[发明专利]一种烷烃催化脱氢的反应装置及其反应方法

说明书

一种烷烃催化脱氢的反应装置以及再生装置，反应装置包括反应段和催化剂沉降段，沉降段位于反应段的上部，在反应段内部设有催化剂提升管，反应段内催化剂再生斜管与催化剂提升管相连接，在催化剂提升管的底部或者侧壁设有提升介质进入口，该反应装置有利于高温催化剂与反应装置内的催化剂快速混合，避免床层内形成局部高温。再生装置包括在再生段和再生沉降段的外部设有外循环管道，本发明催化剂再生装置能够充分烧除催化剂上的焦炭，还可以避免再生段内底部由于温度过低而熄火的缺陷。

技术领域

本发明涉及一种循环流化床反应器，具体的，涉及一种循环流化床烷烃脱氢的反应装置。

背景技术

烯烃和二烯烃(乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、异戊二烯和丁二烯等)在合成树脂、塑料、高辛烷值汽油调和组分(甲基叔丁基醚、甲基叔戊基醚和烷基化油)及其它高附加值产品方面应用广泛。这些烯烃除了通过烃的蒸汽裂解(如乙烷蒸汽裂解，石脑油蒸汽裂解)、烯烃的催化裂解(如Superflex技术)、重油的催化裂解(如TMP、DCC技术)和重油催化热解(如CPP技术)等过程生产外，烷烃催化脱氢也是烯烃和二烯烃生产的重要技术路线。

烷烃脱氢作为合理利用丰富低碳烷烃资源、制备高附加值低碳烯烃的一条重要途径，日益受到人们的重视。

烷烃的脱氢是比较强的吸热反应，如丙烷和异丁烷脱氢，

C₃H₈→C₃H₆+H₂ΔH^o＝124.3kJ/mol

i-C₄H₁₀→i-C₄H₈+H₂ΔH^o＝117.6kJ/mol

在0.1MPa、25℃的反应热分别高达124.3和117.6kJ/mol。无论是采用何种类型的反应器，怎样有效地给反应供热，都是必须认真思考的问题。

烷烃的脱氢反应受热力学平衡的限制。在相同温度条件下，烷烃的分子越大，平衡转化率越高；对于同一种烷烃，温度越高，平衡转化率越高。乙烷脱氢制乙烯，如果采用催化脱氢的方法，受热力学平衡的限制，单程转化率太低，因而，目前乙烷脱氢采用的是蒸汽热解的技术，反应在800℃以上的高温条件下进行。丙烷、丁烷等的催化脱氢，在适宜的温度条件下可得到经济上可接受的单程转化率和烯烃选择性，因而，丙烷脱氢制丙烯、丁烷脱氢制丁烯或丁二烯，通常采用的是催化脱氢的方法。

氧化脱氢，作为烷烃脱氢的另一路径，虽可打破热力学平衡限制，大幅提高烷烃转化率，降低焦炭收率，但由于氧物种的引入，深度氧化反应难以控制，生成大量的COx和H₂O，目的产物烯烃选择性差，造成了原料的浪费。虽然研究者们对此进行了广泛的研究，但烯烃选择性未见显著改善，这一问题短期内很难取得突破。

目前已工业化的脱氢技术均采用催化脱氢路线，所用催化剂为Pt基及Cr₂O₃基催化剂。Pt价格昂贵，高昂的投资和催化剂使用成本限制了采用Pt催化剂脱氢过程的应用，只有烷烃资源丰富价格低廉的国家或地区，该过程的经济性才合理。此外，Pt催化剂对硫、砷等毒物都十分敏感，因此，使用该催化剂对原料中杂质含量要求非常高。采用Pt催化剂，Pt非常容易烧结，催化剂再生需要采用氧氯化再生，再生烟气必须进行治理后才能排放。负载型Cr系催化剂的脱氢性能优异，但催化剂再生生成的六价铬具有致强致癌作用，催化剂的生产和使用环节都可能造成环境污染，并且废催化剂的处理也是个难题。