧化硅/氧化鋁、二氧化硅、硅酸鹽、鋁酸鹽、鋁酸鈣、六鋁酸鋇、煅燒水滑石、沸石、鋅氧化物、鉻氧化物、鎂氧化物、或包含至少一種前述項(xiàng)的組合。

如上所述，用于烷烴脫氫的催化劑可能需要周期性再生。催化劑再生可以涉及(1)清掃反應(yīng)室和催化劑床或催化劑板，(2)將催化劑暴露于氧氣或蒸汽和氧氣的混合物，(3)催化劑的還原，以及(4)反應(yīng)室的抽空。清掃步驟可以涉及用蒸汽清掃。在某些實(shí)施方式中，清掃步驟(清洗步驟，purging step)可以涉及用氧氣源加以清掃，例如，氧氣、空氣、蒸汽、另一氧氣源、或它們的混合物。氧氣源可以是溫和的氧氣源。將催化劑暴露于氧氣或者蒸汽和氧氣的混合物可以氧化(即，燃燒)催化劑上的焦炭殘余物(即，炭渣)。氧氣源可以是空氣，或氧氣源可以是更濃縮的氧氣源。焦炭殘余物的去除可以恢復(fù)催化活性(通過重建在非均相催化劑上的活性催化位點(diǎn))。在一些情況下，焦炭殘余物的氧化還可能引起催化劑的氧化。例如，如果催化劑是基于Pt的催化劑，則在高溫下暴露于氧氣可以引起基于Pt的催化劑的氧化?？梢酝ㄟ^催化劑的還原，例如，Pt中心的再生，來恢復(fù)催化活性。可以借助于還原劑，例如，氫氣(H₂)、甲烷、和/或烷烴化合物，來實(shí)現(xiàn)氧化催化劑的還原。

如在本文中所使用的，術(shù)語“再生混合物”可以涵蓋氣體混合物，其包括氧氣、空氣、蒸汽、烴、和/或可燃?xì)怏w。在缺少氧氣的情況下，例如，當(dāng)蒸汽用作吹掃氣體時(shí)，再生混合物可以是單獨(dú)的蒸汽。再生混合物還可以包括氫氣、甲烷、和/或其它烷烴化合物，例如，當(dāng)氫氣、甲烷、和/或其它烷烴化合物用作還原混合物時(shí)。在再生過程中，再生混合物的組成可以變化。例如，再生混合物可以最初包括蒸汽(例如，在清掃步驟中)，然后包括蒸汽和氧氣(例如，在氧化步驟中)，然后包括氫氣和/或甲烷(例如，在還原步驟中)。術(shù)語“再生混合物”不限于氧氣或氧氣/蒸汽混合物。

為了說明而不是限制的目的，圖1是根據(jù)所公開的主題的示例性系統(tǒng)的示意圖。示例性系統(tǒng)100包括加熱爐23。系統(tǒng)100進(jìn)一步包括位于加熱爐23內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)烷烴加熱室6。系統(tǒng)100可以包括多個(gè)烷烴加熱室6，例如，二至五個(gè)、五至十個(gè)、十至五十個(gè)、五十至一百個(gè)、一百至五百個(gè)、或五百至一千個(gè)室。烷烴加熱室6結(jié)合至烷烴進(jìn)料管線1并且配置為接收來自烷烴進(jìn)料管線1的烷烴進(jìn)料。加熱在烷烴加熱室6中的烷烴。烷烴加熱室6進(jìn)一步結(jié)合至加熱的烷烴輸出管線8，其配置為接收來自烷烴加熱室6的加熱的烷烴進(jìn)料。加熱的烷烴輸出管線8可以去除來自烷烴加熱室6的加熱的烷烴流。

在某些實(shí)施方式中，烷烴進(jìn)料管線1可以進(jìn)料已被加熱的烷烴。例如，烷烴進(jìn)料可以具有約150℃至約350℃的溫度。烷烴進(jìn)料可以來源于烴流并且可以在氣-氣熱交換器中被加溫，其可以位于加熱爐23的外部。

系統(tǒng)100進(jìn)一步包括位于加熱爐23內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)再生混合物加熱室5。系統(tǒng)100可以包括多個(gè)再生混合物加熱室5，例如，二至五個(gè)、五至十個(gè)、十至五十個(gè)、五十至一百個(gè)、一百至五百個(gè)、或五百至一千個(gè)室。系統(tǒng)100可以包括相等數(shù)量的烷烴加熱室6和再生混合物加熱室5。再生混合物加熱室5可以結(jié)合至再生混合物進(jìn)料管線3并且配置為接收來自再生混合物進(jìn)料管線3的再生混合物進(jìn)料。加熱在再生混合物加熱室5中的再生混合物。再生混合物加熱室5進(jìn)一步結(jié)合至加熱的再生混合物輸出管線7，其配置為接收來自再生混合物加熱室5的加熱的再生混合物。加熱的再生混合物輸出管線7可以去除來自再生混合物加熱室5的加熱的再生混合物流。

系統(tǒng)100進(jìn)一步包括位于加熱爐23內(nèi)的兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)室的第一組26。在第一組26內(nèi)的個(gè)別反應(yīng)室可以彼此平行取向。系統(tǒng)100可以包括在第一組26內(nèi)的多個(gè)反應(yīng)室，例如，二至五個(gè)、五至十個(gè)、十至五十個(gè)、五十至一百個(gè)、一百至五百個(gè)、或五百至一千個(gè)室。反應(yīng)室的第一組26包括用于使烷烴脫氫的催化劑。反應(yīng)室的第一組26結(jié)合至第一加熱的烷烴進(jìn)料管線15并且配置為接收加熱的烷烴進(jìn)料。通過三通接頭(three-way junction)40，第一加熱的烷烴進(jìn)料管線15可切換地結(jié)合至加熱的烷烴輸出管線8。第一加熱的烷烴進(jìn)料管線15包括可切換閥，該閥可以被打開以允許加熱的烷烴進(jìn)料從加熱的烷烴輸出管線8通過第一加熱的烷烴進(jìn)料管線15流入反應(yīng)室的第一組26，或被關(guān)閉以阻止流動(dòng)。

如在本文中所使用的，“可切換閥”是這樣的閥，其控制流出物的流動(dòng)并且可以允許或阻止流出物的流動(dòng)?？汕袚Q閥可以以通過形成開放通道以允許流出物流過閥的第一模式進(jìn)行操作，以及可以以通過關(guān)閉通道以阻止流出物通過閥的流動(dòng)的第二模式來操作閥。

如在本文中所使用的，術(shù)語“可切換結(jié)合”裝置以這樣的方式加以結(jié)合，以致可以打開或關(guān)閉流動(dòng)或進(jìn)料。例如，可切換地結(jié)合至第一進(jìn)料的室以這樣的方式進(jìn)行結(jié)合，使得進(jìn)料可以流入室或可以可替換地被阻止流入室。可切換地結(jié)合至第一進(jìn)料并且進(jìn)一步可切換地結(jié)合至第二進(jìn)料的室可以通過可切換閥被結(jié)合至每種進(jìn)料。在第一模式中，可切換閥可以允許第一進(jìn)料流入室，同時(shí)第二進(jìn)料被阻止，以及，在第二模式中，可切換閥可以允許第二進(jìn)料流入室，同時(shí)第一進(jìn)料被阻止。

反應(yīng)室的第一組26還結(jié)合至第一加熱的再生混合物進(jìn)料管線32并且配置為接收加熱的再生混合物進(jìn)料。通過三通接頭39，第一加熱的再生混合物進(jìn)料管線32可切換地結(jié)合至加熱的再生混合物輸出管線7。第一加熱的再生混合物進(jìn)料管線32包括可切換閥(switchable valve)，其可以被打開以允許加熱的再生混合物進(jìn)料從加熱的再生混合物輸出管線7流過第一加熱的再生混合物進(jìn)料管線32并進(jìn)入反應(yīng)室的第一組26，或被關(guān)閉以阻止流動(dòng)。

系統(tǒng)100進(jìn)一步包括位于加熱爐23內(nèi)的兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)室的第二組27。在第二組27內(nèi)的個(gè)別反應(yīng)室可以彼此平行取向。反應(yīng)室的第二組27包括用于使烷烴脫氫的催化劑。反應(yīng)室的第二組27結(jié)合至第二加熱的烷烴進(jìn)料管線35并且配置為接收加熱的烷烴進(jìn)料。通過三通接頭40，第二加熱的烷烴進(jìn)料管線35可切換地結(jié)合至加熱的烷烴輸出管線8。第二加熱的烷烴進(jìn)料管線35包括可切換閥，其可以被打開以允許加熱的烷烴進(jìn)料從加熱的烷烴輸出管線8流過第二加熱的烷烴進(jìn)料管線35并進(jìn)入反應(yīng)室的第二組27，或被關(guān)閉以阻止流動(dòng)。

反應(yīng)室的第二組27還結(jié)合至第二加熱的再生混合物進(jìn)料管線19并且配置為接收加熱的再生混合物進(jìn)料。通過三通接頭39，第二再生混合物進(jìn)料管線19可切換地結(jié)合至加熱的再生混合物輸出管線7。第二加熱的再生混合物進(jìn)料管線19包括可切換閥，其可以被打開以允許加熱的再生混合物進(jìn)料從加熱的再生混合物輸出管線7流過第一第二再生混合物進(jìn)料管線19并進(jìn)入反應(yīng)室的第二組27，或被關(guān)閉來阻止流動(dòng)。

反應(yīng)室26、27可以包括位于室(chamber)內(nèi)并在催化劑床或催化劑填充板中的催化劑。催化劑負(fù)載可以取決于室26、27的容積和空速，以及取決于催化劑的活性。

在某些實(shí)施方式中，系統(tǒng)100可以包括烷烴加熱室6、再生混合物加熱室5、和反應(yīng)室26、27(均具有相似的尺寸)。系統(tǒng)100可以包括類似數(shù)量的烷烴加熱室6、再生混合物加熱室5、反應(yīng)室26、和反應(yīng)室27。在這樣的實(shí)施方式中，流出物通過每組的室5、6、26、27的流動(dòng)速率可以是類似的。

第一加熱的烷烴進(jìn)料管線15、第一加熱的再生混合物進(jìn)料管線32、第二加熱的烷烴進(jìn)料管線35、和第二加熱的再生混合物進(jìn)料管線19的可切換閥配置為使得可以將加熱的烷烴進(jìn)料進(jìn)料至反應(yīng)室的第一組26，同時(shí)將加熱的再生混合物進(jìn)料進(jìn)料至反應(yīng)室的第二組27，例如，通過關(guān)閉第一加熱的再生混合物進(jìn)料管線32和第二加熱的烷烴進(jìn)料管線35的閥，同時(shí)打開第一加熱的烷烴進(jìn)料管線15和第二加熱的再生混合物進(jìn)料管線19的閥。閥是可切換的，使得可以可替換地將加熱的烷烴進(jìn)料進(jìn)料至反應(yīng)室的第二組27，同時(shí)將加熱的再生混合物進(jìn)料進(jìn)料至反應(yīng)室的第一組26，例如，通過關(guān)閉第二加熱的再生混合物進(jìn)料管線19和第一加熱的烷烴進(jìn)料管線15的閥，同時(shí)打開第二加熱的烷烴進(jìn)料管線35和第一加熱的再生混合物進(jìn)料管線32的閥。通過切換這些閥，系統(tǒng)100的操作者可以確定，反應(yīng)室的第一組26和反應(yīng)室的第二組27的哪個(gè)組是處于烷烴脫氫模式，以及哪個(gè)組是處于再生模式。當(dāng)反應(yīng)室的第二組27接收加熱的再生混合物進(jìn)料(再生模式)時(shí)，反應(yīng)室的第一組26可以接收加熱的烷烴進(jìn)料(烷烴脫氫模式)，或反之亦然。

反應(yīng)室26、27以及各種管線7、8、15、19、20、32、33、34、35、36、37、和38配置為使得可以排空反應(yīng)室26、27?？梢詫⒎磻?yīng)室26、27置于真空(即，減壓)下以去除室26、27中的氣體。可以將在反應(yīng)室26、27的組內(nèi)的壓力降低至低于大氣壓，例如，低于約100千帕斯卡(kPa)(低于約1巴)、低于約50kPa(低于約0.5巴)、低于約10kPa(低于約0.1巴)、或低于約1kPa(低于約0.01巴)。當(dāng)室被從再生模式切換到烷烴脫氫模式時(shí)，可以進(jìn)行反應(yīng)室26、27的抽空。換而言之，當(dāng)室26、27被從再生模式切換到烷烴脫氫模式時(shí)，在將烷烴引入反應(yīng)室26、27以前，通過抽空，可以從反應(yīng)室26、27去除再生混合物。

隨著反應(yīng)室的第一組26接收烷烴進(jìn)料并催化烷烴脫氫反應(yīng)，在反應(yīng)室的第一組26內(nèi)的催化劑可能逐漸失去催化活性。當(dāng)在反應(yīng)室的第一組26內(nèi)的催化活性下降到閾值以下時(shí)，可以將烷烴進(jìn)料從反應(yīng)室的第一組26轉(zhuǎn)移進(jìn)入反應(yīng)室的第二組27，以及可以將再生混合物送至反應(yīng)室的第一組26以再生在其中的催化劑。然后反應(yīng)室的第二組27可以催化烷烴脫氫反應(yīng)，同時(shí)再生在反應(yīng)室的第一組26中的催化劑。當(dāng)完成在反應(yīng)室的第一組26中的催化劑的再生以及在反應(yīng)室的第二組27中的催化活性下降時(shí)，可以將烷烴進(jìn)料從反應(yīng)室的第二組27轉(zhuǎn)移并回到反應(yīng)室的第一組26。通過這種方式，設(shè)計(jì)系統(tǒng)100，使得該系統(tǒng)可以連續(xù)接收和處理烷烴進(jìn)料并催化烷烴脫氫反應(yīng)?？梢砸赃B續(xù)模式來操作系統(tǒng)100。在系統(tǒng)100內(nèi)的一組反應(yīng)室26或27促進(jìn)烷烴脫氫的同時(shí)，再生另一組反應(yīng)室26或27。

系統(tǒng)100可以包括產(chǎn)物輸出管線33以從反應(yīng)室的第一組26和反應(yīng)室的第二組27去除產(chǎn)物流。產(chǎn)物輸出管線33可以從反應(yīng)室去除烷烴脫氫的產(chǎn)物(例如，烯烴化合物)。通過用于來自反應(yīng)室的第一組的產(chǎn)物的輸出管線36，產(chǎn)物輸出管線33可以結(jié)合至反應(yīng)室的第一組26。用于來自反應(yīng)室的第一組的產(chǎn)物的輸出管線36包括可切換閥。通過用于來自反應(yīng)室的第二組的產(chǎn)物的輸出管線37，產(chǎn)物輸出管線33可以進(jìn)一步結(jié)合至反應(yīng)室的第二組27。用于來自反應(yīng)室的第二組的產(chǎn)物的輸出管線37包括可切換閥。

因此，當(dāng)反應(yīng)室的第一組26正在接收烷烴進(jìn)料并以烷烴脫氫模式進(jìn)行操作以及反應(yīng)室的第二組27正在接收再生混合物進(jìn)料并以再生模式進(jìn)行操作時(shí)，可以打開用于來自反應(yīng)室的第一組的產(chǎn)物的輸出管線36的閥，同時(shí)關(guān)閉用于來自反應(yīng)室的第二組的產(chǎn)物的輸出管線37的閥，使得烷烴脫氫的產(chǎn)物從反應(yīng)室的第一組26流過用于來自反應(yīng)室的第一組的產(chǎn)物的輸出管線36，并通過產(chǎn)物輸出管線33加以去除。當(dāng)反應(yīng)室的第二組27正在接收烷烴進(jìn)料并以烷烴脫氫模式進(jìn)行操作以及反應(yīng)室的第一組26正在接收再生混合物進(jìn)料并以再生模式進(jìn)行操作時(shí)，可以打開用于來自反應(yīng)室的第二組的產(chǎn)物的輸出管線37的閥，同時(shí)關(guān)閉用于來自反應(yīng)室的第一組的產(chǎn)物的輸出管線36的閥，使得烷烴脫氫的產(chǎn)物從反應(yīng)室的第二組27流過用于來自反應(yīng)室的第二組的產(chǎn)物的輸出管線37并通過產(chǎn)物輸出管線33加以去除。

系統(tǒng)100還可以包括用于來自再生的流出物的輸出管線20，以去除來自反應(yīng)室的第一組26和反應(yīng)室的第二組27的流出物流。用于來自再生的流出物的輸出管線20可以從反應(yīng)室去除來自再生的流出物(例如，氧氣、蒸汽、氫氣、一氧化碳、和/或二氧化碳)。通過用于來自反應(yīng)室的第一組的再生的流出物的輸出管線34，用于來自再生的流出物的輸出管線20可以結(jié)合至反應(yīng)室的第一組26。用于來自反應(yīng)室的第一組的再生的流出物的輸出管線34包括可切換閥。通過用于來自反應(yīng)室的第二組的再生的流出物的輸出管線38，用于來自再生的流出物的輸出管線20可以進(jìn)一步結(jié)合至反應(yīng)室的第二組27。用于來自反應(yīng)室的第二組的再生的流出物的輸出管線38也包括可切換閥。

因此，當(dāng)反應(yīng)室的第一組26正在接收烷烴進(jìn)料并以烷烴脫氫模式進(jìn)行操作以及反應(yīng)室的第二組27正在接收再生混合物進(jìn)料并以再生模式進(jìn)行操作時(shí)，可以關(guān)閉用于來自反應(yīng)室的第一組的再生的流出物的輸出管線34的閥，同時(shí)打開用于來自反應(yīng)室的第二組的再生的流出物的輸出管線38的閥，使得來自再生的流出物從反應(yīng)室的第二組27流過用來來自反應(yīng)室的第二組的再生的流出物的輸出管線38并通過用于來自再生的流出物的輸出管線20加以去除。當(dāng)反應(yīng)室的第二組27正在接收烷烴進(jìn)料并以烷烴脫氫模式進(jìn)行操作以及反應(yīng)室的第一組26正在接收再生混合物進(jìn)料并以再生模式進(jìn)行操作時(shí)，可以關(guān)閉用于來自反應(yīng)室的第二組的再生的流出物的輸出管線38的閥，同時(shí)打開用于來自反應(yīng)室的第一組的再生的流出物的輸出管線34的閥，使得來自再生的流出物從反應(yīng)室的第一組26流過用于來自反應(yīng)室的第一組的再生的流出物的輸出管線34并通過用于來自再生的流出物的輸出管線20加以去除。

烷烴脫氫的產(chǎn)物(例如，烯烴化合物)可以回收自產(chǎn)物輸出管線33。在某些實(shí)施方式中，產(chǎn)物輸出管線33可以進(jìn)一步結(jié)合至一個(gè)或多個(gè)氣-氣熱交換器，其中烷烴脫氫產(chǎn)物的流可以用于加熱另一氣流。例如，烷烴脫氫產(chǎn)物的流可用來加熱烷烴進(jìn)料1。在某些實(shí)施方式中，可以純化回收自產(chǎn)物輸出管線33的烷烴脫氫的產(chǎn)物以獲得純產(chǎn)物，例如，純的烯烴產(chǎn)物。在某些實(shí)施方式中，未反應(yīng)的烷烴可以回收自產(chǎn)物輸出管線33?？梢詫⑽捶磻?yīng)的烷烴再循環(huán)回到本公開的系統(tǒng)和方法，例如，通過穿過烷烴進(jìn)料管線1供應(yīng)。在某些實(shí)施方式中，氫氣可以回收自產(chǎn)物輸出管線33。

來自再生的流出物可以回收自用于來自再生的流出物的輸出管線20。在某些實(shí)施方式中，來自再生的流出物可以包括氫氣、甲烷、和/或其它烴化合物?？梢曰厥者@些化合物并再循環(huán)到系統(tǒng)100或以其他方式使用。在某些實(shí)施方式中，流出物再生輸出管線20可以進(jìn)一步結(jié)合至一個(gè)或多個(gè)氣-氣熱交換器，其中來自再生的流出物的流可以用來加熱另一氣流。

烷烴加熱室6和再生混合物加熱室5可以一起定位在預(yù)熱區(qū)30中。在預(yù)熱區(qū)30中，可以加熱烷烴進(jìn)料和再生混合物進(jìn)料。烷烴加熱室6和再生混合物加熱室5可以彼此相鄰且平行定位，如圖1所示。烷烴加熱室6和再生混合物加熱室5可以一起被描述為加熱室或預(yù)熱室。

反應(yīng)室的第一組26和反應(yīng)室的第二組27可以一起定位在反應(yīng)區(qū)28中。反應(yīng)室的第一組26和反應(yīng)室的第二組27可以彼此相鄰且平行定位，如圖1所示。反應(yīng)區(qū)28可以定位在加熱爐23內(nèi)并在預(yù)熱區(qū)30下方。系統(tǒng)100可以包括定位在反應(yīng)室26、27上方的疊層的預(yù)熱室5、6。在某些實(shí)施方式中，預(yù)熱室5、6可以更緊密地一起定位，其中在單個(gè)室之間具有比反應(yīng)室26、27更小的空間。

系統(tǒng)100和加熱爐23圍繞燃燒器25。燃燒器25結(jié)合至燃料供給管線24，其配置為將燃料供給燃燒器25。燃燒器25進(jìn)一步結(jié)合至空氣供給管線31，其配置為將空氣供給燃燒器25。燃燒器25燃燒燃料并將熱量直接供應(yīng)給加熱爐25的室。燃燒器25和燃燒器25上方的區(qū)域可以構(gòu)成加熱區(qū)29。熱量可以起源于加熱區(qū)29，其首先通過反應(yīng)區(qū)28，然后通過預(yù)熱區(qū)30。上升通過加熱爐23的廢氣(exhaust gas)可以通過在加熱爐的頂部的排氣口21逃逸。通過直接加熱(輻射加熱)以及通過對流加熱，加熱爐23加熱反應(yīng)區(qū)28和預(yù)熱區(qū)30以及其中包括的所有部件。如圖1所示，可以設(shè)計(jì)系統(tǒng)100，使得在反應(yīng)室26、27內(nèi)的溫度可以高于烷烴加熱室6和再生混合物加熱室5中的溫度，這是由于反應(yīng)室26、27的位置更接近燃燒器25。

位于加熱爐的頂部附近的區(qū)域可以被定義為垂直取向加熱爐的上半部分，即，這樣的區(qū)域，其從加熱爐的頂部延伸到在加熱爐的頂部和加熱爐的底部之間的中途部分。以示例的方式，圖1所示的位于加熱爐23的頂部的附近區(qū)域可以被定義為這樣的區(qū)域，其從排氣口21延伸到在排氣口21和燃燒器25之間的中途部分。

可以將烷烴加熱室6加熱至烷烴加熱溫度。烷烴加熱溫度可以是烷烴加熱室6內(nèi)的溫度?？梢詫⒃偕旌衔锛訜崾?加熱至再生混合物加熱溫度。再生混合物加熱溫度可以是再生混合物加熱室5內(nèi)的溫度。烷烴加熱溫度和再生混合物加熱溫度可以近似相等，例如，在彼此的約100℃內(nèi)。

可以將反應(yīng)室的第一組26和反應(yīng)室的第二組27的溫度設(shè)置為近似恒定值。在烷烴脫氫模式和再生模式二者下，可以將反應(yīng)室26、27維持在近似恒定的溫度。反應(yīng)室的溫度可以是約400℃至約900℃。在某些實(shí)施方式中，反應(yīng)室的溫度可以是500℃至約750℃，例如，約500℃、約550℃、約600℃、約650℃、約700℃、或約750℃。在本文描述的溫度下，均可以進(jìn)行烷烴脫氫和催化劑再生。在用于使烷烴脫氫和再生催化劑的過程中，反應(yīng)階段和再生階段的溫度可以近似相等。

“近似恒定”或“大致相等”的溫度可以是在窄范圍內(nèi)的溫度，例如，在約100℃內(nèi)。

為了在反應(yīng)室26、27中實(shí)現(xiàn)大致恒定的溫度值，可以調(diào)節(jié)加熱爐23、燃燒器25、燃料供給管線24、和空氣供給管線31，以向反應(yīng)室26、27提供適宜的、預(yù)定量的熱量。此外，如上所述，在某些實(shí)施方式中，反應(yīng)室26、27可以包括發(fā)熱部件，當(dāng)反應(yīng)室26、27處于烷烴脫氫和/或再生模式時(shí)，其還可以向反應(yīng)室26、27提供熱量。

在某些實(shí)施方式中，當(dāng)室26、27處于烷烴脫氫模式時(shí)，在反應(yīng)室26、27內(nèi)的壓力可以是約10kPa至約300kPa(約0.1巴至約3.0巴)。

在圖1所示的示例性系統(tǒng)100中，烷烴加熱室6和再生混合物加熱室5是獨(dú)立且不同的。在示例性系統(tǒng)100中，在反應(yīng)室26、27自身內(nèi)沒有切換閥。

在某些實(shí)施方式中，預(yù)熱室5、6可以是管狀。預(yù)熱室5、6的尺寸和規(guī)?？梢允强勺兊牟⑶铱梢匀Q于所期望的進(jìn)料和規(guī)模。在某些實(shí)施方式中，預(yù)熱室5、6可以是管狀并且可以具有約1cm至約3cm的寬度(直徑)。較小直徑的管具有改善的傳熱性能，但會(huì)降低容積。

預(yù)熱室5、6和反應(yīng)室26、27可以具有本領(lǐng)域已知的各種形狀。例如，室5、6、26、27可以是U形和/或直形。

系統(tǒng)100可以包括用于測量廢氣的溫度的熱電偶22。

在某些實(shí)施方式中，烷烴進(jìn)料管線1可以將丙烷進(jìn)料至系統(tǒng)100，以及產(chǎn)物輸出管線33可以從系統(tǒng)100去除丙烯。在某些實(shí)施方式中，烷烴進(jìn)料管線1可以將異丁烷進(jìn)料至系統(tǒng)100，以及產(chǎn)物輸出管線33可以從系統(tǒng)100去除異丁基烯(isobutylene)(異丁烯(isobutene))。

雖然圖1的示例性系統(tǒng)100示出在管線15、19、32、34、35、36、37、和38上的總共8個(gè)可切換閥，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，圖1是簡化的非限制性表示，并且本公開的方法和系統(tǒng)包括其他配置。例如，可以在每個(gè)反應(yīng)室26、27的入口和/或出口處安裝可切換閥，使得可以單獨(dú)控制進(jìn)入每個(gè)室的流量。

為了說明而不是限制的目的，圖2是根據(jù)所公開的主題的示例性系統(tǒng)的示意圖。圖2示出烷烴加熱室6和再生混合物加熱室5。烷烴加熱室6結(jié)合至烷烴進(jìn)料管線1并且進(jìn)一步結(jié)合至加熱的烷烴輸出管線8。通過子管線2(sub-line)，烷烴加熱室6可以結(jié)合至烷烴進(jìn)料管線1。再生混合物加熱室5結(jié)合至再生混合物進(jìn)料管線3并且進(jìn)一步結(jié)合至加熱的再生混合物輸出管線7。通過子管線，再生混合物加熱室5可以結(jié)合至再生混合物進(jìn)料管線3。通過使熱氣通過在室5、6之間的空間4，可以加熱烷烴加熱室6和再生混合物加熱室5。

出于說明而不是限制性的目的，圖3是根據(jù)所公開的主題的示例性系統(tǒng)的示意圖。圖3示出，進(jìn)料管線(例如，烷烴進(jìn)料管線1或再生混合物進(jìn)料管線3)可以結(jié)合至子管線9，子管線9通過較小的管道11，可以進(jìn)一步結(jié)合至單個(gè)室10(例如，烷烴加熱室6或再生混合物加熱室5)。

為了說明而不是限制的目的，圖4是根據(jù)所公開的主題的示例性系統(tǒng)的示意圖。圖4示出了這樣的實(shí)施方式，其中兩個(gè)通道被同時(shí)使用(如圖3所示)并進(jìn)一步連接到兩個(gè)入口。其中一個(gè)入口含有預(yù)熱進(jìn)料而另一個(gè)入口則含有預(yù)熱的再生混合物。圖4示出反應(yīng)室26、27的上部，其未示于圖1。圖4示出加熱的烷烴進(jìn)料管線14、18和加熱的再生混合物進(jìn)料管線15，它們結(jié)合至反應(yīng)室13。通過較小的連接管線12、16、17，進(jìn)料管線14、15、18可以結(jié)合至反應(yīng)室。

為了說明而不是限制的目的，圖5是根據(jù)所公開的主題的示例性系統(tǒng)的示意圖。圖5示出反應(yīng)室的第一組26和反應(yīng)室的第二組27。通過使熱氣通過在室26、27之間的空間4，可以加熱室26、27。圖5進(jìn)一步表明，可以切換或交替反應(yīng)室的第一組26和反應(yīng)室的第二組27，使得一種進(jìn)料(例如，反應(yīng)進(jìn)料)流過一個(gè)組，同時(shí)第二進(jìn)料(例如，再生進(jìn)料)流過第二個(gè)組。

示例性系統(tǒng)100的室和管線的尺寸不是固定的，而是可以根據(jù)系統(tǒng)100的所期望的規(guī)模和生產(chǎn)能力加以調(diào)節(jié)。

在一種實(shí)施方式中，用于使烷烴脫氫的示例性方法包括使烷烴通過一個(gè)或多個(gè)烷烴加熱室以提供加熱的烷烴。參照上文描述的圖1，上述方法可以包括將來自烷烴進(jìn)料管線1的烷烴進(jìn)料至一個(gè)或多個(gè)烷烴加熱室6。烷烴通過烷烴加熱室6以提供加熱的烷烴。通過加熱的烷烴輸出管線8，可以從烷烴加熱室6去除加熱的烷烴。取決于第一加熱的烷烴進(jìn)料管線15和第二加熱的烷烴進(jìn)料管線35中的哪個(gè)閥是開放的以及哪個(gè)閥是關(guān)閉的，加熱的烷烴可以進(jìn)入并通過反應(yīng)室的第一組26或反應(yīng)室的第二組27。隨著加熱的烷烴通過反應(yīng)室26或27，在反應(yīng)室內(nèi)的催化劑促進(jìn)烷烴的脫氫反應(yīng)以提供脫氫產(chǎn)物(例如，烯烴)。方法的此階段可以描述為反應(yīng)階段。然后可以通過產(chǎn)物輸出管線33，從反應(yīng)室26或27去除產(chǎn)物。

示例性方法進(jìn)一步包括使再生混合物通過一個(gè)或多個(gè)再生混合物加熱室以提供加熱的再生混合物。上述方法可以包括將來自再生混合物進(jìn)料管線3的再生混合物進(jìn)料至一個(gè)或多個(gè)再生混合物加熱室5。再生混合物通過再生混合物加熱室5以提供加熱的再生混合物。通過加熱的再生混合物輸出管線7，可以從再生混合物加熱室5去除加熱的再生混合物。取決于第一加熱的再生混合物進(jìn)料管線32和第二加熱的再生混合物進(jìn)料管線19中的哪個(gè)閥是開放的以及哪個(gè)閥是關(guān)閉的，加熱的再生混合物可以進(jìn)入并通過反應(yīng)室的第一組26或反應(yīng)室的第二組27。當(dāng)加熱的再生混合物通過反應(yīng)室26或27時(shí)，可以再生反應(yīng)室內(nèi)的催化劑。

在某些實(shí)施方式中，上述方法可以包括，當(dāng)它通過反應(yīng)室26或27時(shí)，改變加熱的再生混合物的組成。例如，上述方法可以包括首先使加熱的蒸汽通過反應(yīng)室26或27，接著通過氧氣和蒸汽，接著通過還原劑，接著抽空反應(yīng)室26或27。然后通過來自再生輸出管線20的流出物，可以從反應(yīng)室26或27去除再生混合物。在反應(yīng)階段以后可以發(fā)生再生。

在本公開的方法和系統(tǒng)中，飽和烴(例如，乙烷、丙烷、和異丁烷)到相應(yīng)的烯烴的轉(zhuǎn)化率，在某些實(shí)施方式中，可以變化約20％至約65％的范圍。產(chǎn)率/烷烴脫氫的周期可以大于20％。相對于其它產(chǎn)物，對于所期望的烯產(chǎn)物的反應(yīng)選擇性可以變化約50％至約98％的范圍。

為催化劑再生所需要的時(shí)間長度可以取決于多種變量，包括，例如所使用的催化劑的類型、催化劑床或板的規(guī)模、再生混合物的組成、和再生混合物的溫度。在某些實(shí)施方式中，用于基于Cr的催化劑的再生的時(shí)間長度可以是約5分鐘至約30分鐘。在此時(shí)間長度期間，可以通過清掃、再生、還原、和抽空來再生基于Cr的催化劑。在某些實(shí)施方式中，用于基于Pt的催化劑的再生的時(shí)間長度可以是約1小時(shí)至約10小時(shí)。在此時(shí)間長度期間，可以通過清掃、再生、還原、和抽空來再生基于Pt的催化劑。在再生反應(yīng)室26或27的一個(gè)組的這段時(shí)間中，可以在反應(yīng)室26或27的另一個(gè)組中進(jìn)行烷烴脫氫。

基于Pt的催化劑的再生可以包括活性金屬的再分散。例如，可以將溫和的氯試劑注入反應(yīng)室26和/或27以再分散活性Pt。

在某些實(shí)施方式中，本公開的系統(tǒng)和方法可以適應(yīng)烷烴的氧化脫氫。在烷烴的氧化脫氫中，不同于烷烴的標(biāo)準(zhǔn)脫氫，在氧氣(O₂)存在下，烷烴化合物被轉(zhuǎn)化為烯烴化合物，并且形成水(H₂O)而不是氫氣(H₂)作為副產(chǎn)物。氧化脫氫是放熱而不是吸熱過程。因此，氧化脫氫，不同于標(biāo)準(zhǔn)脫氫，不需要輸入熱量來進(jìn)行。稍作調(diào)節(jié)，本公開的系統(tǒng)和方法可以適應(yīng)氧化脫氫。例如，可以連同烷烴進(jìn)料一起共注射氧氣，以及可以降低加熱爐內(nèi)的溫度。

本發(fā)明公開的主題的方法和系統(tǒng)，相對于現(xiàn)有技術(shù)，可以具有多種優(yōu)點(diǎn)，包括延長的催化劑壽命、降低的總能耗、改善的熱和質(zhì)量傳遞、溫度和產(chǎn)物分布的改進(jìn)的控制、減少的停機(jī)時(shí)間、和簡化的操作。本公開的用于使烷烴脫氫的系統(tǒng)不需要從再生器到反應(yīng)器的獨(dú)立的催化劑傳輸管線。

本文披露的系統(tǒng)和方法包括至少以下實(shí)施方式。

實(shí)施方式1：用于使烷烴脫氫的系統(tǒng)，包括：加熱爐；位于加熱爐內(nèi)的用于預(yù)熱烷烴進(jìn)料的一個(gè)或多個(gè)烷烴加熱室；位于加熱爐內(nèi)的用于預(yù)熱再生混合物進(jìn)料的一個(gè)或多個(gè)再生混合物加熱室；位于加熱爐內(nèi)的用于使烷烴脫氫的兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)室的第一組，反應(yīng)室的第一組可切換地結(jié)合至烷烴加熱室以從其接收加熱的烷烴進(jìn)料，以及可切換地結(jié)合至再生混合物加熱室以從其接收加熱的再生混合物進(jìn)料；以及位于加熱爐內(nèi)的用于使烷烴脫氫的兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)室的第二組，反應(yīng)室的第二組可切換地結(jié)合至烷烴加熱室以從其接收加熱的烷烴進(jìn)料，以及可切換地結(jié)合至再生混合物加熱室并且配置為從其接收加熱的再生混合物進(jìn)料；上述系統(tǒng)配置為使得當(dāng)反應(yīng)室的第一組切換為接收加熱的烷烴進(jìn)料時(shí)，反應(yīng)室的第二組切換為接收加熱的再生混合物進(jìn)料；以及當(dāng)反應(yīng)室的第一組切換為接收加熱的再生混合物進(jìn)料時(shí)，反應(yīng)室的第二組切換為接收加熱的烷烴進(jìn)料。

實(shí)施方式2：實(shí)施方式1的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括：加熱的烷烴輸出管線，其結(jié)合至烷烴加熱室，用于從烷烴加熱室去除加熱的烷烴；第一加熱的烷烴進(jìn)料管線，其結(jié)合至加熱的烷烴輸出管線并進(jìn)一步結(jié)合至反應(yīng)室的第一組，用于將來自加熱的烷烴輸出管線的加熱的烷烴進(jìn)料至反應(yīng)室的第一組，第一加熱的烷烴進(jìn)料管線包括閥；以及第二加熱的烷烴進(jìn)料管線，其結(jié)合至加熱的烷烴輸出管線并進(jìn)一步結(jié)合至反應(yīng)室的第二組，用于將來自加熱的烷烴輸出管線的加熱的烷烴進(jìn)料至反應(yīng)室的第二組，第二加熱的烷烴進(jìn)料管線包括閥。

實(shí)施方式3：實(shí)施方式1或?qū)嵤┓绞?的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括：加熱的再生混合物輸出管線，其結(jié)合至再生混合物加熱室，用于從再生混合物加熱室去除加熱的再生混合物；第一加熱的再生混合物進(jìn)料管線，其結(jié)合至加熱的再生混合物輸出管線并進(jìn)一步結(jié)合至反應(yīng)室的第一組，用于將來自加熱的再生混合物輸出管線的加熱的再生混合物進(jìn)料至反應(yīng)室的第一組，第一加熱的再生混合物進(jìn)料管線包括閥；以及第二加熱的再生混合物進(jìn)料管線，其結(jié)合至加熱的再生混合物輸出管線并進(jìn)一步結(jié)合至反應(yīng)室的第二組，用于將來自加熱的再生混合物輸出管線的加熱的再生混合物進(jìn)料至反應(yīng)室的第二組，第二加熱的再生混合物進(jìn)料管線包括閥。

實(shí)施方式4：任何前述實(shí)施方式的系統(tǒng)，其中烷烴加熱室和再生混合物加熱室位于加熱爐的頂部附近。

實(shí)施方式5：任何前述實(shí)施方式的系統(tǒng)，其中烷烴加熱室和再生混合物加熱室彼此相鄰定位。

實(shí)施方式6：任何前述實(shí)施方式的系統(tǒng)，其中反應(yīng)室的第一組和反應(yīng)室的第二組彼此相鄰定位。

實(shí)施方式7：實(shí)施方式5或?qū)嵤┓绞?的系統(tǒng)，其中烷烴加熱室和再生混合物加熱室在加熱爐內(nèi)位于反應(yīng)室的第一組的上方以及位于反應(yīng)室的第二組的上方。

實(shí)施方式8：任何前述實(shí)施方式的系統(tǒng)，其中反應(yīng)室的第一組和反應(yīng)室的第二組包含基于Pt或Cr的催化劑。

實(shí)施方式9：實(shí)施方式8的系統(tǒng)，其中催化劑包含鉻氧化物。

實(shí)施方式10：用于使烷烴脫氫的系統(tǒng)，包括：加熱爐；位于加熱爐內(nèi)的用于烷烴加熱的裝置，位于加熱爐內(nèi)的用于再生混合物加熱的裝置，位于加熱爐內(nèi)的反應(yīng)室的第一組，以及位于加熱爐內(nèi)的反應(yīng)室的第二組；以及用于將加熱的烷烴進(jìn)料和加熱的再生混合物進(jìn)料可切換地進(jìn)料至反應(yīng)室的第一組和反應(yīng)室的第二組的裝置。

實(shí)施方式11：實(shí)施方式10的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)配置為使得，當(dāng)加熱的再生混合物進(jìn)料進(jìn)料至反應(yīng)室的第二組時(shí)，加熱的烷烴進(jìn)料進(jìn)料至反應(yīng)室的第一組，以及當(dāng)加熱的烷烴進(jìn)料進(jìn)料至反應(yīng)室的第二組時(shí)，加熱的再生混合物進(jìn)料進(jìn)料至反應(yīng)室的第一組。

實(shí)施方式12：用于使烷烴脫氫的方法，包括：使烷烴通過位于加熱爐內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)烷烴加熱室以提供加熱的烷烴，在反應(yīng)階段中，使加熱的烷烴通過位于加熱爐內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)室以提供脫氫產(chǎn)物；使再生混合物通過位于加熱爐內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)再生混合物加熱室以提供加熱的再生混合物；在反應(yīng)階段以后，在再生階段中，使加熱的再生混合物通過反應(yīng)室，從而再生在反應(yīng)室內(nèi)的催化劑。

實(shí)施方式13：實(shí)施方式12的方法，其中反應(yīng)室包含基于Pt或Cr的催化劑。

實(shí)施方式14：實(shí)施方式12或?qū)嵤┓绞?3的方法，其中反應(yīng)室包括反應(yīng)室的第一組和反應(yīng)室的第二組，以及當(dāng)反應(yīng)室的第二組接收加熱的再生混合物進(jìn)料時(shí)反應(yīng)室的第一組接收加熱的烷烴進(jìn)料。

實(shí)施方式15：實(shí)施方式12-14中任一實(shí)施方式的方法，其中反應(yīng)室包括反應(yīng)室的第一組和反應(yīng)室的第二組，以及當(dāng)反應(yīng)室的第二組接收加熱的烷烴進(jìn)料時(shí)，反應(yīng)室的第一組接收加熱的再生混合物進(jìn)料。

實(shí)施方式16：實(shí)施方式12-15中任一實(shí)施方式的方法，其中將烷烴加熱室加熱至烷烴加熱溫度，將再生混合物加熱室加熱至再生混合物加熱溫度，以及其中烷烴加熱溫度和再生混合物加熱溫度是大致相等的。

實(shí)施方式17：實(shí)施方式12-16中任一實(shí)施方式的方法，由此加熱爐將預(yù)定量的熱量供應(yīng)至烷烴加熱室、再生混合物加熱室、和反應(yīng)室。

實(shí)施方式18：實(shí)施方式16或?qū)嵤┓绞?7的方法，由此，通過對流加熱和輻射加熱的一種或多種，加熱爐將熱量供應(yīng)至烷烴加熱室、再生混合物加熱室、和反應(yīng)室。

實(shí)施方式19：實(shí)施方式12-18中任一實(shí)施方式的方法，其中反應(yīng)室具有約1h^-1至約10,000h^-1的氣時(shí)空速(GHSV)。

實(shí)施方式20：實(shí)施方式12-19中任一實(shí)施方式的方法，由此上述方法是連續(xù)進(jìn)行的。

如在本文中所使用的，術(shù)語“約”或“大約”是指，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所確定的，對于特定值的可接受的誤差范圍，這將部分取決于如何測量或確定值，即測量系統(tǒng)的限度。例如，“約”可以指給定值的高達(dá)20％、高達(dá)10％、高達(dá)5％、和/或高達(dá)1％的范圍。

通常，本發(fā)明可以可替換地包含本文公開的任何適當(dāng)?shù)慕M分，由其組成，或基本上由其組成。本發(fā)明可以另外或替代地加以配制以沒有，或基本上不含在現(xiàn)有技術(shù)組成中使用的或者另外對于本發(fā)明的功能和/或目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是沒有必要的任何組分、材料、成分、佐劑或物質(zhì)。針對相同的組分或性能的所有范圍的端點(diǎn)是包容的和獨(dú)立可組合的(例如，“小于或等于25wt％、或5wt％至20wt％”的范圍包括“5wt％至25wt％”的范圍的端點(diǎn)和所有中間值等)。除較寬范圍之外，較窄范圍或更具體組的披露并不是較寬范圍或較大組的放棄權(quán)利聲明?！敖M合”包括共混物、混合物、合金、反應(yīng)產(chǎn)物等。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等在本文中不表示任何順序、數(shù)量、或重要性，而是用來表示一種要素不同于另一要素。除非本文另有說明或與上下文明顯矛盾，術(shù)語“一”和“一種”以及“該”在本文中不表示數(shù)量的限制，而應(yīng)解釋為包括單數(shù)和復(fù)數(shù)?！盎颉笔侵浮昂?或”。如在本文中使用的，后綴“(s)”旨在包括它所修飾的術(shù)語的單數(shù)和復(fù)數(shù)，從而包括上述術(shù)語的一個(gè)或多個(gè)(例如，薄膜包括一個(gè)或多個(gè)薄膜)。在整個(gè)說明書中提及“一種實(shí)施方式”、“另一實(shí)施方式”、“一實(shí)施方式”等是指連同實(shí)施方式一起描述的特定要素(例如，特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、和/或特性)包括在本文描述的至少一種實(shí)施方式中，并且可能存在或可能不存在于其它實(shí)施方式中。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，在各種實(shí)施方式中，可以以任何適宜的方式來組合所描述的要素。

連同數(shù)量一起使用的修飾語“約”包括陳述值并具有由上下文指示的含義(例如，包括相關(guān)于特定數(shù)量的測量的誤差度)。符號(hào)“±10％”是指，指定的測量可以形成這樣的量，其是陳述值減去10％至加上10％。除非另有說明，本文中使用的術(shù)語“前”、“后”、“底部”、和/或“頂部”僅僅是為了方便描述，而不限于任何一個(gè)位置或空間取向?！翱蛇x的”或“可選地”是指其后描述的事件或情況可以發(fā)生或可以不發(fā)生，以及該描述包括所述事件或事例發(fā)生的情況以及所述事件或事例不發(fā)生的情況。除非另有定義，本文使用的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的相同的含義。“組合”包括共混物、混合物、合金、反應(yīng)產(chǎn)物等。

所有引用的專利、專利申請、和其它參考文獻(xiàn)的全部內(nèi)容以引用方式結(jié)合于本文。然而，如果本申請中的術(shù)語與所并入的參考文獻(xiàn)中的術(shù)語矛盾或沖突，則本申請的術(shù)語優(yōu)先于所并入的參考文獻(xiàn)的沖突術(shù)語。

雖然已描述了特定的實(shí)施方式，但是申請人或其他本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到當(dāng)前不可預(yù)見的或可能當(dāng)前未預(yù)見到的替換、修改、變化、改進(jìn)、和實(shí)質(zhì)等同物。因此，所提交的并且可能被修改的所附權(quán)利要求旨在涵蓋所有這樣的替代、修改、變化、改進(jìn)、和實(shí)質(zhì)等同物。

雖然已詳細(xì)描述了本發(fā)明公開的主題和它的優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，可以進(jìn)行各種變化、替換和改變，而不偏離如由所附權(quán)利要求限定的所公開主題的精神和范圍。此外，所公開主題的范圍并不旨在限于在說明書中描述的特定實(shí)施方式。因此，所附權(quán)利要求旨在在它們的范圍內(nèi)包括這樣的替代。