[发明专利]烷烃氧化脱氢(ODH)

说明书

本发明提供用于对含有2至6个碳原子的烷烃、优选地乙烷或丙烷、更优选地乙烷氧化脱氢的方法和相关反应系统。确切地说，提供一种包含以下的方法：向包含上游和下游催化剂床的反应器容器供应包含所述烷烃和氧气的进气；使所述进气与所述上游催化剂床中的氧化脱氢催化剂接触，接着与所述下游催化剂床中的氧化脱氢/除氧催化剂接触，以产生包含烯烃的反应器流出物；以及从上游冷却剂回路向所述反应器容器的上游壳体空间供应上游冷却剂且从下游冷却剂回路向所述反应器容器的下游壳体空间供应下游冷却剂。

技术领域

本发明涉及用于对含有2至6个碳原子的烷烃、确切地说乙烷或丙烷、更确切地说乙烷氧化脱氢的方法和相关反应系统。

背景技术

乙烯为有价值的工业化合物，其广泛用作制造聚合物、苯乙烯、环氧乙烷、氯乙烯和乙酸乙烯酯单体、功能化烃(例如乙苯、二氯乙烷、乙醛、乙醇等)和许多其他化学产品的原料，所述化学产品用于产生如塑料、防冻剂、溶剂等的众多物品。

当前，蒸汽裂解烃(例如石脑油、乙烷、丙烷)为用于工业制造乙烯的最广泛方法。在此方法中，蒸汽稀释的烷烃在裂解炉中加热至足以将烃热裂解为如乙烯和丙烯的烯烃，外加一系列其他烃、氢和焦炭的温度(700-1000℃)。驻留时间极短，通常为0.1-0.5秒，且由于产物的高反应性，产物流必须紧接着淬灭以使所需烯烃的产量最大化且使非所需副产物的产量最小化。

尽管蒸汽裂解当前为乙烯生产的工业标准，但其具有许多缺点。举例来说，蒸汽裂解为高度吸热和高度能源密集的方法，因此使高燃料需求成为必需。类似地，由于方法在极高温下操作，对设备的要求苛刻。另外，在反应器内部形成大量焦炭，因此需要频繁地关闭反应器以进行维护和去除焦炭。

乙烯制备的替代方法为通过乙烷的氧化脱氢(ODH)。在这种方法中，乙烷与氧气在氧化脱氢催化剂存在下反应，产生主要包含乙烯连同未反应的反应物(如乙烷和氧气)，和通常其它气体和/或副产物(如一氧化碳、二氧化碳、水)的产物流。通常，氧化脱氢催化剂为含有钼(Mo)、钒(V)、铌(Nb)和优选地碲(Te)作为金属的混合型金属氧化物催化剂。烷烃ODH方法，包括催化剂和其它方法条件的实例例如公开于美国专利第7,091,377号、美国专利公开案第2004/0147393号和第2010/0256432号以及WIPO公开案第WO2003/064035号和第WO2010/096909号中。有利地，相比于常规蒸汽裂解，烷烃ODH方法为热力学上有利的且可以在潜在较低反应温度下进行，不形成焦炭。

鉴于优于常规烯烃生产方法的潜在益处，烷烃ODH方法已成为大量研究的主题。确切地说，当前正研究提高连续操作期间的催化剂性能以延长催化剂使用期限和/或维持或提高催化剂活性和/或选择性的方法。举例来说，EP14194883描述使用包含钼、钒、铌和优选地碲的混合型金属氧化物催化剂的催化剂床的改进的ODH方法，其中通过确保在整个催化剂床中维持足够高的氧分压(例如通过控制ODH反应器出口气体中的氧浓度)而提高催化剂性能(例如选择性、活性和/或稳定性)。

但是，在工业规模ODH方法中，至少部分归因于将与在下游加工中后续去除所述氧相关的增加的成本，一般将ODH反应器出口气体中具有高氧浓度视为非所需的。也就是说，为了实现上文所提到的催化剂性能提高，通常将需要独立且成本高的“除氧”步骤(例如使用位于ODH反应器下游的除氧反应器)以避免下游加工中的可燃性/安全性问题。

因此，本发明人寻求提供用于含有2至6个碳原子的烷烃、确切地说乙烷或丙烷、更确切地说乙烷的氧化脱氢的改进的方法和反应系统。确切地说，本发明人寻求提供ODH方法和反应系统，其中催化剂性能(例如稳定性、活性和/或选择性)得以提高，同时仍在ODH反应器出口气体中产生低氧浓度。

发明内容

在一个方面中，提供用于将含有2至6个碳原子的烷烃、优选地乙烷或丙烷、更优选地乙烷氧化脱氢为含有2至6个碳原子的烯烃、优选地乙烯或丙烯、更优选地乙烯的方法，所述方法包含：