CN103933898B - 乙烷氧化脱氢制乙烯的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油化工生产领域，具体地，涉及一种乙烷氧化脱氢制乙烯的装置及方法。乙烷氧化脱氢制乙烯的装置包括主反应管，主反应管的侧面设有1～8根支管，催化剂填装于主反应管内形成催化剂床层，催化剂床层的侧面覆盖所有支管的出口；氧气气源、乙烷气源、惰性气体气源合并成一路流入主反应管进气口；氧气气源通过氧气支管截止阀后、乙烷气源通过乙烷支管截止阀后合并成一路流向多个支管。乙烷氧化脱氢制乙烯的方法，包括以下步骤：填装催化剂、控制主管道的工艺参数、控制支管道的工艺参数。本发明可在催化剂床层中提供多个节点调节氧气和乙烷的流速之比，乙烯产率得到明显的提高，可高达18％；同时可降低催化剂的结碳速率、延长其使用周期。
Description
技术领域
本发明属于石油化工领域，具体地，涉及一种乙烷氧化脱氢制乙烯的装置及方法，利用该装置及方法制乙烯。
背景技术
小分子烯烃，尤其是乙烯(C2H4)，是众多化工产品生产的基本原料。以氧气(O2)和乙烷(C2H6)为原料的乙烷氧化脱氢(ODHE)制取乙烯相对于目前的工业生产方式来说具有一些明显的优点和良好的应用前景。虽然该方法目前还没有实现工业化，然而其潜在的巨大经济价值仍然刺激了人们对其进行巨大的研发投入。由ODHE生产乙烯亟待解决的一个核心问题是，如何使得整个催化反应体系(反应管道+催化剂)同时给出较高的乙烷转化率和乙烯选择性，解决这个问题具有很大的挑战性。
大量基础研究表明[如文献：R.Grabowski,Catal.Rev.48(2006)199.]，如果要得到较高的乙烷转化率，必须提高O2/C2H6的量比[在固定床反应器中，可用二者的流速比，即F(O2)/F(C2H6)来表示]。然而由于副反应的存在，提高F(O2)/F(C2H6)比值往往导致副反应的增加，从而降低了产物中乙烯的选择性。由于乙烯产率是乙烷转化率和乙烯选择性之积，因此必须选择合适的F(O2)/F(C2H6)比值，以使得乙烯产率达到最大。通常情况下F(O2)/F(C2H6)比值小于1。传统的固定床反应器(具有一个进气口和一个出气口)是ODHE反应最常用的反应器类型，其特点是催化剂床层为固定于反应管的中间，反应气流流经催化剂床层后发生反应得到产物气流。如上所述，对于一个固定的催化剂床层，理论上要得到最佳的乙烯产率，存在一个最合适的F(O2)/F(C2H6)比值。但是由于氧气和乙烷反应之间的计量关系并不是按照初始的F(O2)/F(C2H6)比值进行的，因此从催化剂床层不同截面上看流过的气流组成，F(O2)/F(C2H6)比值必然存在着不断的变化。因此，如何在固定床反应器中调控者不同截面上的F(O2)/F(C2H6)比值，使其总是保持在最佳F(O2)/F(C2H6)比值附近，从而提高乙烯产率，成为一个关键问题。
ODHE属于烷烃氧化脱氢(ODH)反应的一种，现有的技术信息中可看到大量关于ODH反应器改进和相关反应工艺的研究，目前尚无对上述类似问题进行解决的工艺。
中国专利CN100404481C公开了一种在微孔道进行烷烃或乙苯进行氧化脱氢的方法，发明人发现使用微孔道比使用更大的反应器相比，前者氧化脱氢性能更优越。该专利主要是通过反应器的几何尺寸去影响烷烃氧化脱氢的催化性能，但是在单一的微孔道中，烷烃和氧气的进料比例将决定于其进入反应管的初始值以及催化剂自身的性能，无法再催化剂床层中进行进料比例的调控。而且，微通道反应器相对于常规尺寸的反应器价格昂贵，这限制了其应用前景。
美国专利US4939124公开了一种多种催化剂区间的烷烃脱氢-氧化反应器。反应器被隔成多个区间，交替填装着脱氢催化剂和氧化催化剂。该反应器同时利用氧化反应的放热效应和脱氢反应的吸热效应，以达到对能量的有效利用。该反应器结构和操作都比较复杂，工艺参数众多。然而也无法实现催化剂床层中进行进料比例的调控。
类似地，美国专利US5997826公开了通过顺序反应器将C4烷烃转化成烯烃的方法，其反应器至少包括三个区，即催化脱氢工艺区、氧气混合区和催化氧化区。其中，混合区中的流速大于催化剂区。
Tonkovich等人在文献(ChemicalEnoineerinOScience,Vol.51,No.5,pp.789-806,1996)中报道使用膜反应器来实现对ODHE反应的乙烯选择性和乙烯产率的提高。其中关于反应器部分的描述可见其中pp.793-794的文字和附图。该反应器主要通过多孔性Al2O3膜实现O2在轴向上的分布。然而这种分布主要决定于初始的O2浓度和膜的性质，无法实现催化剂床层中多点的任意气体组分调节。
综上所述，尽管人们针对烷烃的氧化脱氢生成工艺改进进行了巨大努力，然而目前尚缺乏在固定床反应器的单一催化剂床层内，对于烷烃的ODH反应进行氧气和烷烃流速比进行调控的技术和相关工艺。特别是对于ODHE生产过程来说，如何在固定床反应器中调控者不同截面上的F(O2)/F(C2H6)比值，使其总是保持在最佳F(O2)/F(C2H6)比值附近，从而提高乙烯产率，成为一个关键技术问题。
发明内容
为克服现有乙烷氧化脱氢制取乙烯的反应器所存在的缺陷，本发明提供一种乙烷氧化脱氢制乙烯的装置及方法；该装置可以实现在催化剂床层的有限个截面上独立调控氧气与乙烷流速比[F(O2)/F(C2H6)]的目的，从而使得乙烯产率相对于传统的固定床反应器得到提高。
为实现上述目的，本发明采用下述方案：
一种乙烷氧化脱氢制乙烯的装置，包括：主反应管，主反应管具有主反应管进气口、主反应管出气口；主反应管的侧面设有1～8根支管，多个支管允许气体从主反应管的侧面流入主反应管；催化剂填装于主反应管内形成催化剂床层，催化剂床层的侧面覆盖所有支管的出口，保证从支管进入的气体必定经过催化剂床层；氧气气源通过第一主管流量控制器后、乙烷气源通过第二主管流量控制器后、惰性气体气源通过第三主管流量控制器后合并成一路流入主反应管进气口，从主反应管出气口流出；氧气气源、乙烷气源、惰性气体气源的流量分别通过第一主管流量控制器，第二主管流量控制器和第三主管流量控制器来控制；氧气气源通过氧气支管截止阀后、乙烷气源通过乙烷支管截止阀后合并成一路，流向上述支管，并由支管的出口从主反应管的侧面流入主反应管；所有流经催化剂床层的气体最终都从主反应管出气口流出，形成产物气。
乙烷氧化脱氢制乙烯的方法，使用上述乙烷氧化脱氢制乙烯的装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、填装催化剂；
步骤二、控制主管道的工艺参数；
步骤三、控制支管道的工艺参数。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)、解决了乙烷氧化脱氢制取乙烯的一个工艺难点，即可在固定床反应器装置中，催化剂床层中存在多个节点可以自由调节氧气和乙烷的流速之比。
(2)、对于相同的负载型Ni、V、Mo类催化剂床层，在优化的操作方法下，使用本发明的固定床反应器装置与使用传统的固定床反应器装置相比，乙烯产率得到明显的提高，目前提高程度可高达18％。
(3)、由于使用本发明的固定床反应器装置可以在催化剂下游床层加入一定量的氧气，因此降低了催化剂的结碳速率，延长了其使用周期。虽然该效果本身不是本发明的目的，但是发明人在执行过程中预计并证实了这个积极效果的存在。
(4)、该型固定床反应器装置从原理上看，具有较好的普适性，即类似工艺较容易移植到其它烷烃的氧化脱氢体系；催化剂的类型也可以自由选择。因此本发明具有很好的拓展应用空间。
附图说明
图1为乙烷氧化脱氢制乙烯的装置结构示意图。
图中，1、主反应管；2、主反应管进气口；3、主反应管出气口；4、第一支管；5、第二支管；6、第三支管；7、第四支管；8、氧气气源；9、乙烷气源；10、惰性气体气源；11、第一主管流量控制器；12、第二主管流量控制器；13、第三主管流量控制器；14、产物气；15、氧气支管总截止阀；16、乙烷支管总截止阀；17、第一支管截止阀；18、第二支管截止阀；19、第三支管截止阀；20、第四支管截止阀；21、第一支管流量控制器；22、第二支管流量控制器；23、第三支管流量控制器；24、第四支管流量控制器；25、催化剂床层；粗线上的箭头代表气体的流动方向。
具体实施方式
如图1所示，乙烷氧化脱氢制乙烯的装置，包括：主反应管1，主反应管1具有主反应管进气口2、主反应管出气口3；主反应管1的侧面由主反应管进气口2向主反应管出气口3的方向依次设有第一支管4、第二支管5、第三支管6、第四支管7，第一支管4、第二支管5、第三支管6、第四支管7允许气体从主反应管的侧面流入主反应管；催化剂填装于主反应管1内形成催化剂床层25，催化剂床层25的侧面覆盖第一支管4、第二支管5、第三支管6、第四支管7的出口，保证从这四根支管进入的气体必定经过催化剂床层25；
氧气气源8通过第一主管流量控制器11后、乙烷气源9通过第二主管流量控制器12后、惰性气体气源10通过第三主管流量控制器13后合并成一路流入主反应管进气口2，从主反应管出气口3流出；氧气气源8、乙烷气源9、惰性气体气源10的流量分别通过第一主管流量控制器11，第二主管流量控制器12和第三主管流量控制器13来控制；氧气气源8提供纯氧气；乙烷气源9提供纯乙烷气体；惰性气体气源10提供N2气、He气、Ar气中的一种或者多种气体的混合物；氧气气源8、乙烷气源9、惰性气体气源10构成乙烷氧化脱氢的原料气；
氧气气源8通过氧气支管截止阀15后、乙烷气源9通过乙烷支管截止阀16后合并成一路，流向第一支管4、第二支管5、第三支管6或第四支管7，并由第一支管4、第二支管5、第三支管6或第四支管7的出口从主反应管1的侧面流入主反应管1；
第一支管4上设有第一支管截止阀17、第一支管流量控制器21，第一支管截止阀17控制第一支管4是否有气体流入主反应管1，第一支管流量控制器21控制第一支管4内气体的流速；第二支管5上设有第二支管截止阀18、第二支管流量控制器22，第二支管截止阀18控制第二支管5是否有气体流入主反应管1，第二支管流量控制器22控制第二支管5内气体的流速；第三支管6上设有第三支管截止阀19、第三支管流量控制器23，第三支管截止阀19控制第三支管6是否有气体流入主反应管1，第三支管流量控制器23控制第三支管6内气体的流速；第四支管7上设有第四支管截止阀20、第四支管流量控制器24，第四支管截止阀20控制第四支管7是否有气体流入主反应管1，第四支管流量控制器24控制第四支管7内气体的流速；
所有流经催化剂床层25的气体最终都从主反应管出气口3流出，形成产物气14。
乙烷氧化脱氢制乙烯的方法，使用上述乙烷氧化脱氢制乙烯的装置，包括以下步骤：
步骤一、填装催化剂；具体方法如下：
催化剂采用负载型金属催化剂，催化剂载体采用Al2O3、沸石分子筛、水滑石、SiO2、MgO、TiO2、ZrO2、无定形硅酸铝或活性碳中的一种或多种的混合物，催化剂的活性金属组分含有过渡金属元素V、Mo、Ni中的一种或者多种组合；催化剂中上述过渡金属元素总质量占整个催化剂的质量的比例为1～30％；负载型金属催化剂的形状为颗粒状，颗粒大小在10～100；将催化剂床层的总体积记为Vcat；
将催化剂填装于主反应管1内形成催化剂床层25，催化剂床层25充满主反应管1的截面；催化剂床层25的侧面覆盖第一支管4、第二支管5、第三支管6和第四支管7的出口，保证从第一支管4、第二支管5、第三支管6和第四支管7进入的气体必定经过催化剂床层25。
步骤二、控制主管道的工艺参数；具体方法如下：
关闭氧气支管截止阀15和乙烷支管截止阀16，打开氧气气源8、乙烷气源9和惰性气体气源10，并通过第一主管流量控制器11、第二主管流量控制器12和第三主管流量控制器13分别控制氧气、乙烷和惰性气体的流速；记乙烷的流速为F(C2H6)0，氧气的流速为F(O2)0，惰性气体的流速为F(Inert)0；控制F(C2H6)0在80～2000Vcat*h-1范围内；控制F(O2)0为F(C2H6)0的0.1～2.0倍；控制F(Inert)0为F(C2H6)0的1～15倍；控制催化剂床层25的温度在300～700℃之间的一个目标值。
步骤三、控制支管道的工艺参数；具体方法如下：
当步骤二中选取的参数F(O2)0/F(C2H6)0<0.85时，打开截止阀15让氧气气体流向支管方向；通过第一支管截止阀17和第一支管流量控制器21共同控制第一支管4中的氧气流速，该流速记为F(O2)0,i；通过第二支管截止阀18和第二支管流量控制器22共同控制第二支管5中的氧气流速，该流速记为F(O2)0,ii；通过第三支管截止阀19和第三支管流量控制器23共同控制第三支管6中的氧气流速，该流速记为F(O2)0,iii；通过第四支管截止阀20和第四支管流量控制器24共同控制第四支管7中的氧气流速，该流速记为F(O2)0,iv；F(O2)0,i、F(O2)0,ii、F(O2)0,iii和F(O2)0,iv四个值的取值范围都是主管道氧气气体流速F(O2)0值的0～15％；
当步骤二中选取的参数F(O2)0/F(C2H6)0≥0.85时，打开截止阀16让乙烷气体流向支管方向；通过第一支管截止阀17和第一支管流量控制器21共同控制第一支管4中的乙烷流速，该流速记为F(C2H6)0,i；通过第二支管截止阀18和第二支管流量控制器22共同控制第二支管5中的乙烷流速，该流速记为F(C2H6)0,ii；通过第三支管截止阀19和第三支管流量控制器23共同控制第三支管6中的乙烷流速，该流速记为F(C2H6)0,iii；通过第四支管截止阀20和第四支管流量控制器24共同控制第四支管7中的乙烷流速，该流速记为F(C2H6)0,iv；F(C2H6)0，i、F(C2H6)0,ii、F(C2H6)0,iii和F(C2H6)0,iv四个值的取值范围是主管道乙烷气体流速F(C2H6)0值的0～10％；
当所有管道的气体流速和催化剂床层25的温度达到设定值时，装置调节完毕，开始连续生产。
要验证本发明的效果，可以对步骤二产生的产物气14和步骤三产生的产物气14分别进行取样并定量分析，计算乙烯产率并比较结果。
实施例一
如图1所示，乙烷氧化脱氢制乙烯的装置，主反应管1的内径为12mm，长度为50cm，内部为圆形；第一支管4、第二支管5、第三支管6和第四支管7与主管道的四个连接点，将催化剂床层25分为五等分；其中惰性气体气源10提供含N2气9.8％、He气90.2％的混合气。
乙烷氧化脱氢制乙烯的方法，采用上述乙烷氧化脱氢制乙烯的装置，包括以下步骤：
步骤一、填装催化剂；具体方法是：
催化剂为混合物，第一部分是Y型分子筛负载的Ni催化剂，具体制备方法可参见文献[X.Lin,etal.,JournalofCatalysis265(2009)54–62]；催化剂颗粒大小为20～40目；催化剂体积为1.5mL；第二部分是体积为1.5mL、颗粒大小为20～40目的SiO2颗粒；二者均有混合；
将催化剂填装于主反应管1内形成催化剂床层25，催化剂床层25充满主反应管1的截面；催化剂床层25的侧面覆盖第一支管4、第二支管5、第三支管6和第四支管7的出口，保证从这四根支管中的任何一根支管进入的气体必定经过催化剂；催化剂床层的总体积Vcat＝3.0mL。
步骤二、控制主管道的工艺参数；具体方法如下：
关闭氧气支管截止阀15和乙烷支管截止阀16；打开氧气气源8、乙烷气源9和惰性气体气源10，并分别通过第一主管流量控制器11、第二主管流量控制器12和第三流量控制器13分别控制氧气、乙烷和惰性气体的流速；控制乙烷气体的流速F(C2H6)0为10.2mL·min-1(也就是204Vcat*h-1)；控制氧气气体的流速F(O2)0＝4.3mL·min-1，则F(O2)0/F(C2H6)0为0.42；控制惰性气体的流速F(Inert)0＝65mL·min-1；控制催化剂床层25的温度为585℃。
步骤三、控制支管道的工艺参数；具体方法如下：
本例F(O2)0/F(C2H6)0＝0.42<0.85；打开截止阀15让氧气气体流向支管方向；通过第一支管截止阀17和第一支管流量控制器21共同控制第一支管4中的氧气流速，该流速记为F(O2)0,i；通过第二支管截止阀18和第二支管流量控制器22共同控制第二支管5中的氧气流速，该流速记为F(O2)0,ii；控制这四个流速值分别是：F(O2)0,i＝0.9mL·min-1、F(O2)0,ii＝0.9mL·min-1、F(O2)0,iii＝0.6mL·min-1和F(O2)0,iv＝0.6mL·min -1。
当所有管道的气体流速和催化剂床层25的温度达到设定值时，装置调节完毕，开始连续生产。
为了验证本实施例的效果，本例使用气相色谱仪，对上述步骤二的产物气14和步骤三的产物气14组成进行定量分析，并计算乙烷氧化脱氢制乙烯的产率(Y％)，计算方法是：
其中[C2H6]0代表乙烷在进入催化剂层之前的总浓度；[C2H6]1和[C2H4]1分别代表乙烷和乙烯在产物气14中的浓度；碳平衡在98～101％之间。对于本例，步骤二的乙烯产率Y1％＝13.6％，步骤三的乙烯产率Y2％＝21.7％；后者比前者提高了8.1％。
实施例二
与实施例一的不同之处在于：
步骤二、控制F(O2)0＝7.1mL·min-1，则F(O2)0/F(C2H6)0为0.70；
步骤三、四根支管中的氧气流速分别为：F(O2)0,i＝0.6mL·min-1、F(O2)0,ii＝0.6mL·min-1、F(O2)0,iii＝0.4mL·min-1和F(O2)0,iv＝0.4mL·min-1。
当所有管道的气体流速和催化剂床层25的温度达到设定值时，装置调节完毕，开始连续生产。
为了验证本实施例的效果，本例使用气相色谱仪，对上述步骤二的产物气14和步骤三的产物气14组成进行定量分析；计算出了步骤二的乙烯产率Y1％＝14.3％，步骤三的乙烯产率Y2％＝23.1％；后者比前者提高了8.8％。
本例和实施例一的对比也可以看出，在总氧气流量和乙烷流量形同的情形下，打开氧气支管截止阀15得到的乙烯产率(例1的Y2％＝21.7％)比关闭氧气支管截止阀15得到的乙烯产率(本例中的Y1％＝14.3％)也有明显提高。
实施例三
与实施例一不同之处在于：
步骤一、将催化剂组成由例1中的Ni/Y改成由Ni(NO3)2溶液浸渍法制备的Ni/Al2O3催化剂。
当所有管道的气体流速和催化剂床层25的温度达到设定值时，装置调节完毕，开始连续生产。
为了验证本实施例的效果，本例使用气相色谱仪，对上述步骤二的产物气14和步骤三的产物气14组成进行定量分析；计算出了步骤二的乙烯产率Y1％＝10.6％，步骤三的乙烯产率Y2％＝15.1％；后者比前者提高了4.5％。
实施例四
与实施例一不同之处在于：
步骤二、催化剂床层25的温度改为500℃。
当所有管道的气体流速和催化剂床层25的温度达到设定值时，装置调节完毕，开始连续生产。
为了验证本实施例的效果，本例使用气相色谱仪，对上述步骤二的产物气14和步骤三的产物气14组成进行定量分析；计算出了步骤二的乙烯产率Y1％＝5.9％，步骤三的乙烯产率Y2％＝9.7％；后者比前者提高了3.8％。
实施例五
与实施例一的不同之处在于：
步骤三、关闭第一支管截止阀17和第三支管截止阀19，使得F(O2)0,i＝0、F(O2)0,iii＝0。
当所有管道的气体流速和催化剂床层25的温度达到设定值时，装置调节完毕，开始连续生产。
为了验证本实施例的效果，本例使用气相色谱仪，对上述步骤二的产物气14和步骤三的产物气14组成进行定量分析；计算出了步骤二的乙烯产率Y1％＝13.6％，步骤三的乙烯产率Y2％＝18.9％；后者比前者提高了5.1％。
实施例六
与实施例一不同之处在于：
步骤一、将催化剂Ni/Y颗粒改成50～80目的大小。
当所有管道的气体流速和催化剂床层25的温度达到设定值时，装置调节完毕，开始连续生产。
为了验证本实施例的效果，本例使用气相色谱仪，对上述步骤二的产物气14和步骤三的产物气14组成进行定量分析；计算出了步骤二的乙烯产率Y1％＝14.2％，步骤三的乙烯产率Y2％＝23.7％；后者比前者提高了9.5％。
实施例七
与实施例一不同之处在于：
步骤二、将乙烷的流速F(C2H6)0改为30.2mL·min-1；将氧气的流速F(O2)0改为10.3mL·min-1，F(O2)0/F(C2H6)0为0.34；惰性气体的流速F(Inert)0改为115.3mL·min-1。
步骤三、四根支管中的氧气流速分别改为：F(O2)0,i＝1.8mL·min-1、F(O2)0,ii＝1.8mL·min-1、F(O2)0,iii＝0.8mL·min-1和F(O2)0,iv＝0.8mL·min-1。
当所有管道的气体流速和催化剂床层25的温度达到设定值时，装置调节完毕，开始连续生产。
为了验证本实施例的效果，本例使用气相色谱仪，对上述步骤二的产物气14和步骤三的产物气14组成进行定量分析；计算出了步骤二的乙烯产率Y1％＝6.8％，步骤三的乙烯产率Y2％＝13.2％；后者比前者提高了6.4％。
实施例八
与实施例1不同之处在于：
步骤二、将F(O2)0改为16.7mL·min-1，则F(O2)0/F(C2H6)0为1.63。
步骤三、本例F(O2)0/F(C2H6)0＝1.63>0.85；打开乙烷支管截止阀16让乙烷气体流向支管方向；通过第一支管截止阀17和第一支管流量控制器21共同控制第一支管4中的乙烷流速，记为F(C2H6)0,i；通过第二支管截止阀18和第二支管流量控制器22共同控制第二支管5中的乙烷流速，记为F(C2H6)0,ii；通过第三支管截止阀19和第三支管流量控制器23共同控制第三支管6中的乙烷流速，记为F(C2H6)0,iii；通过第四支管截止阀20和第四支管流量控制器24共同控制第四支管7中的乙烷流速，记为F(C2H6)0,iv；控制这四个流速值分别是：F(C2H6)0,i＝0、F(C2H6)0,ii＝1.8mL·min-1、F(C2H6)0,iii＝0和F(C2H6)0,iv＝1.1mL·min-1。。
当所有管道的气体流速和催化剂床层25的温度达到设定值时，装置调节完毕，开始连续生产。
为了验证本实施例的效果，本例使用气相色谱仪，对上述步骤二的产物气14和步骤三的产物气14组成进行定量分析；计算出了步骤二的乙烯产率Y1％＝9.9％，步骤三的乙烯产率Y2％＝14.4％；后者比前者提高了4.5％。
实施例九
与实施例一不同之处在于：
改变主反应管1的尺寸——将主管道的外径改为30mm，管道长度增加到80cm。
步骤一、催化剂床层25中的催化剂由6mLNi/Y和6mLSiO2颗粒组成；Vcat＝12mL。
步骤二、将F(C2H6)0、F(O2)0和F(Inert)0的值分别增加为实施例一中的4倍。
步骤三、将F(O2)0,i、F(O2)0,ii、F(O2)0,iii和F(O2)0,iv的值分别增加为实施例一中的4倍。
当所有管道的气体流速和催化剂床层25的温度达到设定值时，装置调节完毕，开始连续生产。
为了验证本实施例的效果，本例使用气相色谱仪，对上述步骤二的产物气14和步骤三的产物气14组成进行定量分析；计算出了步骤二的乙烯产率Y1％＝8.8％，步骤三的乙烯产率Y2％＝20.9％；后者比前者提高了12.1％。
实施例十
与实施例九不同之处在于：
步骤一、将实施例九中6mLNi/Y催化剂改为通过浸渍法制备的6mLV-Mo/Al2O3催化剂，其中金属V和Mo在催化剂中的质量百分数都为5.6％。
步骤二、催化剂床层的温度改为500℃。
当所有管道的气体流速和催化剂床层25的温度达到设定值时，装置调节完毕，开始连续生产。
为了验证本实施例的效果，本例使用气相色谱仪，对上述步骤二的产物气14和步骤三的产物气14组成进行定量分析；计算出了步骤二的乙烯产率Y1％＝10.6％，步骤三的乙烯产率Y2％＝18.9％；后者比前者提高了8.3％。
Claims (2)
1.一种乙烷氧化脱氢制乙烯的方法，使用乙烷氧化脱氢制乙烯的装置，乙烷氧化脱氢制乙烯的装置包括：主反应管，主反应管具有主反应管进气口、主反应管出气口；由主反应管进气口向主反应管出气口的方向依次设有第一支管、第二支管、第三支管、第四支管，第一支管、第二支管、第三支管、第四支管允许气体从主反应管的侧面流入主反应管；催化剂填装于主反应管内形成催化剂床层，催化剂床层的侧面覆盖第一支管、第二支管、第三支管、第四支管的出口，保证从这四根支管进入的气体必定经过催化剂床层；氧气气源通过第一主管流量控制器后、乙烷气源通过第二主管流量控制器后、惰性气体气源通过第三主管流量控制器后合并成一路流入主反应管进气口，从主反应管出气口流出；氧气气源、乙烷气源、惰性气体气源的流量分别通过第一主管流量控制器，第二主管流量控制器和第三主管流量控制器来控制；氧气气源通过氧气支管截止阀后、乙烷气源通过乙烷支管截止阀后合并成一路，流向上述各个支管，并由支管的出口从主反应管的侧面流入主反应管；所有流经催化剂床层的气体最终都从主反应管出气口流出，形成产物气；氧气气源提供纯氧气；乙烷气源提供纯乙烷气体；惰性气体气源提供N2气、He气、Ar气中的一种或者多种气体的混合物；氧气气源、乙烷气源、惰性气体气源构成乙烷氧化脱氢的原料气；氧气气源通过氧气支管截止阀后、乙烷气源通过乙烷支管截止阀后合并成一路，流向第一支管、第二支管、第三支管或第四支管，并由第一支管、第二支管、第三支管或第四支管的出口从主反应管的侧面流入主反应管；第一支管上设有第一支管截止阀、第一支管流量控制器，第一支管截止阀控制第一支管是否有气体流入主反应管，第一支管流量控制器控制第一支管内气体的流速；第二支管上设有第二支管截止阀、第二支管流量控制器，第二支管截止阀控制第二支管是否有气体流入主反应管，第二支管流量控制器控制第二支管内气体的流速；第三支管上设有第三支管截止阀、第三支管流量控制器，第三支管截止阀控制第三支管是否有气体流入主反应管，第三支管流量控制器控制第三支管内气体的流速；第四支管上设有第四支管截止阀、第四支管流量控制器，第四支管截止阀控制第四支管是否有气体流入主反应管，第四支管流量控制器控制第四支管内气体的流速；其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、填装催化剂；
步骤二、控制主管道的工艺参数；
步骤三、控制支管道的工艺参数；
步骤一的具体方法如下：催化剂采用负载型金属催化剂，负载型金属催化剂的形状为颗粒状，颗粒大小在10~100；将催化剂床层的总体积记为Vcat；将催化剂填装于主反应管内形成催化剂床层，催化剂床层充满主反应管的截面；催化剂床层的侧面覆盖所有支管的出口，保证从支管进入的气体必定经过催化剂床层；
步骤二的具体方法如下：关闭氧气支管截止阀和乙烷支管截止阀，打开氧气气源、乙烷气源和惰性气体气源，并通过第一主管流量控制器、第二主管流量控制器和第三主管流量控制器分别控制氧气、乙烷和惰性气体的流速；记乙烷的流速为F(C2H6)0，氧气的流速为F(O2)0，惰性气体的流速为F(Inert)0；控制F(C2H6)0在80~2000Vcat*h-1范围内；控制F(O2)0为F(C2H6)0的0.1~2.0倍；控制F(Inert)0为F(C2H6)0的1~15倍；控制催化剂床层的温度在300~700oC之间的一个目标值；
步骤三的具体方法如下：当步骤二中选取的参数F(O2)0/F(C2H6)0<0.85时，打开截止阀让氧气气体流向支管方向；通过第一支管截止阀和第一支管流量控制器共同控制第一支管中的氧气流速，该流速记为F(O2)0,i；通过第二支管截止阀和第二支管流量控制器共同控制第二支管中的氧气流速，该流速记为F(O2)0,ii；通过第三支管截止阀和第三支管流量控制器共同控制第三支管中的氧气流速，该流速记为F(O2)0,iii；通过第四支管截止阀和第四支管流量控制器共同控制第四支管中的氧气流速，该流速记为F(O2)0,iv；F(O2)0,i、F(O2)0,ii、F(O2)0,iii和F(O2)0,iv四个值的取值范围都是主管道氧气气体流速F(O2)0值的0~15%；
当步骤二中选取的参数F(O2)0/F(C2H6)0≥0.85时，打开截止阀让乙烷气体流向支管方向；通过第一支管截止阀和第一支管流量控制器共同控制第一支管中的乙烷流速，该流速记为F(C2H6)0,i；通过第二支管截止阀和第二支管流量控制器共同控制第二支管中的乙烷流速，该流速记为F(C2H6)0,ii；通过第三支管截止阀和第三支管流量控制器共同控制第三支管中的乙烷流速，该流速记为F(C2H6)0,iii；通过第四支管截止阀和第四支管流量控制器共同控制第四支管中的乙烷流速，该流速记为F(C2H6)0,iv；F(C2H6)0,i、F(C2H6)0,ii、F(C2H6)0,iii和F(C2H6)0,iv四个值的取值范围是主管道乙烷气体流速F(C2H6)0值的0~10%；
当所有管道的气体流速和催化剂床层的温度达到设定值时，装置调节完毕，开始连续生产。
2.根据权利要求1所述的乙烷氧化脱氢制乙烯的方法，其特征在于：
催化剂载体采用Al2O3、沸石分子筛、水滑石、SiO2、MgO、TiO2、ZrO2、无定形硅酸铝或活性碳中的一种或多种的混合物，催化剂的活性金属组分含有过渡金属元素V、Mo、Ni中的一种或者多种组合；催化剂中上述过渡金属元素总质量占整个催化剂的质量的比例为1~30%。
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