專利名稱：用于烴脫氫的多級(jí)流化床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由鏈烷烴生產(chǎn)輕質(zhì)烯烴。具體而言，本發(fā)明涉及丙烯生產(chǎn)中的丙烷脫氫。
背景技術(shù)：
連續(xù)催化劑轉(zhuǎn)化方法在精煉和石油化學(xué)エ業(yè)中是常見的。烴的流化催化劑裂化是生產(chǎn)較輕烴組分的重要方法，因而它是丙烯生產(chǎn)的重要方法。流化催化裂化方法使流化催 化劑在反應(yīng)器與再生器之間連續(xù)地循環(huán)。生產(chǎn)丙烯的另一路線可通過(guò)催化脫氫將丙烷脫氫而得到。脫氫催化劑一般包含酸性載體如氧化鋁或ニ氧化硅氧化鋁上載的貴金屬催化劑，或沸石材料。然而，反應(yīng)是強(qiáng)吸熱的，并需要高溫以使反應(yīng)以令人滿意的速率進(jìn)行。同時(shí)，需要控制反應(yīng)以限制丙烷降解形成甲烷和こ烯，且其中こ烯可通過(guò)丙烷脫氫而釋放的氫氣氫化。該方法還導(dǎo)致催化劑焦化并使催化劑減活。因此催化劑需要在在脫氫反應(yīng)器中較短的操作或停留階段以后定期再生。通過(guò)脫氫生產(chǎn)丙烯是吸熱方法并需要大量的額外熱以容許進(jìn)行該方法。因此，總選擇性通常由于催化劑床上的溫度梯度而受損。最熱的溫度在催化劑床的出口處是理想的，但它不能以目前技術(shù)發(fā)展水平設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。另ー問題是由于在供入反應(yīng)器中以前所需的進(jìn)料加熱而導(dǎo)致的過(guò)多非催化熱停留時(shí)間。發(fā)明概述本發(fā)明提供用于將烴進(jìn)料流脫氫的新方法。使包含鏈烷烴的烴進(jìn)料流以平行流進(jìn)入多個(gè)催化反應(yīng)器床中，反應(yīng)器包含多個(gè)流化反應(yīng)器床，其中催化劑流過(guò)從ー個(gè)反應(yīng)器床級(jí)聯(lián)到隨后反應(yīng)器床的反應(yīng)器。催化劑流過(guò)串聯(lián)的反應(yīng)器床，其中隨著催化劑流過(guò)各反應(yīng)器床，催化劑經(jīng)受ー些減活。再生催化劑進(jìn)入第一反應(yīng)器床中，且來(lái)自第一反應(yīng)器床的催化劑進(jìn)入第二反應(yīng)器床中，其中來(lái)自第二反應(yīng)器床的催化劑繼續(xù)至串聯(lián)的下一反應(yīng)器床中。離開最后反應(yīng)器床的催化劑進(jìn)入再生単元，由此產(chǎn)生待進(jìn)入第一反應(yīng)器床的再生催化劑。該方法減少了熱停留時(shí)間，且熱停留時(shí)間的減少提供另一益處，即不再需要火焰加熱器。反應(yīng)所需的熱通過(guò)從再生単元返回的熱催化劑提供。還存在較低的資本和不動(dòng)產(chǎn)需求。刪除高溫?zé)嵬Ａ魰r(shí)間使進(jìn)料的熱裂化最小化，并改進(jìn)了總產(chǎn)物選擇性。在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法包括使催化劑從反應(yīng)器床的出口返回反應(yīng)器床的入ロ，由此提供催化劑至各床的再循環(huán)。再循環(huán)催化劑也可在催化劑再進(jìn)入反應(yīng)器床中以前通過(guò)加熱單元或冷卻単元。本發(fā)明的其它目的、實(shí)施方案和細(xì)節(jié)可由附圖
和發(fā)明詳述獲得。附圖簡(jiǎn)述圖I為用于烴脫氫方法的裝置設(shè)計(jì)的示意圖；圖2為具有三個(gè)反應(yīng)器床的反應(yīng)器的示意圖；和
圖3為顯示催化劑在反應(yīng)器床之間的流動(dòng)的三個(gè)反應(yīng)器床的示意圖。發(fā)明詳述本發(fā)明為關(guān)于脫氫反應(yīng)器的新設(shè)計(jì)。該新設(shè)計(jì)容許較低氫分壓需求，并通過(guò)容許反應(yīng)器床以具有比單流化床反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)的更低的平均床溫度的交錯(cuò)溫度曲線操作，或通過(guò)使進(jìn)料和所得產(chǎn)物經(jīng)過(guò)串聯(lián)的多個(gè)床而降低熱停留時(shí)間。多個(gè)床意指兩個(gè)或更多個(gè)床。該設(shè)計(jì)包含多個(gè)反應(yīng)器床，催化劑級(jí)聯(lián)流過(guò)反應(yīng)器，同時(shí)使烴進(jìn)料流分裂，并平行通過(guò)反應(yīng)器床。這降低了烴進(jìn)料流和所得產(chǎn)物流的熱停留時(shí)間。本發(fā)明的具體實(shí)施方案為由丙烷原料生產(chǎn)丙烯。丙烷脫氫是丙烯的重要來(lái)源，丙烯用作聚丙烯的構(gòu)成單元。本發(fā)明包含多級(jí)流化床反應(yīng)器。該多級(jí)反應(yīng)器包含平行構(gòu)造的多個(gè)反應(yīng)器床，其包含第一反應(yīng)器床和至少ー個(gè)隨后反應(yīng)器床。各反應(yīng)器床具有催化劑入口和催化劑出口，和烴進(jìn)料流入ロ。反應(yīng)器進(jìn)一歩包括催化劑分離段以將催化劑與蒸氣產(chǎn)物流分離。如圖I所示脫氫方法包括使烴進(jìn)料流2進(jìn)入預(yù)熱器30。預(yù)熱的進(jìn)料流4進(jìn)入脫氫反應(yīng)器10，在那里產(chǎn)生包含烯烴的產(chǎn)物流12。廢催化劑料流14進(jìn)入再生単元20中，在那里催化劑再生且再生催化劑料流22返回脫氫反應(yīng)器10中。催化劑的再生通常包括燒掉催化劑上的碳沉積 物和加熱催化劑以用于脫氫反應(yīng)器10中。在一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)器進(jìn)一歩包括各反應(yīng)器床的催化劑再循環(huán)通道，其中各再循環(huán)通道具有與反應(yīng)器床催化劑出口流體連通的通道入口和與各反應(yīng)器床催化劑入口流體連通的通道出ロ。任選，各再循環(huán)通道可進(jìn)ー步包括加熱單元以將各再循環(huán)通道中的催化劑加熱。脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，且再循環(huán)通道通過(guò)當(dāng)催化劑再循環(huán)時(shí)將補(bǔ)充熱加入催化劑中而提供對(duì)反應(yīng)器的熱控制。該設(shè)計(jì)容許整個(gè)反應(yīng)器上的交錯(cuò)溫度曲線，并容許各隨后反應(yīng)器床的遞增溫度曲線，由此提高每反應(yīng)器床的收率，因?yàn)楫?dāng)它從ー個(gè)反應(yīng)器床進(jìn)入隨后反應(yīng)器床時(shí)催化劑變得更少活性。這提高了選擇性和烴進(jìn)料流的轉(zhuǎn)化率。該設(shè)計(jì)還使進(jìn)料流的熱停留時(shí)間最小化，因?yàn)閮H1/3的進(jìn)料流與最熱的催化劑床溫度接觸。 在一個(gè)實(shí)施方案中，該設(shè)計(jì)g在控制反應(yīng)器床溫度。將再生催化劑分開并將一部分送入各単獨(dú)反應(yīng)器床中。對(duì)產(chǎn)生上升溫度曲線的情況而言，催化劑分成三等份，其中一部分進(jìn)入各反應(yīng)器床中。調(diào)整催化劑再循環(huán)通道或再循環(huán)管以具有與反應(yīng)器的操作一致的循環(huán)速率，使得各反應(yīng)器床具有相同的密度。作為可選操作，反應(yīng)器床的溫度可通過(guò)加熱再循環(huán)通道中的催化劑而控制?？商峁┪⒎譄嵋约訜嵩傺h(huán)通道，提供反應(yīng)器床上的上升溫度曲線?？烧{(diào)整催化劑通過(guò)再循環(huán)通道的再循環(huán)速率以保持所需的催化劑床密度。與流化床有關(guān)的強(qiáng)力催化劑混合確保熱再生催化劑快速地將它的顯熱賦予相應(yīng)的反應(yīng)器床。床間溫度梯度的不存在又導(dǎo)致提高的轉(zhuǎn)化率、選擇性和延長(zhǎng)的催化劑壽命。在一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)器包含至少3個(gè)反應(yīng)器床，如圖2所示。將新鮮或再生催化劑供入第一反應(yīng)器床102中，離開第一反應(yīng)器床102的催化劑流入第二反應(yīng)器床104中。離開第二反應(yīng)器床104的催化劑流入第三反應(yīng)器床106中，其中將離開第三反應(yīng)器床106的催化劑送入催化劑再生単元20中。將包含鏈烷烴的烴進(jìn)料流110平行供入各個(gè)反應(yīng)器床 102,104,106 中。并聯(lián)反應(yīng)器床的操作容許反應(yīng)器10中的氫分壓最小化。常常將進(jìn)料流110與氫氣流預(yù)混合，使得反應(yīng)器的進(jìn)料為至反應(yīng)器10的組合烴-氫氣進(jìn)料流。然而，用本發(fā)明可降低反應(yīng)器10的入口處的氫氣量使得反應(yīng)器入口處的氫氣烴比為O。該設(shè)計(jì)容許在所有反應(yīng)器床上的共同分離系統(tǒng)，其中在產(chǎn)物流從反應(yīng)器中離開以前將催化劑細(xì)粒和懸浮催化劑從產(chǎn)物流中除去。產(chǎn)物流可用于預(yù)熱或部分預(yù)熱反應(yīng)器10的烴進(jìn)料流。在一個(gè)實(shí)施方案中，新鮮或再生催化劑120進(jìn)入第一反應(yīng)器床102中。第一進(jìn)料流流過(guò)第一反應(yīng)器床，包含產(chǎn)物和催化劑的料流從第一反應(yīng)器床102中送出。將催化劑與產(chǎn)物流分離并至少部分地送入第二催化劑床104中。一部分催化劑可再循環(huán)至第一反應(yīng)器床102中。第二進(jìn)料流流過(guò)第二反應(yīng)器床104，在那里將包含產(chǎn)物和催化劑的料流從第二反應(yīng)器床104中送出。將來(lái)自第二床104的催化劑與產(chǎn)物流分離并至少部分地送入第三催化劑床106中。將第三進(jìn)料流供入并流過(guò)第三反應(yīng)器床106。將催化劑與產(chǎn)物流分離并至少部分地進(jìn)入再生単元20中。可使烴的停留時(shí)間最小化，同時(shí)保持催化劑在反應(yīng)器中的較長(zhǎng)時(shí)間。進(jìn)料流可以不同量分流以計(jì)算催化劑的老化，并改變反應(yīng)器系統(tǒng)10上的溫度。
在具體實(shí)施方案中，不需要將催化劑流與產(chǎn)物流分離。盡管提到不需要將催化劑流與產(chǎn)物流分離，但意指在催化劑進(jìn)入反應(yīng)器床之間以前將催化劑與產(chǎn)物流分離。不需要實(shí)現(xiàn)與在產(chǎn)物流離開反應(yīng)器以前使催化劑和產(chǎn)物流進(jìn)入分離單元中有關(guān)的分離，例如包括旋風(fēng)分離器。如圖3所示，催化劑可移動(dòng)通過(guò)反應(yīng)器床102、104、106而無(wú)須與產(chǎn)物流分離。將新鮮或再生的催化劑在反應(yīng)器床的底部加入第一反應(yīng)器床102中。催化劑向上流過(guò)反應(yīng)器床，并從反應(yīng)器床的頂部流出。使來(lái)自第一反應(yīng)器床102的頂部的催化劑通過(guò)連接第一反應(yīng)器床102的頂部與第二反應(yīng)器床104的底部的通道122送入第二反應(yīng)器床104的底部。催化劑向上流過(guò)第二反應(yīng)器床104并從第二反應(yīng)器床104的頂部收集。催化劑通過(guò)通道124進(jìn)入第三反應(yīng)器床106的底部。催化劑然后向上流過(guò)第三反應(yīng)器床106并從反應(yīng)器床的頂部排出。從最后反應(yīng)器床中排出的催化劑然后通過(guò)通道126進(jìn)入再生単元20中。這提供催化劑串流通過(guò)反應(yīng)器床。在各反應(yīng)器床中，烴進(jìn)料流僅進(jìn)行一程，并在反應(yīng)器床的頂部收集。盡管圖指出三個(gè)反應(yīng)器床，但多于三個(gè)反應(yīng)器床也在本發(fā)明范圍內(nèi)。另外，該系統(tǒng)可包括再循環(huán)通道以使催化劑從ー個(gè)反應(yīng)器床的頂部進(jìn)入同一床的底部。這提高了一個(gè)床內(nèi)催化劑消耗的平均時(shí)間，提供密度控制并容許通過(guò)再循環(huán)通道期間催化劑的另外加熱。同樣，如果催化劑需要冷卻，則再循環(huán)通道可降低將催化劑供回反應(yīng)器床中以前的催化劑溫度。在另ー實(shí)施方案中，各反應(yīng)器床可包括催化劑入口以導(dǎo)入再生催化劑。以該實(shí)施方案，最大的再生催化劑流是到第一反應(yīng)器床中的，降低量的再生催化劑至各隨后反應(yīng)器床中。使用再生催化劑至反應(yīng)器中的不均勻流動(dòng)主要提供溫度控制，而且提供催化活性的調(diào)節(jié)。本發(fā)明的ー個(gè)方面提供將烴脫氫的方法。該方法包括使包含鏈烷烴的烴進(jìn)料流平行地進(jìn)入多個(gè)流化反應(yīng)器床中，在那里各反應(yīng)器床產(chǎn)生脫氫產(chǎn)物流。再生催化劑進(jìn)入多個(gè)反應(yīng)器床的第一反應(yīng)器床中。當(dāng)催化劑通過(guò)第一流化反應(yīng)器床時(shí)，部分廢催化劑離開第一反應(yīng)器床。部分廢催化劑然后進(jìn)入第二反應(yīng)器床中。第二反應(yīng)器床中的催化劑通過(guò)流化反應(yīng)器床，并愈加減活，由此產(chǎn)生進(jìn)ー步失活的催化劑。該進(jìn)ー步失活的催化劑進(jìn)入第三反應(yīng)器床中并流過(guò)流化反應(yīng)器床，由此產(chǎn)生廢催化劑料流。廢催化劑進(jìn)入再生単元中以使催化劑再生。在催化劑再生以后，再生催化劑進(jìn)入第一反應(yīng)器床中。本發(fā)明方法可以以許多方式配置，但所用優(yōu)選設(shè)計(jì)使催化劑在反應(yīng)器床的底部進(jìn)入反應(yīng)器中。催化劑和烴進(jìn)料流產(chǎn)生向上流過(guò)反應(yīng)器床的固定床。催化劑在反應(yīng)器床的頂部從各反應(yīng)器中回收，并進(jìn)入隨后反應(yīng)器床的反應(yīng)器床底部。對(duì)于脫氫方法，反應(yīng)為吸熱的，需要額外的熱以保持反應(yīng)器溫度。催化劑排出時(shí)可通過(guò)加熱単元，且催化劑可在一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器床中再循環(huán)，在那里將催化劑從反應(yīng)器床的頂部排出并返回同一反應(yīng)器床的底部。催化劑的加熱量和催化劑在各個(gè)反應(yīng)器床中的平均停留時(shí)間可通過(guò)該再循環(huán)以及反應(yīng)器與再生器之間的所需催化劑循環(huán)速率控制。該方法可包括使更少部分的再生催化劑進(jìn)入第二和/或第三反應(yīng)器床中。而再生催化劑一般進(jìn)入第一反應(yīng)器床中，并容許催化劑級(jí)聯(lián)通過(guò)多個(gè)反應(yīng)器床，但一部分再生催化劑可進(jìn)入隨后反應(yīng)器床，即第二和第三反應(yīng)器床中。更少量的再生催化劑進(jìn)入第二和第三反應(yīng)器床中可提供對(duì)總選擇性和轉(zhuǎn)化率和給定反應(yīng)器床內(nèi)的操作溫度的控制。
脫氫反應(yīng)的操作包括在100_500kPa(14. 5-72. 5psia)，優(yōu)選100_300kPa的壓カ下操作反應(yīng)器。反應(yīng)器的溫度在550-700°C范圍內(nèi)操作。反應(yīng)在氫分壓下操作，且反應(yīng)器入口處的氫氣烴摩爾進(jìn)料比小于0. 8。由于該新設(shè)計(jì)提供高選擇性和轉(zhuǎn)化率，同時(shí)保持催化劑的低停留時(shí)間，該方法可以以入口處接近0的氫氣烴比操作。氫分壓的水平取決于所用催化劑的類型，且對(duì)許多催化劑而言，不可能降至0以最佳操作。床關(guān)于進(jìn)料流的并聯(lián)性質(zhì)容許入口處的氫氣最小化。優(yōu)選的用途是丙烯的生產(chǎn)，且優(yōu)選的烴進(jìn)料料流為包含丙烷的那種。另ー優(yōu)選的烴進(jìn)料流為用于生產(chǎn)丁烯的丁烷。描述了具有3個(gè)反應(yīng)器床的方法和設(shè)計(jì)，但該方法和設(shè)計(jì)可擴(kuò)大至包括多于3個(gè)反應(yīng)器床，或可以用于雙反應(yīng)器床系統(tǒng)。床的數(shù)目由脫氫反應(yīng)器系統(tǒng)的總尺寸、經(jīng)濟(jì)性和設(shè)計(jì)流化床反應(yīng)器系統(tǒng)時(shí)通常遭遇的其它變量決定。盡管以目前認(rèn)為的優(yōu)選實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施方案，而是意欲涵蓋包括在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的各種改進(jìn)和等效配置。
權(quán)利要求
1.用于將烴脫氫的方法，其包括 使包含鏈烷烴的烴進(jìn)料流進(jìn)入多個(gè)反應(yīng)器床中，其中烴進(jìn)料流平行地進(jìn)入反應(yīng)器床中，由此產(chǎn)生脫氫產(chǎn)物流； 使催化劑通過(guò)串聯(lián)的各個(gè)反應(yīng)器床，其中再生催化劑流入第一反應(yīng)器床中，且第一反應(yīng)器床中的催化劑流入隨后的反應(yīng)器床中，且催化劑連續(xù)流過(guò)反應(yīng)器床直至它離開最后反應(yīng)器床； 使來(lái)自最后反應(yīng)器床的催化劑進(jìn)入再生単元中； 使催化劑再生，由此產(chǎn)生再生催化劑料流；和 使再生催化劑料流進(jìn)入第一反應(yīng)器床中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其進(jìn)ー步包括使催化劑從各催化劑床頂部再循環(huán)至相同催化劑床底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其進(jìn)ー步包括加熱再循環(huán)催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其進(jìn)ー步包括使催化劑從各反應(yīng)器床頂部進(jìn)入串聯(lián)的各隨后反應(yīng)器床底部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其進(jìn)ー步包括加熱從各反應(yīng)器床頂部進(jìn)入各反應(yīng)器床底部的催化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其進(jìn)ー步包括使一部分再生催化劑進(jìn)入在第一反應(yīng)器床之后的串聯(lián)的反應(yīng)器床中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中進(jìn)入隨后反應(yīng)器床中的再生催化劑部分少于進(jìn)入第一反應(yīng)器床中的再生催化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其進(jìn)ー步包括在反應(yīng)器入口處小于0.8的氫氣烴摩爾進(jìn)料比。
9.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其進(jìn)ー步包括100-300kPa的反應(yīng)器壓力。
10.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其進(jìn)ー步包括550-700°C的反應(yīng)器溫度。
全文摘要
呈現(xiàn)用于烴脫氫的反應(yīng)器設(shè)計(jì)和方法。反應(yīng)器設(shè)計(jì)包括多床催化反應(yīng)器，在那里將各個(gè)反應(yīng)器床流化。反應(yīng)器中的催化劑級(jí)聯(lián)通過(guò)反應(yīng)器床，其中將新鮮催化劑輸入第一反應(yīng)器床中，并將廢催化劑從最后反應(yīng)器床中取出。將烴進(jìn)料流以平行形式輸入反應(yīng)器床中，由此與單床流化反應(yīng)器或串聯(lián)反應(yīng)器方案相比降低烴的熱停留時(shí)間。
文檔編號(hào)C10G11/18GK102822319SQ201180015074
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者D·N·麥爾斯, L·達(dá)維多夫 申請(qǐng)人:環(huán)球油品公司