[发明专利]用于烯烃脱氢的逆流流化床反应器

说明书

优先权声明

本申请要求2012年11月20日提交的美国申请No.13/681,914和13/681,945的优先权。

发明领域

本发明的领域是生产轻烯烃。具体而言，本发明涉及C3-C5范围内的链烷烃脱氢。

发明背景

乙烯和丙烯分别是每分子具有两个或三个原子的轻烯烃，是用于生产其他有用材料如聚乙烯和聚丙烯的重要化学品。聚乙烯和聚丙烯是两种现金使用的最常见的塑料且作为材料制造及作为用于包装的材料均具有宽范围用途。乙烯和丙烯的其他用途包括生产氯乙烯、氧化乙烯、乙苯和醇。烃的蒸汽裂解或热解的蒸汽产生基本上所有的乙烯和丙烯。作为原料用于轻烯烃生产的烃包括天然气，石油液体，和包括煤、再循环塑料或任何有机材料在内的含碳材料。

轻烯烃设备是反应和气体回收系统非常复杂的结合。使原料在有效热条件下在蒸汽存在下加入裂解区以产生热解反应器流出物气体混合物。使热解反应器流出物气体混合物稳定并通过低温和常规分馏步骤的序列分为经纯化的组分。典型的轻烯烃设备包括包含低温和常规分馏步骤的乙烯分离部分以回收纯度超过99.5％乙烯的乙烯产品。使丙烯和更重的烃与乙烯分离并在分开的部分或分开的分馏塔中回收。

该方法的改进可节约能源及非常昂贵的设备，同时提高产物的总产量。

发明概述

本发明是一种用于烃脱氢的方法。具体而言，本发明用于使C2-C5范围内的烷烃气相转化成烯烃。该方法包括将具有大直径的容器用于使催化剂向下流动通过催化剂床。该方法包括使气相烃工艺过程料流向上流动通过催化剂床以随着工艺过程料流接触催化剂而使该烃脱氢。使催化剂在至少600℃的温度下通入反应器到达催化剂床上的区域。使工艺过程料流在小于600℃的温度下通入反应器。

该方法包括使催化剂相对于工艺过程料流逆流流动，且工艺过程料流在脱氢的吸热反应过程中随着其接触催化剂而由催化剂获得热。温度梯度在具有处于最高温度下或接近最高温度的催化剂床顶部与处于最低温度下或接近最低温度的催化剂床底部的催化剂床内形成。优选在工艺过程料流入口温度与催化剂入口温度之间具有温差，其中催化剂比工艺过程料流温度热至少50℃。

本发明的其他目的、优点及应用对于本领域技术人员而言将可从随后的详细描述和附图中看出。

附图简述

图1是利用多个反应器的典型方法的工艺过程料流温度曲线；

图2是包括反应器和再生器系统的脱氢系统的设计示意图；

图3是逆流流动的工艺过程料流温度曲线；

图4是反应器的图解；

图5显示了反应器内件的一个实例；以及

图6显示了一部分反应器内件的第二个实例。

发明详述

目前，轻烯烃的生产主要来自通过石脑油和更重的烃的裂解方法以及通过裂解更重的烯烃的方法得到的轻烯烃的通常来源。轻烯烃随后从包含乙烯和丙烯的产物料流中分离出来。在轻烯烃的生产与对这些聚合物结构嵌段的需求之间存在逐渐增加的缺口。该需求由通过使用轻链烷烃原料且直接通过脱氢使链烷烃转化成烯烃的专用方法来满足。优选原料的一个实例是丙烷或LPG进料。这可直接脱氢且克服其他丙烯生产方法如甲醇制烯烃和更重烃的裂解的缺点。

使用用于使链烷烃进料流直接转化成烯烃类似物的方法生产轻烯烃利用贵金属催化剂。脱氢技术的挑战包括使脱氢平衡有利地向烯烃偏移的反应条件如压力和温度，以及进行反应所需的大量热，同时使不希望的副反应如非选择性热转化最小。脱氢方法是吸热的，且目前该方法利用具有在反应器床之间的级间加热的多个反应器床。如图1所示，该方法包括使至各反应器的进料加热，其中由于吸热性工艺过程料流冷却。

在一个操作(A)中，使工艺过程料流随着其离开一个反应器而重新加热且通入随后的反应器并再次冷却。将该工艺过程重复数次，其中在反应器数与转化程度之间实现平衡。使工艺过程料流循环通过反应器间的加热器数次以使温度回到设计的入口温度。该工艺过程具有多个反应器，其中使反应器运行直到催化剂温度已降至转化率太低而不能继续的水平。随后将催化剂取出并重新加热。这借助控制催化剂通过反应器的流动而控制。利用多个反应器使催化剂和工艺过程料流的重新加热在处于高温下的工艺过程料流的接触时间的长度内平衡，并由于吸热性而容许冷却。第二个工艺过程(B)利用大的返混反应器以在反应器中产生基本上均匀的温度，其中通过加入新鲜的经加热的催化剂而连续增加热量。第二个工艺过程显示工艺过程料流延长了高温周期。