[发明专利]用于吸热催化脱氢工艺的催化剂床体系和吸热脱氢工艺

说明书

本发明涉及根据权利要求1的用于吸热脱氢工艺的催化剂床体系和根据权利要求12的使用所述催化剂床体系的吸热脱氢工艺。

本发明涉及吸热脱氢工艺，特别是链烷烃和其他烃的隔绝热催化脱氢，例如丙烷脱氢(反应1)或丁烷脱氢(反应2)：

C3H8⇔C3H6+H2---(1)]]>

C4H10⇔C4H6+2H2---(2)]]>

烃特别是脂肪烃脱氢以转化成其各自的烯烃是众所周知的工艺。例如，众所周知烃丙烷、丁烷、异丁烷、丁烯、苯乙烷催化脱氢分别产生丙烯、丁烯、异丁烯、丁二烯和苯乙烯。脱氢反应是强吸热的，因此增加热量供应有利于烯烃转化。

一种众所周知的脱氢工艺是Houdry工艺，在该工艺中，使脂肪烃通过脱氢催化剂床，在此处使烃脱氢成各自的烯烃，烯烃被从床上冲下，催化剂被再生并还原，重复所述循环(US2,419,997)。

另一种众所周知的工艺是工艺，在该工艺中，使丁烷和丁烯脱氢产生丁二烯。该工艺也为循环工艺，与上面提到的工艺类似。

通常，通过与热气体(通常为空气)接触来加热催化剂。使脂肪烃如丙烷通过热的催化剂床，催化剂床为脱氢反应提供热。由于脱氢反应是吸热的并且该工艺是隔热的，所以在脱氢循环中催化剂的温度逐渐下降并导致烃转化速率降低。特别是催化剂床顶部的温度降低多至100℃(US2007／0054801A1)。

为了再加热催化剂床并移除在脱氢步骤中沉积在催化剂上的焦炭，清除反应器的烃并利用加热至高达700℃的空气进行再生步骤。借助通过床的热空气以及燃烧沉积在催化剂上的焦炭为床提供热。在再加热和再生催化剂之后以及将反应器放回流中之前，必须借助通过催化剂床的还原气体如氢或烃还原被氧化的催化剂。也通过还原气体的氧化提供额外的热(US2007／0054801A1)。

在过去已经解决了向反应器床提供额外的热以补偿强吸热反应工艺中的热消耗的问题，并且建议了不同的方法。

例如，US6,392,113B1建议使催化预反应器(catalytic pre-reactor)中部分供给的烃反应并将离开预反应器的烃流再加热至相同的预定温度，之后引入到主催化反应器中。可通过离开的再生空气或通过分开地火焰加热器进行再加热。

WO2007／030298A1描述了改进的催化剂床体系。在催化剂床的一个部分中，使丙烷脱氢催化剂与在整个工艺中不产生热的任意惰性材料混合，在床的另一个部分中，使丙烷脱氢催化剂与标准惰性材料在一起，所述标惰性材料是对于脱氢、裂解、焦化反应为催化惰性并且在暴露于还原和/或氧化反应条件时产生热的新材料。

US2006／0004241A1公开了一种在等温丙烷脱氢工艺中降低温度梯度的方法。该专利建议在催化剂床开始处利用惰性颗粒稀释催化剂床以降低用于等温丙烷脱氢工艺的催化剂床部分的温度梯度。

WO2007／018982A1使用两个不同的催化剂区进行隔热非氧化的烃脱氢工艺。第一催化剂区具有比第二层更高的活性和更高的产生更多焦炭的能力。焦炭的燃烧进而提供额外的热。