CN102348500B - 用于由烷脱氢的废热均匀产生蒸汽的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于由烷脱氢尽可能均匀地提供蒸汽流的方法和装置，其中，该方法通过将含氢气体导过可以加注催化剂的反应管来实施，并将向外封闭的反应管引导通过可由燃烧器加热的加热室，以及用于反应的催化剂被循环再生，其中，反应吸热而催化剂再生不吸热，以及主燃烧器在催化剂的再生期间降低功率，其中，为继续产生热烟气在烟气道的入口处配备辅助燃烧器，其在催化剂的反应期间产生其他的热烟气，用于由过程废热尽可能均匀地产生蒸汽。

Description

用于由烷脱氢的废热均匀产生蒸汽的方法和装置
本发明涉及用于在进行吸热反应的反应器烟气道(Rauschgaskanal)内额外加热的一个或多个燃烧器(Brenner)，通过这种额外加热可以产生几乎恒定量的烟气(Rauschgas)，其中，反应器包括处于加热室烟气道出口内的蒸汽发生器(Dampferzeuger)，并且其中这些燃烧器作为辅助燃烧器用于补偿加热室烟气道内的烟气下降，这种烟气下降通常在所使用的催化剂吸热再生(Regenerierung)的再生阶段期间出现。本发明还涉及一种包括一个或多个辅助燃烧器的装置，该装置连同进行吸热反应所需的装置处于进行吸热反应的反应器内，并且利用该辅助燃烧器可以控制蒸汽发生器所处的烟气道入口内烟气的量。按照这种方式，可以取自蒸汽发生器的蒸汽流明显上升，这样有利于涡轮机或压缩机的运行。这种装置特别适用于典型地实施烷脱氢的反应器。
实施烷脱氢的常用方法是将含烷的烃混合物导过脱氢催化剂，通过该脱氢催化剂可以使混合气体内所含的烷反应成对应的烯。催化剂在典型的实施方式中处于向下
Figure BDA0000090261680000011
的反应管内，通过这些反应管反应气体经由入口通道流入，从而在反应管的出口能够提取作为成分含有所要求的烯的产物气体。反应是吸热的，由此反应管必须从外部加热。这一点通常借助包括加热室的反应器进行，其中反应管被引导穿过所述加热室，并且加热室可通过加热气体来加热。此外，反应管相对于加热室封闭。加热室通入烟气道内，在该烟气道内热烟气得到热利用并且最后从烟囱排出。
WO 2004/039920 A2介绍了利用相应装置进行烷脱氢的方法的一种典型的实施方式。不同的脱氢方法和在其中所使用的催化剂的选取可以参阅公开文献F.Buonomo，D.Sonfilipo，F.Trifirò，Handbook of HeterogeneousCatalysis(多相催化手册)，1stEdition，VCH，Weinhaim，1997p.2140ff和其中所引用的文献部分。
由加热产生的烟气从加热室通过烟气道排出。在此方面，根据实施方式温度达到约1000℃。为进一步利用由反应管的加热产生的热能，在烟气的烟气道出口处或其后面典型地配备蒸汽发生器。
烷脱氢典型地在形成含碳(kohlenstoffhaltig)副产物的情况下进行，它们在一定的反应时间后沉积在催化剂上。由此降低反应的转化量(Umsatz)和所希望的烯的生产。出于这一原因，反应在一定时间后中断并停止将反应气体导过催化剂。随后在典型的实施方式中将含氧的气体导过催化剂。由此清除含碳的覆层并使催化剂再生。再生后烷脱氢在相关的反应管或反应器内重新进行。该方法按照这种操作步骤循环进行。
因为烷的脱氢吸热和催化剂的再生放热，所以在再生期间必须比在正常运行期间向反应器输送明显较少热能。另外，通常燃烧器在再生阶段期间以较少加热气体驱动，从而也减少了烟气的产生。
WO 2007/118825 A1介绍了一种用于由烃制造链烯烃(Olefinen)的方法和用于实施该方法的装置。通过在再生阶段期间断开燃烧器，中断向催化剂床的热能输送，从而再生时通过导过含氧气体热能不再进入催化剂床内并防止催化剂过热和损害。燃烧器为实施该方法具有用于断开的装置并为在再生后重新启动利用控制燃烧器(Pilotbrenner)重新点火。无论是加热燃烧器还是主燃烧器，均可以装备监测装置。但是该文献没有给出对通过使用蒸汽发生器产生蒸汽和加热中断的补偿的任何提示。
EP 179322 B1介绍了一种用于放热再生催化剂的方法，该催化剂在不连贯的方法内的吸热催化转化期间去活。通过将燃烧器功率降到不足原始功率的50％，最好不足原始燃烧器功率的10％，这通过减少加热介质的输送实现，以达到节省加热介质和燃烧气的目的。作为可以考虑使用的过程值得一提的特别是i-丁烷、n-丁烷或它们的混合物的脱氢。在使用多个反应器的情况下，这些反应器可以交替运行，从而在总体上不改变加热系统内所输送的加热介质、燃烧流和负荷变换。这种理论也没有给出对通过使用蒸汽发生器产生蒸汽或补偿加热中断的任何提示。
为催化剂再生节流加热过程时，导致向设置在烟气道内的蒸汽发生器内的烟气输送流降低。而这存在问题，因为通过蒸汽发生器产生的蒸汽在重要的实施方式中用于借助蒸汽轮机驱动压缩机。脱氢过程这样工作，即无论是正常运行期间还是再生期间，都输送作为涡轮蒸汽使用的蒸汽。再生阶段期间，蒸汽自身产物(Dampfeigenproduktion)很少。但同时再生运行中蒸汽消耗却又像正常运行中那样高。因此再生阶段期间所输送的蒸汽量确定为给脱氢设备输送的蒸汽量。
本发明的目的在于，提供一种用于吸热催化制造烯的方法，再生阶段期间为蒸汽发生器的运行提供尽可能高的烟气量，从而恒定量的蒸汽能够通过“生产-再生”的总循环提供。本发明还提供一种为此使用的装置。该装置还使得实现过程的监测和遥控成为可能。
本发明通过用于均匀地或受控制地提供由吸热催化反应产生的烟气的方法来解决该问题，由此通过这种烟气经由蒸汽发生器可以产生在量上尽可能大的蒸汽流，其中，烟气道的出口内配备至少一个辅助燃烧器，通过该辅助燃烧器产生不与待加热的反应管接触的烟气流并通过该辅助燃烧器在量上提高再生期间蒸汽发生器换热面上的烟气流。本发明还通过一种装置来解决该问题，该装置通过用于实施吸热催化反应的反应器的烟气道入口上的一个或多个辅助燃烧器形成，其中，辅助燃烧器设置在反应管后面的烟气流内。该装置还包括一个可以监测和控制辅助燃烧器的装置。
借助本发明能够减少所输送的蒸汽的量。在此方面，不产生换热装置的附加成本，因为为正常运行设计的机组和内装件得到利用。基本上再生运行所需的辅助燃烧器价格相对便宜。
本发明所使用的典型吸热催化方法是烷的脱氢。在任何情况下，反应都是在可以加注催化剂的反应管内进行的，其中，反应管处于可加热的反应室内并且该反应室通过燃烧器利用加热气体进行加热。WO 2004/039920A2介绍了一种本发明可以使用的烷脱氢的典型方法。文中还介绍了一种反应器，通过该反应器在单独的过程阶段燃烧烷脱氢时产生的氢。
特别要求权利的是一种用于使从反应器的加热中时间上恒定产生蒸汽的固定床催化剂(Festbettkatalysator)再生的方法，其中，
·将固定床催化剂安装在一个或多个反应管内，在反应管内在待反应的混合气体通流下进行吸热反应，以及
·用于进行吸热反应的所述一个或多个反应管被引导通过加热室，通过所述加热室内的加热气体的燃烧来从外部加热所述反应管，以及
·所述一个或多个反应管内的反应在有限的时间内循环进行，其中，不用于反应的时间用于通过导过含氧和水蒸汽的气体或这些气体的混合气体来再生催化剂，以及
·通过加热反应管产生的烟气流从加热室排出，并且该烟气流在通过蒸汽发生器排出时用于产生蒸汽，
以及该方法的特征在于，
·在烟气道的出口处存在至少一个辅助燃烧器，通过该辅助燃烧器产生不与待加热的反应管接触的烟气流，并且通过该辅助燃烧器在蒸汽发生器的换热面上的烟气流在再生期间内在量上有所提高。
通过提高烟气道内烟气的量，烟气道内的换热面在催化剂的再生阶段期间能够得到更好的利用。由此生产的蒸汽量可以在过程的总持续时间上保持近乎恒定。辅助燃烧器为此装备调节装置，通过该装置可以控制燃烧气体的量。这能够通过调节辅助燃烧器实现，所述调节取决于辅助燃烧器后面烟气流内的烟气温度。此外，调节控制向辅助燃烧器内输送的加热气体或燃烧气。
为在再生期间进一步提高蒸汽的产生，辅助燃烧器有利地这样使用，使蒸汽发生器换热面上的烟气道入口处的烟气流温度得到提高。此外如有必要，烟气道内和换热面上的温度控制通过向烟气道内输送的新鲜空气量进行控制。
辅助燃烧器有利地装备调节装置，从而能够调节加热气体的输送并因此调节烟气的生产。此外，调节装置通过处于蒸汽发生器换热面附近的温度传感器控制，从而辅助燃烧器能够依赖于烟气道内的温度进行控制。在一种比较简单的实施方式中，辅助燃烧器也能够进行手动控制。
辅助燃烧器的调节装置也能够通过所生产的蒸汽量进行控制。在这种情况下，蒸汽发生器的适当位置上配备蒸汽产生量的蒸汽量测量装置，从而辅助燃烧器能够依赖于所生产的蒸汽量进行控制。
依据本发明的方法可以考虑的过程特别是烷脱氢，通过该过程烷在排出氢的情况下转换成烯。这能够作为单个的过程来实施。但通常还通过脱氢烷在排出氢的情况下转换成烯并将氢在后面单独的过程步骤中氧化的方式运行烷脱氢，其中，使到目前未转换的烷进一步脱氢。辅助燃烧器能够安装在一个或多个反应器内。由此整个吸热过程利用催化剂的再生进行支持。
还要求权利的是一种可以实施依据本发明方法的装置。特别要求权利的是一种用于由烷脱氢的废热均匀产生蒸汽的装置，其包括：
·反应器，其带有用于进行吸热反应的加热室，和该反应器里所包括的、可加注催化剂的反应管；反应管内反应气体的入口和产物气体的出口；一个或多个主燃烧器，它们不与催化剂或反应气体接触，并且从外部加热在加热室内的反应管；以及在加热室的末端处的具有带烟气出口的烟气道和在烟气道内的一个或多个蒸汽发生器，以及该装置的特征在于，
·在出口处，在反应管后面和在所述一个或多个蒸汽发生器通流之前的烟气道内配备一个或多个辅助燃烧器。
具有用于搭接
Figure BDA0000090261680000051
启动过程的辅助燃烧器的、实施吸热过程的反应器在现有技术中公知。US 2003/0101651 A1介绍了一种用于吸热催化反应的装置，通过该装置将含烃的气体导过可以加注催化剂的、被从外部加热的管，其中，反应气体通过在反向流动的对流中加热。通过反应设置能够明显降低反应器的尺寸并且整个设置便携式构成。该装置介绍了用于启动反应的辅助燃烧器，方法是将这些辅助燃烧器装入用于燃烧加热气体的加热室内。在该文献中没有介绍催化剂的再生或加热过程的中断。也没有提到辅助燃烧器的控制装置。
在本发明最常用的实施方式中，辅助燃烧器具有调节装置，通过该调节装置可以在功率上调节燃烧器。适用的调节装置例如是阀门、闸板、盖板或螺杆，利用它们可以调节燃烧气体(Brenngas)向辅助燃烧器内的输送。调节装置也能够包括调节燃烧气(Verbrennungsluft)向辅助燃烧器内的输送。
辅助燃烧器也能够依赖于烟气道出口内的测量参数进行控制。这在与相应的方法权利要求联系中特别是用于测量燃烧气体量或燃烧气体温度的测量传感器。这些传感器为满足该目的处于烟气道的出口内。如果希望依赖于燃烧气体量来调节辅助燃烧器的使用，那么烟气道装备测量装置，通过该测量装置能够测量烟气道内的燃烧气体量并可以依赖于该燃烧气体量来调节辅助燃烧器。
如果希望依赖于烟气流中的温度来调节辅助燃烧器的使用，那么烟气道装备测量装置，通过该测量装置能够测量烟气道内烟气的温度并可以通过该测量装置依赖于该烟气温度来调节辅助燃烧器。如果需要在与烟气的总量或总温度的比较下进行比较测量，那么相应的测量传感器也能够处于烟气道本身内或蒸汽发生器的换热面上。在另一种实施方式中，如果辅助燃烧器的控制通过烟气道内的氧含量进行的话，也可以考虑使用λ探针(Lambda-Sonden)测量烟气道内的氧含量。
用于装入依据本发明的装置的反应器典型地如现有技术中常见的那样构成。用于实施本发明的是：进行吸热反应的反应器，在该反应器中所包括的反应管可以加注催化剂；不与催化剂或反应气体接触并且从外部加热反应管的燃烧器；反应管内反应气体的入口和产物气体的出口；加热气体的入口和烟气道；以及在烟气道的出口内或后面的换热面的蒸汽发生器。主燃烧器和依据本发明的辅助燃烧器能够安装在加热室和烟气道内的任意位置上。这也适用于待加热的换热面。燃烧器、反应管或蒸汽发生器能够单个或多个存在。辅助燃烧器在任何情况下均这样设置，使从中逸出的烟气不与反应管和反应管里所含的催化剂接触。
为控制和调节辅助燃烧器，特别考虑使用现有技术中用于调节燃烧器的装置。它们典型的是阀门、闸板、盖板或螺杆，利用它们可以调节燃烧气体或燃烧气向辅助燃烧器内的输送。为测量控制测量值，特别考虑使用热电偶、压力测量装置、气体流量测量仪和氧探针。
作为辅助燃烧器可以使用气体燃烧器、液体燃烧器、火箭燃烧器或固体-鼓风燃烧器。这取决于烟气道和换热面的尺寸。属于依据本发明的装置辅助燃烧器的还有适用于点火的装置。它们例如能够是电或电子点火器、控制燃烧器或火石。辅助燃烧器优选装备调节装置，通过该调节装置在功率上调节所述一个或多个辅助燃烧器。该调节装置例如可以这样构成，使烟气道装备测量装置，通过该测量装置能够测量烟气道内烟气的温度并可以依赖于该温度在功率上调节所述一个或多个辅助燃烧器。
为进一步利用废热使用蒸汽发生器，该蒸汽发生器能够任意设置并能够以任意数量存在。典型的是作为具有换热面的间接换热器设置的蒸汽发生器。这些蒸汽发生器能够任意构成。这些蒸汽发生器也能够包括用于测量所产生的蒸汽量的测量装置。利用所述一个或多个辅助燃烧器加热的蒸汽发生器能够装备蒸汽量测量装置，从而可依赖于蒸汽量在功率上调节所述一个或多个辅助燃烧器。此外，属于依据本发明装置的还有管道所属的辅助装置。这些辅助装置能够以任意实施方式和数量存在。
依据本发明的装置提供的优点是，由烷脱氢的废热在时间上尽可能均匀地产生蒸汽。通过该装置和依据本发明的方法，能够优化由上述过程的废热生产的蒸汽产物并从中获取机械能。

Claims (11)

1.用于由烷脱氢的废热均匀产生蒸汽的方法，其中，
·将固定床催化剂安装在一个或多个反应管内，在反应管内在待反应的混合气体通流下进行吸热反应，以及
·用于进行所述吸热反应的所述一个或多个反应管被引导通过加热室，通过所述加热室内的加热气体的燃烧来从外部加热所述反应管，以及
·所述一个或多个反应管内的反应在有限的时间内循环进行，其中，不用于所述反应的时间用于通过导过含氧和含水蒸汽的气体或这些气体的混合气体来再生催化剂，以及
·通过加热所述反应管产生的烟气流从所述加热室排出，并且所述烟气流在通过蒸汽发生器排出时用于产生蒸汽，
其特征在于，
·在待加热的所述反应管后面的所述烟气流内配备至少一个辅助燃烧器，通过所述辅助燃烧器产生不与待加热的反应管接触的烟气流，并且通过所述辅助燃烧器在所述蒸汽发生器的换热面上的烟气流在再生期间在量上有所提高。
2.按权利要求1所述用于由烷脱氢的废热均匀产生蒸汽的方法，其特征在于，通过所述一个或多个辅助燃烧器在蒸汽发生器的换热面上的烟气流在再生期间温度有所提高。
3.按权利要求1至2中任一项所述用于由烷脱氢的废热均匀产生蒸汽的方法，其特征在于，所述辅助燃烧器装备调节装置，并且利用所述辅助燃烧器加热的烟气道装备温度测量装置，从而所述辅助燃烧器能够依赖于所述烟气道内的温度进行调节。
4.按权利要求1至2中任一项所述用于由烷脱氢的废热均匀产生蒸汽的方法，其特征在于，所述辅助燃烧器装备调节装置，并且利用所述辅助燃烧器加热的蒸汽发生器装备蒸汽量测量装置，从而所述辅助燃烧器能够依赖于所产生的蒸汽量进行控制。
5.按权利要求1所述用于由烷脱氢的废热均匀产生蒸汽的方法，其特征在于，所述吸热反应是烷脱氢，通过所述烷脱氢，烷在排出氢的情况下转换成烯。
6.按权利要求1所述用于由烷脱氢的废热均匀产生蒸汽的方法，其特征在于，所述吸热反应是烷脱氢，通过所述烷脱氢，烷在排出氢的情况下转换成烯并将氢在后面单独的过程步骤中氧化，其中，使到目前未转换的烷进一步脱氢。
7.用于由烷脱氢的废热均匀产生蒸汽的装置，包括
·反应器，其带有用于进行吸热反应的加热室，和所述反应器里所包括的能加注催化剂的反应管，
·所述反应管内反应气体的入口和产物气体的出口，
·一个或多个主燃烧器，其不与所述催化剂或反应气体接触，并且从外部加热在所述加热室内的反应管，
·在所述加热室的末端处的烟气道和在所述烟气道内的一个或多个蒸汽发生器，
其特征在于，
·在烟气道的出口内，在待加热的反应管后面的烟气流中和在所述一个或多个蒸汽发生器通流之前配备一个或多个辅助燃烧器。
8.按权利要求7所述用于由烷脱氢的废热均匀产生蒸汽的装置，其特征在于，所述一个或多个辅助燃烧器装备点火装置。
9.按权利要求7或8所述用于由烷脱氢的废热均匀产生蒸汽的装置，其特征在于，所述一个或多个辅助燃烧器装备调节装置，通过所述调节装置在功率上对所述一个或多个辅助燃烧器进行调节。
10.按权利要求7所述用于由烷脱氢的废热均匀产生蒸汽的装置，其特征在于，所述烟气道装备测量装置，通过所述测量装置能够测量所述烟气道内烟气的温度，从而依赖于所述烟气道内的温度能够在功率上调节所述一个或多个辅助燃烧器。
11.按权利要求7所述用于由烷脱氢的废热均匀产生蒸汽的装置，其特征在于，利用所述一个或多个辅助燃烧器加热的蒸汽发生器装备蒸汽量测量装置，从而依赖于蒸汽量能够在功率上调节所述一个或多个辅助燃烧器。
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