用於烴脫氫的多級流化床反應器的製作方法

2024-04-07 12:34:05

專利名稱：用於烴脫氫的多級流化床反應器的製作方法
技術領域：
本發明涉及由鏈烷烴生產輕質烯烴。具體而言，本發明涉及丙烯生產中的丙烷脫氫。
背景技術：
連續催化劑轉化方法在精煉和石油化學エ業中是常見的。烴的流化催化劑裂化是生產較輕烴組分的重要方法，因而它是丙烯生產的重要方法。流化催化裂化方法使流化催 化劑在反應器與再生器之間連續地循環。生產丙烯的另一路線可通過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矽氧化鋁上載的貴金屬催化劑，或沸石材料。然而，反應是強吸熱的，並需要高溫以使反應以令人滿意的速率進行。同時，需要控制反應以限制丙烷降解形成甲烷和こ烯，且其中こ烯可通過丙烷脫氫而釋放的氫氣氫化。該方法還導致催化劑焦化並使催化劑減活。因此催化劑需要在在脫氫反應器中較短的操作或停留階段以後定期再生。通過脫氫生產丙烯是吸熱方法並需要大量的額外熱以容許進行該方法。因此，總選擇性通常由於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發展水平設計實現。另ー問題是由於在供入反應器中以前所需的進料加熱而導致的過多非催化熱停留時間。發明概述本發明提供用於將烴進料流脫氫的新方法。使包含鏈烷烴的烴進料流以平行流進入多個催化反應器床中，反應器包含多個流化反應器床，其中催化劑流過從ー個反應器床級聯到隨後反應器床的反應器。催化劑流過串聯的反應器床，其中隨著催化劑流過各反應器床，催化劑經受ー些減活。再生催化劑進入第一反應器床中，且來自第一反應器床的催化劑進入第二反應器床中，其中來自第二反應器床的催化劑繼續至串聯的下一反應器床中。離開最後反應器床的催化劑進入再生単元，由此產生待進入第一反應器床的再生催化劑。該方法減少了熱停留時間，且熱停留時間的減少提供另一益處，即不再需要火焰加熱器。反應所需的熱通過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產需求。刪除高溫熱停留時間使進料的熱裂化最小化，並改進了總產物選擇性。在一個實施方案中，該方法包括使催化劑從反應器床的出口返回反應器床的入ロ，由此提供催化劑至各床的再循環。再循環催化劑也可在催化劑再進入反應器床中以前通過加熱單元或冷卻単元。本發明的其它目的、實施方案和細節可由附圖
和發明詳述獲得。附圖簡述圖I為用於烴脫氫方法的裝置設計的示意圖；圖2為具有三個反應器床的反應器的示意圖；和
圖3為顯示催化劑在反應器床之間的流動的三個反應器床的示意圖。發明詳述本發明為關於脫氫反應器的新設計。該新設計容許較低氫分壓需求，並通過容許反應器床以具有比單流化床反應器可實現的更低的平均床溫度的交錯溫度曲線操作，或通過使進料和所得產物經過串聯的多個床而降低熱停留時間。多個床意指兩個或更多個床。該設計包含多個反應器床，催化劑級聯流過反應器，同時使烴進料流分裂，並平行通過反應器床。這降低了烴進料流和所得產物流的熱停留時間。本發明的具體實施方案為由丙烷原料生產丙烯。丙烷脫氫是丙烯的重要來源，丙烯用作聚丙烯的構成單元。本發明包含多級流化床反應器。該多級反應器包含平行構造的多個反應器床，其包含第一反應器床和至少ー個隨後反應器床。各反應器床具有催化劑入口和催化劑出口，和烴進料流入ロ。反應器進一歩包括催化劑分離段以將催化劑與蒸氣產物流分離。如圖I所示脫氫方法包括使烴進料流2進入預熱器30。預熱的進料流4進入脫氫反應器10，在那裡產生包含烯烴的產物流12。廢催化劑料流14進入再生単元20中，在那裡催化劑再生且再生催化劑料流22返回脫氫反應器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於脫氫反應器10中。在一個實施方案中，反應器進一歩包括各反應器床的催化劑再循環通道，其中各再循環通道具有與反應器床催化劑出口流體連通的通道入口和與各反應器床催化劑入口流體連通的通道出ロ。任選，各再循環通道可進ー步包括加熱單元以將各再循環通道中的催化劑加熱。脫氫反應為吸熱反應，且再循環通道通過當催化劑再循環時將補充熱加入催化劑中而提供對反應器的熱控制。該設計容許整個反應器上的交錯溫度曲線，並容許各隨後反應器床的遞增溫度曲線，由此提高每反應器床的收率，因為當它從ー個反應器床進入隨後反應器床時催化劑變得更少活性。這提高了選擇性和烴進料流的轉化率。該設計還使進料流的熱停留時間最小化，因為僅1/3的進料流與最熱的催化劑床溫度接觸。 在一個實施方案中，該設計g在控制反應器床溫度。將再生催化劑分開並將一部分送入各単獨反應器床中。對產生上升溫度曲線的情況而言，催化劑分成三等份，其中一部分進入各反應器床中。調整催化劑再循環通道或再循環管以具有與反應器的操作一致的循環速率，使得各反應器床具有相同的密度。作為可選操作，反應器床的溫度可通過加熱再循環通道中的催化劑而控制。可提供微分熱以加熱再循環通道，提供反應器床上的上升溫度曲線。可調整催化劑通過再循環通道的再循環速率以保持所需的催化劑床密度。與流化床有關的強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的反應器床。床間溫度梯度的不存在又導致提高的轉化率、選擇性和延長的催化劑壽命。在一個實施方案中，反應器包含至少3個反應器床，如圖2所示。將新鮮或再生催化劑供入第一反應器床102中，離開第一反應器床102的催化劑流入第二反應器床104中。離開第二反應器床104的催化劑流入第三反應器床106中，其中將離開第三反應器床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料流110平行供入各個反應器床 102,104,106 中。並聯反應器床的操作容許反應器10中的氫分壓最小化。常常將進料流110與氫氣流預混合，使得反應器的進料為至反應器10的組合烴-氫氣進料流。然而，用本發明可降低反應器10的入口處的氫氣量使得反應器入口處的氫氣烴比為O。該設計容許在所有反應器床上的共同分離系統，其中在產物流從反應器中離開以前將催化劑細粒和懸浮催化劑從產物流中除去。產物流可用於預熱或部分預熱反應器10的烴進料流。在一個實施方案中，新鮮或再生催化劑120進入第一反應器床102中。第一進料流流過第一反應器床，包含產物和催化劑的料流從第一反應器床102中送出。將催化劑與產物流分離並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至第一反應器床102中。第二進料流流過第二反應器床104，在那裡將包含產物和催化劑的料流從第二反應器床104中送出。將來自第二床104的催化劑與產物流分離並至少部分地送入第三催化劑床106中。將第三進料流供入並流過第三反應器床106。將催化劑與產物流分離並至少部分地進入再生単元20中。可使烴的停留時間最小化，同時保持催化劑在反應器中的較長時間。進料流可以不同量分流以計算催化劑的老化，並改變反應器系統10上的溫度。
在具體實施方案中，不需要將催化劑流與產物流分離。儘管提到不需要將催化劑流與產物流分離，但意指在催化劑進入反應器床之間以前將催化劑與產物流分離。不需要實現與在產物流離開反應器以前使催化劑和產物流進入分離單元中有關的分離，例如包括旋風分離器。如圖3所示，催化劑可移動通過反應器床102、104、106而無須與產物流分離。將新鮮或再生的催化劑在反應器床的底部加入第一反應器床102中。催化劑向上流過反應器床，並從反應器床的頂部流出。使來自第一反應器床102的頂部的催化劑通過連接第一反應器床102的頂部與第二反應器床104的底部的通道122送入第二反應器床104的底部。催化劑向上流過第二反應器床104並從第二反應器床104的頂部收集。催化劑通過通道124進入第三反應器床106的底部。催化劑然後向上流過第三反應器床106並從反應器床的頂部排出。從最後反應器床中排出的催化劑然後通過通道126進入再生単元20中。這提供催化劑串流通過反應器床。在各反應器床中，烴進料流僅進行一程，並在反應器床的頂部收集。儘管圖指出三個反應器床，但多於三個反應器床也在本發明範圍內。另外，該系統可包括再循環通道以使催化劑從ー個反應器床的頂部進入同一床的底部。這提高了一個床內催化劑消耗的平均時間，提供密度控制並容許通過再循環通道期間催化劑的另外加熱。同樣，如果催化劑需要冷卻，則再循環通道可降低將催化劑供回反應器床中以前的催化劑溫度。在另ー實施方案中，各反應器床可包括催化劑入口以導入再生催化劑。以該實施方案，最大的再生催化劑流是到第一反應器床中的，降低量的再生催化劑至各隨後反應器床中。使用再生催化劑至反應器中的不均勻流動主要提供溫度控制，而且提供催化活性的調節。本發明的ー個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料流平行地進入多個流化反應器床中，在那裡各反應器床產生脫氫產物流。再生催化劑進入多個反應器床的第一反應器床中。當催化劑通過第一流化反應器床時，部分廢催化劑離開第一反應器床。部分廢催化劑然後進入第二反應器床中。第二反應器床中的催化劑通過流化反應器床，並愈加減活，由此產生進ー步失活的催化劑。該進ー步失活的催化劑進入第三反應器床中並流過流化反應器床，由此產生廢催化劑料流。廢催化劑進入再生単元中以使催化劑再生。在催化劑再生以後，再生催化劑進入第一反應器床中。本發明方法可以以許多方式配置，但所用優選設計使催化劑在反應器床的底部進入反應器中。催化劑和烴進料流產生向上流過反應器床的固定床。催化劑在反應器床的頂部從各反應器中回收，並進入隨後反應器床的反應器床底部。對於脫氫方法，反應為吸熱的，需要額外的熱以保持反應器溫度。催化劑排出時可通過加熱単元，且催化劑可在一個或多個反應器床中再循環，在那裡將催化劑從反應器床的頂部排出並返回同一反應器床的底部。催化劑的加熱量和催化劑在各個反應器床中的平均停留時間可通過該再循環以及反應器與再生器之間的所需催化劑循環速率控制。該方法可包括使更少部分的再生催化劑進入第二和/或第三反應器床中。而再生催化劑一般進入第一反應器床中，並容許催化劑級聯通過多個反應器床，但一部分再生催化劑可進入隨後反應器床，即第二和第三反應器床中。更少量的再生催化劑進入第二和第三反應器床中可提供對總選擇性和轉化率和給定反應器床內的操作溫度的控制。
脫氫反應的操作包括在100_500kPa(14. 5-72. 5psia)，優選100_300kPa的壓カ下操作反應器。反應器的溫度在550-700°C範圍內操作。反應在氫分壓下操作，且反應器入口處的氫氣烴摩爾進料比小於0. 8。由於該新設計提供高選擇性和轉化率，同時保持催化劑的低停留時間，該方法可以以入口處接近0的氫氣烴比操作。氫分壓的水平取決於所用催化劑的類型，且對許多催化劑而言，不可能降至0以最佳操作。床關於進料流的並聯性質容許入口處的氫氣最小化。優選的用途是丙烯的生產，且優選的烴進料料流為包含丙烷的那種。另ー優選的烴進料流為用於生產丁烯的丁烷。描述了具有3個反應器床的方法和設計，但該方法和設計可擴大至包括多於3個反應器床，或可以用於雙反應器床系統。床的數目由脫氫反應器系統的總尺寸、經濟性和設計流化床反應器系統時通常遭遇的其它變量決定。儘管以目前認為的優選實施方案描述了本發明，但應當理解本發明不限於所公開的實施方案，而是意欲涵蓋包括在所附權利要求範圍內的各種改進和等效配置。
權利要求
1.用於將烴脫氫的方法，其包括 使包含鏈烷烴的烴進料流進入多個反應器床中，其中烴進料流平行地進入反應器床中，由此產生脫氫產物流； 使催化劑通過串聯的各個反應器床，其中再生催化劑流入第一反應器床中，且第一反應器床中的催化劑流入隨後的反應器床中，且催化劑連續流過反應器床直至它離開最後反應器床； 使來自最後反應器床的催化劑進入再生単元中； 使催化劑再生，由此產生再生催化劑料流；和 使再生催化劑料流進入第一反應器床中。
2.根據權利要求I的方法，其進ー步包括使催化劑從各催化劑床頂部再循環至相同催化劑床底部。
3.根據權利要求2的方法，其進ー步包括加熱再循環催化劑。
4.根據權利要求I的方法，其進ー步包括使催化劑從各反應器床頂部進入串聯的各隨後反應器床底部。
5.根據權利要求4的方法，其進ー步包括加熱從各反應器床頂部進入各反應器床底部的催化劑。
6.根據權利要求I的方法，其進ー步包括使一部分再生催化劑進入在第一反應器床之後的串聯的反應器床中。
7.根據權利要求6的方法，其中進入隨後反應器床中的再生催化劑部分少於進入第一反應器床中的再生催化劑。
8.根據權利要求I的方法，其進ー步包括在反應器入口處小於0.8的氫氣烴摩爾進料比。
9.根據權利要求I的方法，其進ー步包括100-300kPa的反應器壓力。
10.根據權利要求I的方法，其進ー步包括550-700°C的反應器溫度。
全文摘要
呈現用於烴脫氫的反應器設計和方法。反應器設計包括多床催化反應器，在那裡將各個反應器床流化。反應器中的催化劑級聯通過反應器床，其中將新鮮催化劑輸入第一反應器床中，並將廢催化劑從最後反應器床中取出。將烴進料流以平行形式輸入反應器床中，由此與單床流化反應器或串聯反應器方案相比降低烴的熱停留時間。
文檔編號C10G11/18GK102822319SQ201180015074
公開日2012年12月12日 申請日期2011年3月18日 優先權日2010年3月30日
發明者D·N·麥爾斯, L·達維多夫 申請人:環球油品公司