CN100360479C - 烃的催化氧化方法 - Google Patents

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Abstract

一种氧化烃的方法，所述方法包括：在反应区内含有烃和含氧气体的混合物在存在能支持烃氧化的催化剂条件下发生部分氧化，其中在发生所述部分氧化之前，使所述含烃和含氧气体的混合物通过热交换器。优选的是，热交换器是小型热交换器。在烃与含氧气体的混合物通过热交换器之前，使这些气体通过缓冲区，所述缓冲区包括包含了至少一个缓冲板的壳体。在优选实施例中，本发明涉及通过烃或烃混合物的催化氧化脱氢反应生产诸如乙烯的烯烃的方法。

Description

烃的催化氧化方法
总体而言，本发明涉及烃的催化氧化，具体涉及对烃进行催化氧化脱氢以产生烯烃。
对烃进行催化氧化的方法是公知的，例如，通过氧化甲烷产生合成气；通过氧化乙烯产生氧化乙烯；通过氧化乙烯和醋酸产生醋酸乙烯酯；通过氧化丁烯、丁烷或苯产生顺丁烯二酸酐；通过氧化萘或邻二甲苯产生邻苯二甲酸酐；通过对丙烷进行氨氧化可产生丙烯腈。
对烃进行催化氧化的脱氢处理是生产烯烃的公知方法。在EP-A-0332289中描述了该方法的例子。在该方法中，使烃和含氧气体与催化剂接触，所述催化剂能够在超过富油的自燃极限的范围内支持燃烧。烃部分地燃烧，所产生的热用于促使供入的烃发生脱氢作用，从而变成烯烃。任意性地共进料氢也发生燃烧，该燃烧反应产生的热用于促进烃的脱氢作用。
通常，在催化氧化的脱氢过程中，反应物(烃和含氧气体)直接通过催化剂产生烯烃产物。一般而言，烃是诸如C2-C10饱和烃、诸如乙烷的饱和烃，或者诸如C2-C10烃、石脑油或柴油的混合物的饱和烃混合物。在环境温度和压力下，烃可以为气态或液态，但通常为气态。
在烃的催化氧化过程中，理想的是在反应物与催化剂接触之前使反应物有效混合和/或使反应混合物速度分布均匀。然而，尽管反应物(烃和含氧气体)在导入反应器之前进行了预混，但反应混合物的速度分布经常仍然不均匀。该不均匀的速度分布导致反应不稳定。例如，仅在部分催化剂上的高速气体混合物将导致选择率降低。当氧化反应是接近其燃烧极限的一种反应时，例如在烃的催化氧化脱氢过程中，仅在部分催化剂上的低速气体混合物会产生反闪。
另外，氧化反应所产生的热通常分布不均，这降低了氧化过程的效率，从而导致产物的潜在损失。
现在我们已经发现可通过在反应物(烃和含氧气体)与催化剂接触之前使该反应物通过热交换器来避免上述缺点。
于是，本发明提供了一种氧化烃的方法，所述方法包括：
在存在能支持烃发生氧化的催化剂的情况下，使包括烃和含氧气体的混合物在反应区进行部分氧化，其中在进行所述部分氧化之前，使所述包括烃和含氧气体的混合物通过热交换器。
本方法中采用的热交换器提供了压力降，该压力降能使反应混合物的速度分布均匀。这保证了反应物连续、均匀地流过催化剂，从而提高了氧化反应效率。
适宜的热交换器包括但不限于：壳和管或板肋片热交换器。反应混合物的速度分布一般取决于热交换器的相邻排气管之间的距离。这样，可通过将相邻排气管之间的距离减到最小来实现反应混合物速度分布的改善。适宜的是，相邻排气管相隔几毫米，例如1到10mm的范围，优选1到5mm的范围，特别优选是在2到5mm范围内。
在本发明的优选实施例中，热交换器是小型热交换器。小型热交换器通常包括多个通道，其能保证进入通道的流体(气体或液体)在离开通道出口的较短距离内完全发展出大体均匀的速度分布。优选的是，流体在自离开通道出口后不到100mm的距离内完全发展成大体均匀的速度分布。更为优选的是，在不到60mm的距离范围内获得基本均匀的速度分布，进一步优选的是小于40mm，最优选是小于25mm，特别是在离开通道出口后不到15mm的范围内。
可通过将多个金属板扩散粘结在一起形成堆栈(stack)来制造小型热交换器。在每块板的表面上刻蚀出或通过其它方式形成沟槽，从而使所得结构限定出多个通道。优选的是，小型热交换器的通道彼此平行。通道可以是诸如线形或Z形的任何适宜形状。每个通道的横截面可以是任何适宜的形状。优选的是，每个通道的形状相同。优选地，每个通道为半圆形。当通道为半圆形时，每个通道的半径量度为0.1到2.5mm，优选为0.25到1.5mm，最优选为0.5到1mm。
小型热交换器的横截面形状为任何适宜的形状，例如圆形、长方形或正方形。优选地，小型热交换器的横截面为正方形。当采用横截面形状为正方形的小型热交换器时，正方形每条边的范围是100到3000mm，优选为400到2000mm，更优选为1200到1800mm。类似地，当采用圆形的小型热交换器时，交换器的直径范围为100到3000mm，优选为400到2000mm，更优选为1200到1800mm。
对反应混合物进行预热，优选在进入反应区之前进行预热。通常，将反应混合物预热到低于反应混合物自燃温度的温度。典型地，在烃的催化氧化脱氢过程中，采用可高达200℃、但低于反应物自燃温度的预热温度。优选地，热交换器将反应混合物预热到高达低于混合物自燃温度30℃的温度。
有利的是，利用热交换器可允许将反应混合物加热到很高的预热温度，例如加热到等于或高于反应混合物自燃温度的温度。利用高于反应混合物自燃温度的预热温度的好处将因所采用的具体催化氧化过程而不同。当该过程是对烃进行催化氧化脱氢以产生烯烃时，利用较高预热温度的好处在于：其需要较少量的氧反应物，它将导致经济节约。另外，在对烃进行催化氧化脱氢以产生烯烃的过程中，利用较高的预热温度能提高对烯烃产物的选择率。应当能够理解的是，反应混合物的自燃温度取决于压力以及进料成分：它不是绝对的值。一般而言，在对烃进行催化氧化脱氢以制造烯烃的过程中，当烃进料是2个大气压下的乙烷时，可以采用高达450℃的预热温度。
应当能够理解的是，热交换器中反应混合物的停留时间取决于多个因素，例如热交换器管的长度、反应混合物通过热交换器的速度。然而，当将反应混合物加热到高于它的自燃温度时，反应物会发生过早反应。为了避免该过早反应的发生，对于反应混合物的温度而言，热交换器优选应当使反应混合物的停留时间小于其点火延迟时间。典型地，停留时间的范围为10到1000毫秒，优选为10到100毫秒。
在使用中，本发明所采用的热交换器可通过任何适宜方式加热。适宜的是，通过反应物部分燃烧产生的热间接加热热交换器。还可以通过利用外部装置加热热交换器来补充部分氧化反应所产生的热。例如，以电学方式加热整个或部分热交换器。可供选择备用或附加地，可以使热流体、例如热蒸汽通过热交换器。在某些环境下，例如为了防止反闪进入热交换器，理想的是冷却整个或部分热交换器。这可通过使诸如冷却水的冷却流体通过热交换器来实现。
尽管可在烃和含氧气体导入反应区之前对其进行预混，但是气态反应物的混合程度却仍然总是不均匀。该反应物的不均匀混合会导致反应不稳定。
有利的是，可在反应混合物进入热交换器之前使其通过缓冲区来获得改善的反应物混合和/或速度分布。
于是，在本发明的另一方面中，在烃和含氧气体通过热交换器之前，使它们在至少一个缓冲区混合。缓冲区可由含至少一个缓冲板的壳体限定。所谓缓冲板意味着能校正反应物流动从而改善反应物的混合和或速度分布的任何装置。
壳体的横截面可以是任何适宜的形状，例如是正方形、长方形或圆形。横截面形状为正方形的壳体是优选的。最优选的是，壳体限定出立方体形的缓冲区。为了将壳体中反应混合物的体积降至最小，优选将缓冲区壳体的体积减到最小。
壳体由任何适宜的材料制成，例如金属。
适宜的是，缓冲板可以是实心的(无孔的)。优选地，缓冲板的横截面为圆形。缓冲板由任何适宜的材料制成，例如金属。
优选地，将缓冲板布置成与反应混合物进入缓冲区的流动方向大体成直角。缓冲板的这种定位能促进反应物的混合。已经发现当缓冲板的角度略微偏离垂直方向、例如偏离几度时，混合程度将比缓冲板与反应物流动方向相垂直时获得的混合程度差。
优选地，缓冲板沿壳体的长度方向大体位于中间，使得缓冲板与混合装置出口的距离约等于缓冲板与热交换器通道入口的距离。
适宜的是，当缓冲板的横截面为圆形而壳体横截面为正方形时，壳体长度与缓冲板直径的比的范围是4∶1到1∶1，例如2∶1。
在烃与含氧气体的反应物导入缓冲区之前对它们进行预混。可利用任何适宜装置实施反应物的预混。适宜的混合装置包括在反应物进入缓冲区之前能使反应物大体混合的装置，这些混合装置诸如一个或多个注射器，例如气体注射器。优选的混合装置是那些在反应物进入缓冲区之前至少能使反应物混合80％的装置。
适宜的是，烃在进入缓冲区之前被夹带在含氧气体中。优选地，通过一个或多个气体注射器将含氧气体注射到缓冲区中。适宜的是，气体注射器设置在管或其它壳体内，使得含氧气流在进入管或壳体的同时夹带烃气流。注射器围绕喷射嘴可有一喇叭形部分，这样可在所述管中提供一个收敛管道。以低于含氧气体速度的低流速将烃输送流过所述喇叭形部分。含氧气体与烃气流在速度上的差异和二者之间的剪流将烃夹带到含氧气体中。优选地，含氧气体与烃的速度比为20∶1到2∶1，更优选为3∶1到8∶1。应当小心计算和监控反应物之间的相对速度和到达缓冲区之前它们必需经过的距离，以保证反应物在离开注射器的出射口并进入缓冲区时能完全分散开。
进入缓冲区的反应混合物撞击缓冲板，并被缓冲板偏转，于是降低了混合物的动量。在混合物进入热交换器之前动量减少能提供更为均匀的速度和压力分布。当缓冲板与混合装置出口(例如注射器喷嘴的排放口)共线设置时，即，将混合装置的出口布置成基本上垂直于缓冲板时，能加强动量降低的效果。
优选地，缓冲板的尺寸能基本上使所有反应物撞击缓冲板。圆形缓冲板的直径与混合装置出口的直径的比优选为1-5∶1，更优选是1-3∶1，最优选是2∶1。
在本发明的方法中可以采用多个缓冲区。每个缓冲区壳体都由单个混合装置或多个混合装置来供料，优选由多个混合装置供料。优选地，当由多个混合装置向一个缓冲区壳体供料时，缓冲板与混合装置的比1∶1。然而，由多个混合装置供料的缓冲区壳体可以罩住单个缓冲板。
优选地，为了保证反应物通过混合装置的流速均匀，每个混合装置的出口直径基本相同。
可以选择的是，缓冲区可以包括没有缓冲板的壳体。在这种情形中，利用一个或多个混合装置将烃/含氧气体混合物基本上以成切线的方式输送到壳体中。
可任选的是，在将烃和/或含氧气体导入缓冲区之前，对它们进行预热。然而，反应物预热所达到的温度要受进料的自燃温度限制。
一旦反应混合物通过缓冲区和热交换器，它们就与能支持烃氧化的催化剂接触。
本发明的氧化反应中使用的催化剂取决于要采用的具体氧化过程。例如，当氧化过程是氧化甲烷产生合成气时，适宜的催化剂包括铂/铑或镍基催化剂。通过氧化乙烯产生氧化乙烯的适宜催化剂包括银基催化剂。在通过氧化乙烯和醋酸产生醋酸乙烯酯的过程中，适宜的催化剂包括诸如钯/金催化剂的钯基催化剂。通过氧化丁烯、丁烷或苯产生马来酸酐的适宜催化剂包括钒和/或钼基催化剂。典型地，在通过氧化萘或邻二甲苯产生邻苯二甲酸酐的过程中采用钒基催化剂。在将丙烷氨氧化成丙烯腈的过程中，适宜的催化剂包括铋基催化剂。在本技术领域，用于前述和其它烃氧化反应的这些和其它催化剂是公知的。
优选地，在固定床反应器中进行氧化反应。
可以采用任何适宜的烃，例如可以采用诸如C1到C6烷烃或C2到C6烯烃的C1到C6烃。C1到C6烃可以是线型的、带支链的或环状的。也可以采用诸如苯和萘之类的芳香烃。
可以采用任何适宜的含氧气体，例如分子氧或空气。
适宜的是，本发明的氧化反应是可在固定床反应器中进行的任何烃氧化反应。合适的是，氧化反应可以是将乙烯氧化成氧化乙烯、将乙烯和醋酸氧化成醋酸乙烯酯、将萘氧化成邻苯二甲酸酐、将邻二甲苯氧化成邻苯二甲酸酐、将丙烷氨氧化成丙烯腈、将诸如甲烷的气态石蜡烃氧化成合成气、将诸如丁烷和/或丁烯的C4烃氧化成马来酸酐、以及将苯氧化成马来酸酐。
氧化反应的条件，例如温度和压力，要取决于所采用的具体氧化反应。适宜的反应条件在本领域是公知的。
在本发明的优选实施例中提供了一种对烃进行催化氧化脱氢以产生诸如乙烯的烯烃的方法。
于是，本发明提供了一种生产烯烃的方法，所述方法包括：
在反应区内，使烃与含氧气体混合物在有能在超过富油的自燃极限范围时支持燃烧的催化剂条件下发生部分燃烧，从而产生烯烃，其中在进行所述部分燃烧之前，使所述烃和含氧气体混合物通过热交换器。
该方法包括在催化氧化脱氢的反应条件下使烃或烃与含氧气体的混合物与催化剂接触，从而产生烯烃。
在采用的催化氧化脱氢反应条件下，烃可以是能转化成烯烃优选是单烯烃的任何烃。
本发明的方法可用于将液态和气态烃转化成烯烃。适宜的液态烃包括石脑油和汽油。然而优选的是采用诸如乙烷、丙烷、丁烷及其混合物的气态烃。
可以采用任何适宜的含氧气体，例如分子氧、空气或者用诸如氮气、氩气、二氧化碳或氦气等惰性气体稀释了的分子氧。
在本发明的方法中，烃对氧为任意摩尔比都是适当的，只要能生产出想要的烯烃就可以。烃对氧的优选化学计算量比是将烃完全燃烧成二氧化碳和水所需的烃对氧化学计算量比的5到16倍，优选为5到13.5倍，更优选为6到10倍。
使烃以大于10000h-1、优选高于20000h-1、最优选大于100000h-1的气体时空间速度流过催化剂。然而可以理解的是，最佳气体时空间速度取决于供料组分的压力和性质。
有利的是要对烃进行预热。然而，将烃、含氧气体以及(任选的)氢混合物预热达到的温度要受供料的自燃温度限制。
优选地，可将氢与烃和含分子氧气体一起输送到反应区。氢对氧的摩尔比可在任何可操作范围变化，只要能产生想要的烯烃产物就可以。适宜的是，氢对氧的摩尔比范围为0.2到4，优选为0.5到3。
在存在催化剂的情况下，相对于烃，氢优先燃烧，于是提高了整个过程中烯烃的选择率。
另外，供料包括诸如氮、一氧化碳和蒸汽之类的稀释剂。
可在催化剂排气温度介于600℃和1200℃之间、优选在850℃到1050℃、最优选在900℃与1000℃之间的条件下适当地进行部分燃烧反应。
可在大气压力或超大气压力下实施催化氧化脱氢过程。适当的是，压力范围为0到2巴，优选为1.5到2巴，例如1.6到1.8巴，特别是1.65巴。例如，2到50巴的压力可能也是适宜的。
催化氧化脱氢过程中采用的催化剂是一种能在超过富油的自燃极限范围时支持燃烧的催化剂。适当的催化剂包括一种或多种VIII族的过渡金属。VIII族过渡金属包括铁、钴、镍、钌、铑、钯、锇、铱和铂。优选地，VIII族过渡金属是铑，特别是铂和钯。
优选地，VIII族过渡金属与助催化剂结合使用。助催化剂可以是IIIA族(铝、镓、铟和铊)金属、IVA族(例如锗、锡和铅)金属、和/或VA族(例如砷和锑)金属。可选择的是，助催化剂可以是不同于所述VIII族过渡金属的过渡金属。
优选的IIIA族金属包括镓和铟。优选的IVA族金属包括锗、锡和铅。优选的VA族金属包括锑。优选的过渡金属包括选自周期表IB、IIB、VIB、VIIB和VIIIB族的那些金属。适宜过渡金属的例子包括铬、钼、钨、铁、钌、锇、钴、铑、铱、镍、铂、铜、银、金、锌、镉和汞。优选的过渡金属助催化剂是钼、铑、钌、铱、铂、铜和锌。
适宜的是，催化剂是Pt/Ga、Pt/In、Pt/Sn、Pt/Ge、Pt/Cu、Pd/Sn、Pd/Ge、Pd/Cu、Pd/Sn、Pd/Ge和Rh/Sn。其中Pt/Cu和Pt/Sn是优选的。
在本发明的另一实施例中，催化剂包括铂和钯，以及从周期表IIIA族、IVA族或者过渡金属系列中选择的其它金属。适宜的是，催化剂是Pt/Pd/Cu。
为了不产生疑义，VIII族过渡金属和助催化剂是以任何形式存在，例如以金属或诸如金属氧化物的金属化合物形式存在。
在EP-A-0332289、WO97/26987、GB9930598.9以及GB9930597.1中详细描述了适宜的催化氧化脱氢催化剂，在此公开这些内容作为参考。
本发明中采用的催化剂可以是无载体的，例如催化剂是金属网形式。
优选地，将催化剂负载在任何适宜的载体上。适宜的是，载体是金属或陶瓷载体，优选是陶瓷载体。适宜的陶瓷载体包括硅酸铝锂(LAS)、氧化铝(α-Al2O3)、用氧化钇稳定的氧化锆、钛酸氧化铝、niascon、以及磷酸氧锆基钙。例如，载体可以用γ-Al2O3粉刷涂覆。
优选的是可以采用瓦片形催化剂，优选地，其具有削角边。将这些瓦片形催化剂彼此相邻放置，形成预定尺寸的催化剂床。理想的是密封催化剂床与反应器侧壁之间的区域，以避免不反应的反应物流过催化剂床与反应器之间的缝隙。优选的是采用诸如蛭石基(base)的膨胀密封剂。可以选择的是，密封剂包括压缩的石英纤维垫。
在可行情况下，要对烃与含氧气体部分燃烧产生的热进行再循环利用，例如用于加热热交换器中的反应物。
当在超大气压的压力下进行裂解反应时，例如可用水来抑制反应产物，随着反应腔内出现水，就能避免发生进一步的反应。对于在较低压力、例如低于5巴的压力下进行的反应，抑制(quenching)不是必要的。
可通过机械方法或通过除焦来清除本发明方法中产生的任何焦碳。在EP0-A-709446中公开了适宜的除焦方法。
下面将仅通过举例方式参照图1和下面的举例描述本发明。
图1示意性地表示适用于本发明方法的装置。
装置(1)设有可用于供应含氧气体的装置(2)和供应烃和任选的氢的装置(3)。根据该工艺的规模可安装一套或多套反应物供应装置。含氧气体供应装置(2)和烃和任选氢的供应装置(3)与缓冲区壳体(4)焊接在一起。
装置(1)还包括设有缓冲板(5)的缓冲区壳体(4)。缓冲区壳体(4)是立方形的，由不锈钢制成。缓冲板(5)为实心的(无孔的)，由蒙乃尔合金制成。缓冲区壳体长度与缓冲板直径的比为2∶1。缓冲板(5)基本上垂直于反应物供应装置的出口进行布置，并沿缓冲区壳体(4)的长度方向约位于中间位置。缓冲板直径与注射器(8)的喷嘴出口直径的比为2∶1。根据工艺的规模，缓冲区可包括单个缓冲区或几个缓冲区。每个缓冲区可包括一个或几个缓冲板。
用螺栓将缓冲区壳体(4)固定到热交换器(6)上。
装置(1)还包括横截面为正方形的小型热交换器(6)，该热交换器具有半径为1mm的半圆形横截面的、基本上呈Z形的沟道。用螺栓将热交换器(6)固定到反应器(7)上。适宜的小型热交换器是由Heatric Limited公司制造的。
装置(1)还包括反应器(7)。反应器的横截面形状为正方形，以便基本上与热交换器(6)的横截面形状相匹配。为了将热损耗降到最低，在反应器内部和外部都是绝缘的。
使用过程中，反应器(7)至少配置有一种催化剂，该催化剂能在超过富油的自燃极限范围时支持燃烧。适宜的是，催化剂是一种载体型催化剂。将催化剂设置在氧化铝挡热板(未示出)下方。借助于气体注射器(8)从供应源(2)向装置(1)输送含氧气体。适宜的是，气态烃进料包括乙烷，任选的是，可借助气体注射器(8)从供应源(3)适当地向装置(1)输送氢。含氧气体速度与烃进料速度的比为5∶1。注射器(8)中的含氧气体、烃和任选氢在离开注射器(8)的出口进入缓冲区(4)之前混合，形成反应混合物。反应混合物一旦进入缓冲区(4)，就会撞击缓冲板(5)，然后被偏转到小型热交换器(6)的通道内。小型热交换器(6)用蒸汽加热。反应混合物在通过小型热交换器(6)的通道时被预热到所需温度。反应混合物在离开小型热交换器(6)的通道时进入反应器(7)，在此与催化剂接触。在反应器(7)中，至少有一部分烃进料发生燃烧产生水和氧化碳。共进料氢，如果有的话，也将燃烧产生水。这些燃烧反应都是放热的，由此产生的热用于促进烃发生脱氢反应，从而生成烯烃产物。
一般的乙烷催化氢化脱氢反应法
典型地，将含有标称载量3wt％的铂和1wt％的铜的铂-铜催化剂负载在99.5％的氧化铝浮石(孔隙度为每英寸45个孔)(VesuviusHi-Tech Ceramics Inc)上，以提供尺寸能与热交换器的横截面积相匹配的催化剂床，其深为60mm，体积为1008cm3。然后将所述负载催化剂装到固定床反应器中。将氧化铝挡热板设置在催化剂上方。在氮气保护下将催化剂加热到200℃。在催化剂的紧邻下方维持氮气流，以保证不燃气氛直到在催化剂上产生反应。
然后将乙烷、氢和氧气流导入图1所示的装置中，在1小时的时间内逐渐增大乙烷、氢和氧气流，以便在供料温度下在上游催化剂表面上提供4.35m/s的气体流速，同时该气流具有相对氧的以下供料质量比：乙烷∶氧为1.84，氢∶氧为0.12。在此期间，催化剂排气温度稳步升高，然后稳定在850℃。
在1小时的平衡时间后，在2小时的时间内将氮气流降到0kg/h。调整乙烷、氢和氧气流，以得到目标气流。
通过小型热交换器将反应混合物加热到所需预热温度。
在1.8巴的压力下进行催化氧化脱氢反应。
利用气相色谱仪分析产物成分。利用科里奥利流量计测定供料和产物的流量。
由供料和产物的流量和成分分析计算乙烷对乙烯的转化率和选择率。
利用诸如计算流体动力学模拟(CFD模拟)和物理流动模型的技术确定反应物的速度分布和混合程度。可供选择备用或附加地，可在催化剂下方设置热电偶，以确认反应横贯催化剂均匀进行。当供应给催化剂的反应混合物的速度分布和混合程度均匀时，就能获得均匀反应。
实例1
在该例子中，象上面普通反应方法的供料那样利用乙烷、氧和氢。将反应混合物预热到低于混合物自燃温度的温度。结果示于下面的表1中。
实例2
通过对例1中的数据进行热化学分析得到实例2中的数据。将反应混合物的预热温度设定为高于其自燃温度的温度。结果示于下面的表1中。
表1
实例1  实例2
预热温度℃ 195  450
乙烷∶氧 2.43  3.08
氢∶氧 0.12  0.12
预热温度下在催化剂表面上的供料速度m/s 5.47  7.43
乙烷转化率％ 69.14  68.71
乙烯选择性(g/100g转化C2) 72.29  73.74
一氧化碳选择性(g/100g转化C2) 15.28  12.13
二氧化碳选择性(g/100g转化C2) 2.01  1.59
甲烷选择性(g/100g转化C2) 8.57  8.74
乙炔选择性(g/100g转化C2) 0.59  0.60
C3选择性(g/100g转化C2) 2.16  2.19
 C4选择性(g/100g转化C2) 2.0  2.1
C5+选择性(g/100g转化C2) 0.38  0.38
可以预期和相信的是，在没有热交换器和/或缓冲区的情况下，乙烷的转化率和/或对乙烯的选择率将低于上面所得结果。
实例2表明，与利用低于反应混合物自燃温度的预热温度(实例1)相比，利用高于反应混合物自燃温度的预热温度将导致对烯烃产物选择率的提高和氧使用量的减少。
实例3
利用图1所示的装置，借助于FluentTM软件通过3D CFD模拟来分析通过注射器(8)供应到缓冲区(4)中、通过缓冲区(4)并进入小型热交换器(6)的氧/乙烷气体混合物(氧对乙烷的比为1∶2.4)中的氧分配情况。在该例子中，将缓冲板(5)布置成垂直于氧/乙烷气流、即与其成90度。
CFD模拟结果表明，氧和乙烷在进入缓冲区(4)之前就在注射器(8)中发生了部分混合。在被缓冲板(5)偏转后，氧和乙烷达到基本混合(约混合了99％)。
这些气体在从缓冲区(4)排出后，没有观察到发生进一步混合。
实例4
除了将缓冲板(5)布置成与氧/烃气流成2.6度外，重复实例3的操作。
CFD模拟结果表明，氧和乙烷气体在经过缓冲板(5)的偏转后产生的混合(约混合96％)不再象实例3(此时缓冲板垂直于气流方向)中获得的结果那样好。
实例3和4清楚地表明，在缓冲板上并不能完成氧和乙烷的混合。于是，在没有缓冲区的情况下，将只有一定范围的乙烷/氧气混合物与催化剂接触，这将导致自热裂解过程的效率低下。
CFD模拟结果还表明，在实例3和4中，注射反应混合物的动量被缓冲板(5)降低，在上述每种情况下这都会产生改进，即反应混合物在进入热交换器(6)之前获得更为均匀的速度分布。

Claims (27)

1.一种产生烯烃的方法，所述方法包括：
在反应区内，在存在能在超过富油的自燃极限时支持燃烧的催化剂的情况下，部分燃烧含有烃和含氧气体的混合物以产生烯烃，其中在发生所述部分燃烧之前，使所述含烃和含氧气体的混合物通过热交换器，所述热交换器提供压力降。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，热交换器具有排气管，相邻排气管之间距离的范围为1到10mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其中热交换器提供了范围为10到1000毫秒的停留时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其中热交换器是小型热交换器。
5.根据权利要求4所述的方法，其中从小型热交换器的通道出口排出的流体在离该通道出口不到100mm的距离内形成基本均匀的速度分布。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在离通道出口不到25mm的距离内获得基本均匀的速度分布。
7.根据权利要求4所述的方法，其中小型热交换器的横截面为正方形。
8.根据权利要求7所述的方法，其中正方形每条边的范围为100到3000mm。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其中热交换器将烃与含氧气体的混合物的温度预热到低于混合物的自燃温度。
10.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其中热交换器将烃与含氧气体混合物的温度预热到达到或高于混合物的自燃温度。
11.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其中烃和含氧气体在通过热交换器之前在至少一个缓冲区内发生混合。
12.根据权利要求11所述的方法，其中缓冲区包括壳体，而壳体内至少包含一个缓冲板。
13.根据权利要求12所述的方法，其中缓冲板的横截面为圆形。
14.根据权利要求12所述的方法，其中将缓冲板布置成基本上垂直于烃和含氧气体混合物的流动方向。
15.根据权利要求12所述的方法，其中缓冲板基本上沿壳体长度方向位于中间位置。
16.根据权利要求12所述的方法，其中壳体限定出立方形的缓冲区。
17.根据权利要求16所述的方法，其中缓冲板的横截面为圆形，壳体长度与缓冲板直径的比的范围为4∶1到1∶1。
18.根据权利要求11所述的方法，其中烃与含氧气体混合物在进入缓冲区之前在至少一个混合装置中进行预混。
19.根据权利要求18所述的方法，其中缓冲区包括圆形缓冲板，缓冲板直径与混合装置的出口直径的比为1-5∶1。
20.根据权利要求18所述的方法，其中有多个混合装置为包括多个缓冲板的一个缓冲区壳体供料。
21.根据权利要求20所述的方法，其中缓冲板与混合装置的比为1∶1。
22.根据权利要求11所述的方法，其中缓冲区包括一个没有缓冲板的壳体，可利用一个或多个混合装置将烃/含氧气体混合物基本上以成切线方式供应到该壳体中。
23.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其中催化剂包括一种或多种VIII族过渡金属。
24.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其中烃对氧的化学计量比是将烃完全燃烧成二氧化碳和水所需的烃对氧化学计算量比的5到16倍。
25.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其中在存在氢的条件下进行部分燃烧。
26.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其中在催化剂排气温度的范围为600℃到1200℃的条件下进行部分燃烧。
27.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其中在范围为0到2巴的压力下进行部分燃烧。
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