用于烯烴脫氫的逆流流化床反應(yīng)器的制造方法
【專利說明】用于烯烴脫氫的逆流流化床反應(yīng)器
[0001]優(yōu)先權(quán)聲明
[0002]本申請(qǐng)要求2012年11月20日提交的美國申請(qǐng)N0.13/681，914和13/681,945的優(yōu)先權(quán)。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的領(lǐng)域是生產(chǎn)輕烯烴。具體而言，本發(fā)明涉及C3-C5范圍內(nèi)的鏈烷烴脫氫。
[0004]發(fā)明背景
[0005]乙烯和丙烯分別是每分子具有兩個(gè)或三個(gè)原子的輕烯烴，是用于生產(chǎn)其他有用材料如聚乙烯和聚丙烯的重要化學(xué)品。聚乙烯和聚丙烯是兩種現(xiàn)金使用的最常見的塑料且作為材料制造及作為用于包裝的材料均具有寬范圍用途。乙烯和丙烯的其他用途包括生產(chǎn)氯乙烯、氧化乙烯、乙苯和醇。烴的蒸汽裂解或熱解的蒸汽產(chǎn)生基本上所有的乙烯和丙烯。作為原料用于輕烯烴生產(chǎn)的烴包括天然氣，石油液體，和包括煤、再循環(huán)塑料或任何有機(jī)材料在內(nèi)的含碳材料。
[0006]輕烯烴設(shè)備是反應(yīng)和氣體回收系統(tǒng)非常復(fù)雜的結(jié)合。使原料在有效熱條件下在蒸汽存在下加入裂解區(qū)以產(chǎn)生熱解反應(yīng)器流出物氣體混合物。使熱解反應(yīng)器流出物氣體混合物穩(wěn)定并通過低溫和常規(guī)分餾步驟的序列分為經(jīng)純化的組分。典型的輕烯烴設(shè)備包括包含低溫和常規(guī)分餾步驟的乙烯分離部分以回收純度超過99.5%乙烯的乙烯產(chǎn)品。使丙烯和更重的烴與乙烯分離并在分開的部分或分開的分餾塔中回收。
[0007]該方法的改進(jìn)可節(jié)約能源及非常昂貴的設(shè)備，同時(shí)提高產(chǎn)物的總產(chǎn)量。
[0008]發(fā)明概述
[0009]本發(fā)明是一種用于烴脫氫的方法。具體而言，本發(fā)明用于使C2-C5范圍內(nèi)的烷烴氣相轉(zhuǎn)化成烯烴。該方法包括將具有大直徑的容器用于使催化劑向下流動(dòng)通過催化劑床。該方法包括使氣相烴工藝過程料流向上流動(dòng)通過催化劑床以隨著工藝過程料流接觸催化劑而使該烴脫氫。使催化劑在至少600°C的溫度下通入反應(yīng)器到達(dá)催化劑床上的區(qū)域。使工藝過程料流在小于600°C的溫度下通入反應(yīng)器。
[0010]該方法包括使催化劑相對(duì)于工藝過程料流逆流流動(dòng)，且工藝過程料流在脫氫的吸熱反應(yīng)過程中隨著其接觸催化劑而由催化劑獲得熱。溫度梯度在具有處于最高溫度下或接近最高溫度的催化劑床頂部與處于最低溫度下或接近最低溫度的催化劑床底部的催化劑床內(nèi)形成。優(yōu)選在工藝過程料流入口溫度與催化劑入口溫度之間具有溫差，其中催化劑比工藝過程料流溫度熱至少50°C。
[0011]本發(fā)明的其他目的、優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將可從隨后的詳細(xì)描述和附圖中看出。
[0012]附圖簡述
[0013]圖1是利用多個(gè)反應(yīng)器的典型方法的工藝過程料流溫度曲線；
[0014]圖2是包括反應(yīng)器和再生器系統(tǒng)的脫氫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)示意圖；
[0015]圖3是逆流流動(dòng)的工藝過程料流溫度曲線；
[0016]圖4是反應(yīng)器的圖解；
[0017]圖5顯示了反應(yīng)器內(nèi)件的一個(gè)實(shí)例；以及
[0018]圖6顯示了一部分反應(yīng)器內(nèi)件的第二個(gè)實(shí)例。
[0019]發(fā)明詳述
[0020]目前，輕烯烴的生產(chǎn)主要來自通過石腦油和更重的烴的裂解方法以及通過裂解更重的烯烴的方法得到的輕烯烴的通常來源。輕烯烴隨后從包含乙烯和丙烯的產(chǎn)物料流中分離出來。在輕烯烴的生產(chǎn)與對(duì)這些聚合物結(jié)構(gòu)嵌段的需求之間存在逐漸增加的缺口。該需求由通過使用輕鏈烷烴原料且直接通過脫氫使鏈烷烴轉(zhuǎn)化成烯烴的專用方法來滿足。優(yōu)選原料的一個(gè)實(shí)例是丙烷或LPG進(jìn)料。這可直接脫氫且克服其他丙烯生產(chǎn)方法如甲醇制烯烴和更重?zé)N的裂解的缺點(diǎn)。
[0021]使用用于使鏈烷烴進(jìn)料流直接轉(zhuǎn)化成烯烴類似物的方法生產(chǎn)輕烯烴利用貴金屬催化劑。脫氫技術(shù)的挑戰(zhàn)包括使脫氫平衡有利地向烯烴偏移的反應(yīng)條件如壓力和溫度，以及進(jìn)行反應(yīng)所需的大量熱，同時(shí)使不希望的副反應(yīng)如非選擇性熱轉(zhuǎn)化最小。脫氫方法是吸熱的，且目前該方法利用具有在反應(yīng)器床之間的級(jí)間加熱的多個(gè)反應(yīng)器床。如圖1所示，該方法包括使至各反應(yīng)器的進(jìn)料加熱，其中由于吸熱性工藝過程料流冷卻。
[0022]在一個(gè)操作(A)中，使工藝過程料流隨著其離開一個(gè)反應(yīng)器而重新加熱且通入隨后的反應(yīng)器并再次冷卻。將該工藝過程重復(fù)數(shù)次，其中在反應(yīng)器數(shù)與轉(zhuǎn)化程度之間實(shí)現(xiàn)平衡。使工藝過程料流循環(huán)通過反應(yīng)器間的加熱器數(shù)次以使溫度回到設(shè)計(jì)的入口溫度。該工藝過程具有多個(gè)反應(yīng)器，其中使反應(yīng)器運(yùn)行直到催化劑溫度已降至轉(zhuǎn)化率太低而不能繼續(xù)的水平。隨后將催化劑取出并重新加熱。這借助控制催化劑通過反應(yīng)器的流動(dòng)而控制。利用多個(gè)反應(yīng)器使催化劑和工藝過程料流的重新加熱在處于高溫下的工藝過程料流的接觸時(shí)間的長度內(nèi)平衡，并由于吸熱性而容許冷卻。第二個(gè)工藝過程(B)利用大的返混反應(yīng)器以在反應(yīng)器中產(chǎn)生基本上均勻的溫度，其中通過加入新鮮的經(jīng)加熱的催化劑而連續(xù)增加熱量。第二個(gè)工藝過程顯示工藝過程料流延長了高溫周期。
[0023]使用多個(gè)反應(yīng)器需要使用熱傳輸線以及額外的加熱器。這提高了工藝過程料流處于高溫下的時(shí)間長度，并能夠有助于裂解以及工藝過程料流與熱金屬在設(shè)備中的反應(yīng)。這利用減少單個(gè)反應(yīng)器的需要并使高溫接觸時(shí)間最小(這又使熱裂解最小)的新方法克服。
[0024]新的方法是利用用于使鏈烷烴與催化劑接觸的逆流流動(dòng)方法。新方法利用較大的反應(yīng)器，并容許較大的氣體流動(dòng)速率，但具有較低的催化劑通量?？刂拼呋瘎┫蛳铝鲃?dòng)，同時(shí)接觸在反應(yīng)器中向上流動(dòng)的氣體。可使催化劑在反應(yīng)器中保持較長的停留時(shí)間，其中可容許催化劑冷卻更多。存在收率上的提高，同時(shí)減少工藝過程料流與催化劑在相對(duì)高的溫度(其中不希望的副反應(yīng)可能發(fā)生)下的接觸時(shí)間。催化劑停留時(shí)間由包括催化劑的選擇的數(shù)個(gè)因素確定。該方法可經(jīng)受使用在需要再生前具有相對(duì)短壽命的催化劑。對(duì)于短壽命的催化劑如氧化鋯，停留時(shí)間可在10秒到20分鐘之間。對(duì)于在再生之間具有更長壽命的催化劑如在載體上的貴金屬催化劑，停留時(shí)間可達(dá)數(shù)天。
[0025]該方法用于丙烷和丁烷的脫氫，并對(duì)現(xiàn)有方法進(jìn)行改進(jìn)。如圖2所示，該方法將經(jīng)再生的催化劑料流10返回脫氫反應(yīng)器20。催化劑向下流動(dòng)通過反應(yīng)器20中的催化劑床22。使鏈烷烴進(jìn)料流24通入反應(yīng)器20并以向上的方向流動(dòng)通過催化劑床22，由此使進(jìn)料流與催化劑在脫氫反應(yīng)條件下接觸，以產(chǎn)生包含烯烴的產(chǎn)物料流26。使用過的催化劑在反應(yīng)器20的底部收集并通過催化劑傳輸線38傳輸，并且通入再生器40。再生器40使催化劑再生并使經(jīng)再生的催化劑料流10返回反應(yīng)器20?？蓪?duì)經(jīng)再生的催化劑進(jìn)行使用惰性氣體的汽提工藝過程以除去來自再生器的殘留燃燒產(chǎn)物。也可使惰性氣體加熱以保持催化劑溫度并促進(jìn)經(jīng)吸附的燃燒產(chǎn)物解吸。
[0026]在本發(fā)明中，脫氫方法包括400-800°C的反應(yīng)溫度，其中溫度梯度沿反應(yīng)器軸向方向。該反應(yīng)器在具有經(jīng)再生的催化劑的入口的頂部處于其最高溫度且隨著催化劑通過反應(yīng)器而冷卻。使催化劑進(jìn)料在至少600°C，但小于800°C的溫度下引入反應(yīng)器。優(yōu)選催化劑進(jìn)料溫度是650-750°C，更優(yōu)選的催化劑進(jìn)料溫度為670-730°C。
[0027]該方法是逆流的，因此使鏈烷