[发明专利]一种丁烯氧化脱氢制丁二烯的双反应系统及抗积碳方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域，进一步地说，是涉及一种丁烯氧化脱氢制丁二烯的双反应系统及抗积碳方法。 

背景技术

丁烯氧化脱氢制丁二烯反应原料有原料丁烯、空气和原料蒸汽，反应后的产品称反应生成气，或生成气。反应主要是由丁烯和氧之间发生的，生成丁二烯、一氧化碳、二氧化碳和水（称生成水），反应方程如下： 

主反应： 

1    C4H8+0.5 O2＝＝＝1 C4H6-1.3+1 H2O+q1 

     丁烯     氧        丁二烯     水 

主要付反应： 

除了主反应和主要副反应外，还有次要副反应，在此不一一列举，其生成物为有机含氧化合物（醛、酮、酸）、二聚物等几十种，数量是ppm级的。 

反应方程中，25℃下的反应热： 

q1=-29.3kcal/mol 

q2=-334.71kcal/mol 

q3=-605.23kcal/mol 

由放热反应值可以看出，丁烯氧化脱氢反应属于强放热反应，在绝热反应中其反应温升是很大的。为防止反应出口温度过高和提高丁二烯的选择性，反应过程中加入大量的水蒸汽，称原料蒸汽。 

以反应的丁烯转化率x=70%，丁二烯的选择性s=90%为例，不同的水比和反应器的入口温度下的反应器出口温度是不同的，计算数据见表1。 

注：丁烯氧化脱氢反应中的水比定义——水比=反应入口蒸汽量/反应入口丁烯量，mol比。 

丁烯氧化脱氢反应出口温度（℃）计算值            表1 

由表1可以看出，水比大，反应的出口温度就低。绝热固定床反应器的操作都希望有一个较低的出口温度，以延长催化剂的使用寿命和高的选择性。而水比大意味着原料蒸汽的消耗要大，为节省成本，又希望少用原料蒸汽。水比取16~18为宜。原料蒸汽在反应中仅仅起到了惰性物料的作用，并无消耗损失。 

丁烯氧化脱氢制丁二烯绝热固定床反应属高水比过程，是原料蒸汽高消耗的操作工艺。为减少原料水蒸汽的消耗，华东化工学院开发了丁烯氧化脱氢绝热固定床双反应器的工艺流程。 

双反应流程简介： 

在文献1【“我国丁烯氧化脱氢制丁二烯技术进展”《石油化工1990年第03期Pg183~Pg190作者李亲华】中可以看到下列一段文字： 

“与H-198催化剂研制开发的同时，我国成功地进行了另一种新型催化剂（B-02）的开发工作。燕山公司橡胶厂开发出B-02新一代催化剂。华东化工学院用该催化剂很快开发了两段轴向绝热固定床反应工艺流程。齐鲁橡胶厂对B-02催化剂进行了两年中试放大试验，取得了大量的中试数据和操作经验。…于1986年1月建成一套1.6万t/a丁二烯的工业生产装置，…并一次开车成功， 使我国氧化脱氢生产丁二烯技术接近世界先进水平。 

工业装置的主要设备是两个直径为3000mm的轴向绝热固定床反应器，并采用两段流程，一段入口温度由进入前换热器的蒸汽量来控制，二段入口温度由喷水控制。一段丁烯为气相进料。二段一级混合器，丁烯为液相进料。” 

以上一段文字可以用图1表示，该流程简称它为双反应流程。 

应用双反应流程的反应器床型不限于轴向绝热固定床，也可用于径向绝热固定床。 

开发双反应流程的目的就是节省原料蒸汽的用量。反应分两步进行，在两个串联的反应器中进行。原料蒸汽首先进入I段反应器，在反应后的生成气中不再加入新鲜蒸汽，II段反应器的原料蒸汽仍是进入I段反应器的原料蒸汽。总而言之，原料蒸汽一次加入，两次利用。对于原料丁烯和空气就分割为两部分，称I段丁烯、II段丁烯和I段空气、II段空气。I段丁烯、I段空气加入到I段反应器的入口管线上随原料蒸汽一起进入I段反应器；II段丁烯、II段空气加在II段反应器的入口管线上，随I段反应生成气进入II段反应器。 

整个反应系统，进料总水比=原料蒸汽/原料丁烯总量； 

I段反应器的I段水比=I段反应入口蒸汽量/I段反应入口丁烯量，其中：I段反应入口蒸汽量=原料蒸汽量，I段反应入口丁烯量=I段丁烯量； 

II段反应器的II段水比=II段入口蒸汽量/II段反应入口丁烯量，其中：II段入口蒸汽量=原料蒸汽量+I段反应生成水+系统喷水量，II段反应入口丁烯量=II段丁烯量+I段未反应丁烯量。