[发明专利]一种结合氢燃烧技术的烃类催化裂解制取低碳烯烃的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化裂解的方法，更具体地说，本发明涉及一种结合氢燃烧技术的烃类催化裂解制取低碳烯烃的方法，即在催化裂解过程中，利用氢燃烧反应产生的热量进行物料裂解的催化裂解方法。

背景技术

众所周知，由石油烃经裂解生产低碳烯烃是一个高温强吸热过程。目前最常见的石油饱和烃生产低碳烯烃如乙烯、丙烯和丁二烯等的方法为蒸汽裂解法。世界上大约99％的乙烯和50％以上的丙烯通过该方法生产。由于蒸汽裂解方法生产目前已经在非常苛刻的条件下进行操作，例如裂解炉辐射段炉管的末期温度达到或者超过1125℃，物料在辐射段炉管中的停留时间缩短到0.2s甚至更短。因此在现有的技术水平下，石油饱和烃蒸汽裂解方法生产乙烯、丙烯和丁二烯等低碳烯烃的改进的可能性已经很小。鉴于这种情况，目前正在研究适用于石脑油的固定床催化裂解技术，如CN1480255A、CN1380898A、CN1915920A、CN1565732A。相对于蒸汽热裂解，由于催化剂的存在，不仅可以降低裂解温度，而且可以提高低碳烯烃的选择性，因而受到广泛的重视。但是，固体催化剂加入反应管后所造成的外部能量供应效率的降低以及由此带来的反应温度分布不均匀的缺点，导致固定床催化裂解工业应用中放大过程的能量供应难以解决，成为固定床催化裂解技术发展过程中的一个难题。

可见，由于石油烃裂解过程的高温强吸热特性，现有工业上采用的蒸汽热裂解工艺和正在研究中的催化裂解工艺过程，分别面临着由于外部间接加热方式造成超高温的巨大能量需求和传热效率低下的问题。为了继续推动石油烃转化制备低碳烯烃技术的发展，仍需要提供一种以石油饱和烃为原料生产低碳烯烃，同时能够解决催化裂解工艺放大过程中能量供应问题的方法。

从能量供应的方式角度看，以US4812597、US4914249等专利形成的SMART苯乙烯工艺提供了有益的借鉴。该工艺采用选择性氢燃烧催化剂使乙苯部分脱氢后反应物流中的氢气在乙苯/苯乙烯等碳氢物种存在的情况下选择性燃烧，利用氢燃烧产生的能量以直接加热的方式把物流的温度提高到能够发生脱氢反应的温度(大约600℃)再次脱氢，从而取代了传统的段间间接外加热方式。SMART苯乙烯工艺成功实施的关键是开发出了高性能的选择性氢燃烧催化剂，可以在芳烃存在的情况下选择性的燃烧氢气，以直接加热的方式提供能量从而改善物流高温供热过程的传热效果，提高传热效率，节约能量。由于在石油烃转化成低碳烯烃过程中会产生大约一定量的氢气，如果能把这部分氢气通过与石油烃混合，在选择性氢燃烧催化剂作用下通过选择燃烧氢气方式释放其化学能，以直接加热的方式来提高石油烃原料的温度到可以进行后续烃类转化化学反应的程度，将是改善传热效果，提高传热效率，节约能量，改进石油烃转化制备低碳烯烃技术的有效途径之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种结合氢燃烧技术的烃类催化裂解制取低碳烯烃的方法，更具体地说，本发明涉及一种耦合氢燃烧技术和催化裂解技术制备低碳烯烃的方法，即利用氢燃烧反应产生的热量直接加热烃类裂解原料并提供裂解反应所需能量的制备低碳烯烃的方法。

本发明的结合氢燃烧技术的烃类催化裂解制取低碳烯烃的方法，包括以下步骤：

1)含有烃类裂解原料、氢气和氧气的混合物流进入绝热催化反应器，在所述绝热催化反应器中装填均匀混合的氢燃烧催化剂和催化裂解催化剂，使所述物流中的氢气发生选择性氢燃烧反应，释放出化学能量供给其中的烃类裂解原料进行催化裂解反应所需的能量，得到包含低碳烯烃的物流；

2)所述包含低碳烯烃的物流进入分离区，经分离和提纯，得到富含C2烯烃的产物、富含C3烯烃的产物和富含C4烯烃的产物。

在本发明的结合氢燃烧技术的烃类催化裂解制取低碳烯烃的方法中，首先将所述的含有烃类裂解原料、氢气和氧气的混合物流通过常规换热进行预热后再引入所述绝热催化反应器中。所述的混合物流的常规换热为与催化裂解反应后物流的间接热交换过程。在具体实施中，也可以将烃类裂解原料预热升温后，优选温度介于300-700℃，可进一步优选为介于400-650℃；再与氧气和氢气混合，进入催化反应器。

在本发明的方法中，优选将含有烃类裂解原料、氢气和氧气的混合物流通过常规换热升温至氢燃烧反应的起始温度，如300-600℃。

在本发明的方法中，氢燃烧催化剂和催化裂解催化剂混合均匀装填于所述的催化反应器中，它们的体积比例范围是0.1-1，优选范围是0.1-0.5。在本发明的具体实施时，对于两种催化剂的均匀混合没有特别的限制，以本领域技术人员的通常理解的方式混合即可。