[发明专利]烷烃的脱氢

说明书

本发明涉及一种用于在使包含烷烃的反应物料流与催化混合物接触时使烷烃在给定温度范围T内脱氢的反应器系统。该反应器系统包括反应器单元，其被布置成容纳催化混合物，其中催化混合物包含催化剂颗粒和铁磁性材料。该催化剂颗粒被布置成催化烷烃的脱氢。铁磁性材料至少在高达给定温度范围T的上限的温度下为铁磁性的。此外，该反应器系统包括感应线圈，其被布置成由供应交流电的电源供电并且被定位，使得在由电源供电时在反应器单元内产生交变磁场，由此通过交变磁场将催化混合物加热到温度范围T内的温度。本发明还涉及催化混合物和使烷烃脱氢的方法。

本发明涉及一种用于使烷烃脱氢方法，主要是用于使烷烃脱氢成烯烃和/或二烯烃，如使乙烷、丙烷和丁烷脱氢成相应的烯烃产物(烯烃)乙烯、丙烯和丁烯，以及使例如正丁烷脱氢成丁二烯的方法。更具体地说，该方法包括将反应器单元内的催化混合物感应加热。此外，本发明包括用于使烷烃脱氢的反应器系统和用于催化烷烃的脱氢的催化混合物。

目前用于使烷烃脱氢的工业过程中的现有技术是通常高于450℃的高温工艺，并且还在所有情况下是低压工艺，这归因于以下事实：脱氢反应AH₂＝A+H₂是吸热的，其需要约125kJ/mole并且涉及形成比反应物更多的产物摩尔数。因此，温度升高和低压二者导致更高的转化率。A是一种不饱和化合物，因此具有高反应性。烷烃的脱氢通常在用氢气、氮气或蒸汽作为稀释剂或不使用稀释剂的条件下进行。

脱氢中的寄生反应之一是碳形成，其导致催化剂的快速失活。因此，在某些应用中可能需要频繁地使催化剂再生。碳形成不仅是催化剂的问题。此外，必须仔细选择用于脱氢反应器和管道的材料，通常通过使用非常昂贵的合金，以避免导致被称为金属粉化的灾难性形式的腐蚀的碳侵蚀(carbon attack)。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于将烷烃脱氢成相应的不饱和化学产物的方法、反应器系统和催化混合物，其能够保持催化剂的高稳定性。

本发明的另一个目的是提供一种用于将烷烃脱氢成相应的不饱和化学产物的方法、反应器系统和催化混合物，其简单且节能并且同时能够保持催化剂的高稳定性。

本发明的另一个目的是提供一种方法、反应器系统和催化混合物，其中反应温度被精确控制。优选地，与迄今已知的反应相比，降低了该方法的温度；由此，增加了脱氢的热力学势能，并且降低了寄生反应，例如催化混合物的焦化和/或反应物料流的裂解。

本发明解决了上述问题中的一个或多个。

本发明的一个方面涉及一种用于在使包含烷烃的反应物料流与催化混合物接触时使烷烃在给定温度范围T内脱氢的反应器系统。该反应器系统包括反应器单元，其被布置成容纳催化混合物，其中催化混合物包含与铁磁性材料紧密接触的催化剂颗粒，其中催化剂颗粒被布置成催化烷烃的脱氢。反应器系统还包括感应线圈，其被布置成由供应交流电的电源供电并且被定位，使得在由电源供电时在反应器单元内产生交变磁场，由此通过交变磁场将催化混合物加热到所述温度范围T内的温度。

在催化混合物中，催化剂颗粒和铁磁性材料紧密接触。系统的催化剂颗粒与铁磁性材料紧密接触的作用是，在铁磁性材料中产生的热在操作期间直接或间接地经由反应物料流在短距离内传导至催化剂颗粒。因此，反应器系统内的加热发生在催化剂颗粒处或非常接近催化剂颗粒。因此，在反应器系统内，当反应物料流到达催化混合物时，反应物料流的温度可能低于其离开催化混合物时的温度。这可以减少反应器系统内裂解和焦化方面的问题。术语“与铁磁性材料紧密接触的催化剂颗粒”意在表示催化剂颗粒与铁磁性材料非常接近，例如与铁磁性材料一起形成物理混合物，与铁磁性材料物理接触，或负载在铁磁性材料上(可能通过氧化物)。

本发明针对的关键要素是提供进行脱氢反应所需的热的问题。反应传统上是在多于一个绝热催化床中进行的，其中在反应器之间或在反应器内用炉例如电炉进行再加热。通过本发明的反应器系统，通过感应加热提供用于吸热脱氢反应的热。这提供了反应器内催化剂的快速加热。此外，获得了对于反应器系统内温度的良好控制，这又有助于减少催化剂上的碳形成并使烷烃向烯烃和/或二烯烃的转化最大化。