CN106573856A - 用于烷烃脱氢的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的主题涉及用于烷烃脱氢的方法和系统。在一个具体的非限制性实施方式中，本公开的主题提供了一种用于烷烃脱氢系统，其包括两个或更多个反应器和催化剂再生器，反应器配置为在催化剂的存在下进行烷烃的脱氢反应以产生烯烃，催化剂再生器通过至再生器的至少一个输送管线连接于两个或更多个反应器的每个，以进行失效催化剂的再生。

Description

用于烷烃脱氢的系统和方法
技术领域
本公开的主题涉及使用两个或更多个反应器用于烷烃脱氢的方法和系统。
背景技术
烷烃脱氢是将饱和烃转化为不饱和烃(例如，烯烃)和氢(H2)的工艺方法。通过烷烃脱氢生产的烯烃可以用作其它烃转化产物如丙二醇和燃料的生产中的中间体。烷烃脱氢工艺方法的实例可以包括乙烷至乙烯的转化，丙烷至丙烯的转化，异丁烷至异丁烯的转化，乙苯至苯乙烯的转化和C6至C19烷烃至相应的C6至C19单烯烃的转化。
烷烃脱氢成烯烃通常可以分为氧化性或非氧化性反应。与氧化性脱氢相关的缺点包括高放热性和低期望产物选择性和质量。非氧化性工艺方法(即，直接脱氢或催化脱氢)可能需要连续热供应以引发吸热反应。在直接脱氢期间将平衡有利地向烯烃产物移动期望的温度可能会通过焦化而促进催化剂的快速失活，这会导致催化剂再生频繁的需要。这些高温也可能导致烷烃热裂解，这可能导致引起副产物形成的不期望的非选择性副反应。
用于进行烷烃脱氢反应的某些系统在本领域内是已知的。中国专利申请号CN1962573公开了用于通过蒸汽裂解生产丙烯的系统，其中该系统包括再生器和串联布置的多个流化床反应器以进行蒸汽裂解反应的不同阶段。中国专利号CN101168681公开了用于生产烯烃的系统，其包括再生器和包含多个催化剂床的流化床反应器。美国专利号7,347,930公开了一种系统，其包括具有多个反应区的反应器或多个反应器，其中每个反应区或反应器配置为进行不同的反应阶段。美国专利号7,029,571公开了用于使用包括多个流化床反应器的系统生产C8至C28烃的方法。
因此，本领域仍然需要用于进行烷烃脱氢反应以通过提高系统的热稳定性，增强催化剂循环和最小化烷烃脱氢期间可能发生的流体动力学问题而提高生产率的技术。
发明内容
在各种实施方式中公开的是用于烷烃催化脱氢的系统和用于生产烯烃的方法。
一种用于烷烃催化脱氢的系统，包括：两个或更多个反应器，其配置为在催化剂的存在下进行烷烃脱氢反应以产生烯烃；和催化剂再生器，其通过至少一条失效催化剂输送管线连接到两个或更多个反应器的每个，从而用于输送自两个或更多个反应器的失效催化剂(废催化剂，待再生催化剂，spent catalyst)的再生。
一种用于制备烯烃的方法，包括：将包含烷烃的烃进料流进料至两个或更多个反应器中；使烃进料流与催化剂反应以通过脱氢反应在两个或更多个反应器的每个中产生烯烃；从两个或更多个反应器中移除并输送失效催化剂至催化剂再生器；在催化剂再生器中再生失效催化剂以获得再生的催化剂；并且将再生的催化剂输送至两个或更多个反应器中而用于脱氢反应。
下面将更具体地描述这些和其他特征和特性。
附图说明
以下是附图的简要描述，其中相同的元件编号相同并且都呈现用于图示说明本文公开的示例性实施方式的目的，而非为了限制本发明的目的。
图1是根据公开主题的一个非限制性实施方式描述用于烷烃脱氢的示例性系统的示意图。
图2是根据公开主题的一个非限制性实施方式描述烷烃脱氢工艺过程期间用于失效催化剂的再生的示例性催化剂再生器的示意图。
图3是根据公开主题的一个非限制性实施方式描述用于烷烃脱氢的示例性方法的示意图。
具体实施方式
本公开提供了用于将烷烃脱氢成不饱和烃的系统和方法。例如，本公开的主题提供了用于烷烃脱氢的系统和方法，包括一种含有两个或更多个反应器和一个催化剂再生器的集成系统。
在某些实施方式中，公开的主题的系统可以包括两个或更多个反应器，其配置为在催化剂的存在下进行烷烃脱氢反应以产生烯烃。在某些实施方式中，两个或更多个反应器可以是流化床反应器。在某些实施方式中，两个或更多个反应器可以配置为生产不同的烯烃。
系统可以进一步包括连接至两个或更多个反应器的催化剂再生器。在某些实施方式中，催化剂再生器可以通过至少一条失效催化剂输送管线连接至两个或更多个流化床反应器中的每个。失效催化剂输送管线可以将来自两个或更多个反应器的失效的(例如，失活的和/或焦结的)催化剂输送至催化剂再生器。在某些实施方式中，系统可以进一步包括两条或更多条输送管线，以用于将再生的催化剂从催化剂再生器输送到两个或更多个反应器从而继续脱氢反应。
在某些实施方式中，公开的主题的方法可以包括将烃进料流进料到两个或更多个反应器中，并使烃进料流与催化剂反应以通过脱氢反应产生烯烃。在某些实施方式中，进料流可以包括烷烃，低级烷烃，丙烷，丁烷，异丁烷，或包含前述至少一种的组合。在某些实施方式中，烯烃产物可以包括烯烃，低级烯烃，丙烯，丁烯(butylene)(丁烯(butene))，异丁烯，或包含前述至少一种的组合。在某些实施方式中，将进料至反应器中的烃进料流包括异丁烷。
在某些实施方式中，在催化剂存在下，异丁烷脱氢成异丁烯在两个或更多个反应器中进行。在某些实施方式中，在催化剂存在下，丙烷脱氢成丙烯在两个或更多个反应器中进行。
在某些实施方式中，方法可以进一步包括从两个或更多个反应器中移除并输送失效催化剂至催化剂再生器。方法可以进一步包括在催化剂再生器中使失效催化剂与再生气体接触以获得再生的催化剂。在某些实施方式中，方法可以包括将再生的催化剂输送到两个或更多个反应器中以催化烷烃脱氢反应。
在某些实施方式中，可以在本公开的系统和/或方法中使用的催化剂可以包括金属和/或金属氧化物。金属的非限制性实例包括铂，铬或包含前述至少一种的组合。催化剂可以进一步包括载体如氧化铝，氧化硅，氧化钛或包含前述至少一种的组合。
为了说明而非限制的目的，图1是根据公开的主题的示例性系统的示意图。在某些实施方式中，系统100可以包括两个或更多个反应器10，其配置为进行烷烃脱氢反应以产生烯烃产物。例如，并且不限于，系统100可以包括两个，三个，四个，五个，六个，七个，八个或更多个反应器。本公开的主题不包括包含单个反应器和单个再生器的系统的那些。本公开的主题涉及包括连接到单个催化剂再生器的至少两个反应器的系统。
在某些实施方式中，两个或更多个反应器可以是提升管反应器、固定床反应器如多管式固定床反应器、流化床反应器如夹带流化床反应器和固定流化床反应器、以及淤浆床反应器如三相淤浆鼓泡塔和沸腾床反应器，或包括前述至少一种的组合。在某些实施方式中，系统的两个或更多个反应器可以是不同类型的反应器和/或配置为生产不同的烯烃产物。
在某些实施方式中，两个或更多个反应器可以是流化床反应器。流化床反应器包括含有由进料流即烷烃脱氢反应的反应物流化的催化剂颗粒的一个或多个催化剂床。在某些实施方式中，本公开的主题的每个流化床反应器可以包括一个催化剂床。
在某些实施方式中，系统100可以包括一条或多条进料管线3以将烃进料流引入两个或更多个反应器10中的每个。一条或多条进料管线3可以设置于反应器10的任何部分上。例如，进料管线3可以设置于反应器10的侧面或其底部附近。在某些实施方式中，进料管线3可以连接至分配器12，其可以将烃进料流分布于整个反应器中。
在某些实施方式中，每个反应器可以进一步包括一个或多个旋风分离器11。一个或多个旋风分离器11可以用于将化学产物与催化剂分离，并通过产物排出管线7从反应器10进一步除去化学产物。在某些实施方式中，产物排出管线7可以连接至另一使用烯烃产物作为反应物的反应器。例如，并且不限于，产物排出管线7可以连接至甲基叔丁基醚(MTBE)反应器，其可以使用烯烃异丁烯作为反应物。
系统100可以进一步包括一条或多条输送管线15，例如，失效的(焦结的)催化剂输送管线，其将系统的一个或多个催化剂再生器1连接到系统100的两个或更多个反应器10。输送管线15可以用于将失效催化剂从两个或更多个反应器10输送到催化剂再生器1。在某些实施方式中，输送管线15可以设置于两个或更多个反应器10的任何部分上。例如，并且不限于，输送管线15可以位于各个反应器的外部。在某些实施方式中，输送管线15可以位于反应器10的底部上。在某些实施方式中，输送管线15可以设置在催化剂再生器1的任何部分上。在某些实施方式中，输送管线15可以定位于催化剂再生器1的侧面和/或底部上。在某些实施方式中，输送管线15可以从反应器收集失效催化剂并将失效催化剂输送到再生器1。在某些实施方式中，系统100可以包括一条或多条输送管线4，例如，再生的催化剂输送管线，以将再生的催化剂从催化剂再生器1输送至反应器10。
在某些实施方式中，一条或多条输送管线15可以进一步连接至入口气体管线8，其将提升气体或载气进料到输送管线15中以将失效催化剂从反应器10输送到催化剂再生器1。提升气体或载气可以包括并且不限于天然气，空气，富氧气体，贫氧气体，一氧化碳，二氧化碳，氮气，蒸汽燃烧或排出气体，或包含前述至少一种的组合。在某些实施方式中，提升气体或载气可以包括空气。在某些实施方式中，在提升气体用于一个或多个再生催化剂输送管线4内而将再生的催化剂从催化剂再生器1输送到反应器10的情况下，提升气体可以包括氢气，天然气，不饱和烃，饱和烃或包括前述中至少一种的组合。例如，并且不限于，用于将再生催化剂输送到反应器的提升气体可以包括包含在进料流中和/或将在反应器中使用的一种或多种烃。
本文所使用的“连接”是指通过本领域已知的任何方式将系统组件连接到另一个系统组件。用于连接两个或更多个系统组件的连接类型可以取决于系统的规模和可操作性。例如，并且不限于，系统的两个或更多个部件的连接可以包括一个或多个接头，阀，配件，连接或密封元件。接头的非限制性实例包括螺纹接头，焊接接头，电焊接头，压缩接头和机械接头。配件的非限制性实例包括连接配件，缩径连接配件，管套配件(union fitting)，三通配件，十字配件和法兰配件。阀的非限制性实例包括闸阀，球心阀，球阀，蝶阀和止回阀。
在某些实施方式中，系统100可以包括一个或多个催化剂汽提器16，以在失效催化剂转移到催化剂再生器之前从失效催化剂的表面除去吸附的烃，例如，焦炭。在某些实施方式中，吸附的烃的汽提可以包括在汽提器中使失效催化剂与汽提气体，例如，氢气，氮气或包含前述中至少一种的组合接触。在某些实施方式中，本公开的主题的反应器汽提器16可以连接至反应器10，例如，连接至反应器的底部。连接到本公开的主题的两个或更多个反应器10中的每个的反应器汽提器16可以是本领域普通技术人员已知的任何汽提器。例如，并且不限于，美国专利号6,248,298和7,744,746以及美国专利申请号2011/0114468(其全部内容以参考的形式结合于本文中)公开了可以在本公开的主题中使用的汽提器。本公开的主题的反应器汽提器16的尺寸和结构可以根据反应器10的物理尺寸和反应器10的容量而变化。在某些实施方式中，一条或多条输送管线15可以将失效催化剂从与反应器10连接的汽提器16中输送至催化剂再生器1。
包含在本公开的系统100内的每个反应器10的尺寸和结构可以取决于期望的烃进料流。此外，反应器的尺寸和结构可以根据反应器的容量而变化。反应器的容量可以通过反应速率确定，反应速率可以取决于催化剂的活性金属含量和反应物的化学计量量。在某些实施方式中，本公开的主题的反应器可以具有约1吨/小时至约200吨/小时的容量。例如，并且不限于，反应器可以具有约1吨/小时至约5吨/小时，约1吨/小时至约10吨/小时，约1吨/小时至约20吨/小时，约1吨/小时至约30吨/小时，约1吨/小时至约40吨/小时，约1吨/小时至约50吨/小时，约1吨/小时至约75吨/小时，约1吨/小时至约100吨/小时，约1吨/小时至约125吨/小时，约1吨/小时至约150吨/小时，约1吨/小时至约175吨/小时，约5吨/小时至约200吨/小时，约10吨/小时至约200吨/小时，约20吨/小时至约200吨/小时，约30吨/小时至约200吨/小时，约40吨/小时至约200吨/小时，约50吨/小时至约200吨/小时，约75吨/小时至约200吨/小时，约100吨/小时至约200吨/小时，约125吨/小时至约200吨/小时，约150吨/小时至约200吨/小时，或约175吨/小时至约200吨/小时的容量。
在某些实施方式中，用于本公开的主题的反应器在结构上可以是管式的，并且可以具有约1米至约10米的内径。例如，并且不限于，本公开的主题的反应器可以具有约1米至约9米，约1米至约8米，约1米至约7米，约1米至约6米，约1米至约5米，约1米至约4米，约1米至约3米，约1米至约2米，约2米至约10米，约3米至约10米，约4米至约10米，约5米至约10米，约6米至约10米，约7米至约10米，约8米至约10米，或约9米至约10米的内径。在某些实施方式中，本公开的主题的两个或更多个反应器的每个反应器可以具有不同的规模，尺寸，容量或结构。例如，并且不限于，具有较小直径的反应器可以具有改善的传热性能和流体动力学。
术语“约”或“基本上”是指由本领域普通技术人员确定的特定值的可接受误差范围内，其将部分取决于值如何测量或确定，即，测量系统的极限。例如，“约”可以表示给定值的高达20％，高达10％，高达5％或高达1％的范围。
在某些实施方式中，本公开的系统100的催化剂再生器1可以包括一个或多个可以将气体流，例如，再生气体进料到再生器中的气体入口管线2。气体入口管线可以设置于再生器的任何部分上。例如，并且不限于，气体入口2可以位于催化剂再生器的底部或侧面上，从而使从反应器进入催化剂再生器的催化剂流化。在某些实施方式中，再生气体从气体入口管线2转移到分配器9，以在催化剂再生器内进行催化剂的分配和流化。催化剂再生器可以进行一步包括一个或多个旋风分离器13以在再生器1中将排出气体(例如，烟道气(fluegas))与催化剂分离。一个或多个旋风分离器13可以连接至排气出口17以从催化剂再生器中移除排出气体。
催化剂再生器1可以包括一条或多条输送管线4，例如，如前文描述的再生催化剂输送管线，以将再生催化剂输送到两个或更多个反应器10。在某些实施方式中，再生催化剂的流动由连接到输送管线4的阀5控制。在某些实施方式中，再生催化剂可以如前文描述的通过与提升气体或载气接触而在输送管线4内移动，并通过喷嘴6输送到反应器中。
为了举例说明而非限制性的目的，图2是根据公开的主题的一个非限制性实施方式的示例性催化剂再生器1的示意图。在某些实施方式中，催化剂再生器1可以包括一个或多个旋风分离器13以在催化剂再生器1中使排出气体与催化剂分离。一个或多个旋风分离器13可以连接到排气管线17以从催化剂再生器1移除排出气体。在某些实施方式中，连接到两个或更多个反应器和催化剂再生器1以输送失效催化剂的输送管线可以合并，从而在催化剂再生器1的基部形成单个输送管线18。合并的单个输送管线18可以连接到分配器19以将催化剂分布于催化剂再生器1中。在某些实施方式中，分配器19是开帽式分配器。
催化剂再生器1也可以包括另外的组件和附件，包括，并且不限于，反应区、加热元件、pH计、压力指示器、压力变送器、热电偶、温度指示控制器、气体检测器、分析器和粘度计。组件和附件可以放置于催化剂再生器1上的各个位置。
本公开的主题的系统100的两个或更多个反应器10可以进一步包括其他组件和附件，组件和附件包括，并且不限于，一条或多条气体排出管线，新鲜催化剂入口管线，反应区和加热元件。本公开的系统100的反应器也可以包括一个或多个测量附件。一个或多个测量附件可以是本领域普通技术人员已知的任何测量附件，包括并且不限于，pH计、压力指示器、压力变送器、热电偶、温度指示控制器、气体检测器、分析器和粘度计。组件和附件可以放置于反应器10的各个位置。
本公开的主题进一步提供了使烷烃脱氢以产生不饱和烃如烯烃的方法。为了举例说明而非限制性的目的，图3显示了根据公开的主题的一个实施方式用于烷烃脱氢的示例性方法300。烷烃脱氢的方法300可以包括将烃进料流提供到两个或更多个反应器301中。例如并且不限于，烃进料流可以通过进料管线引入两个或更多个流化床反应器。
在某些实施方式中，烃进料流包括一种或多种烷烃。烷烃的非限制性实例包括直链烷烃、支链烷烃、低级烷烃(即，具有8个或更少碳原子的烷烃)和高级烷烃(即，具有9个或更多个碳原子的烷烃)。在某些实施方式中，一种或多种烷烃可以包括乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、戊烷、异戊烷、新戊烷、己烷、2,2-二甲基丁烷(新己烷)、2-甲基戊烷(异己烷)、C2-C7直链烃、C2-C7支链烃、C8-C19直链烃、C8-C19支链烃或包含前述至少一种的组合。烷烃的其它非限制性实例包括含有能够脱氢成烯烃部分的饱和烃部分(例如，-CH2-CH2-部分)的其它化合物。在某些实施方式中，烃混合物可以包括引入除饱和烃以外的部分，例如不饱和烃部分和/或杂原子的烷烃。
在某些实施方式中，烃进料流可以包括其他组分。例如，并且不限于，烃进料流可以进一步包括不负面影响反应的其它气体，例如，惰性气体。其它气体的非限制性实例包括蒸汽、水、氮气(N2)、氦气(He)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和乙烷。在某些实施方式中，CO和/或CO2气体可以充当松动气(蓬松气体，fluffing gas)的作用。在某些实施方式中，烃混合物进料流包括异丁烷。在某些实施方式中，烃混合物进料流包括丙烷。
方法可以进行一步包括使烃进料流与催化剂反应以通过在两个或更多个反应器302中的催化脱氢反应产生烯烃产物。通过脱氢反应可以产生的烯烃的非限制性实例包括乙烯、异丁烯、丙烯、C2至C4单烯烃、C2至C6单烯烃、C6至C19单烯烃或包含前述至少一种的组合。在某些实施方式中，两个或更多个反应器的每个可以配置为生产相同烯烃，或可替换地，每个反应器可以生产对应于烃混合物中存在的烷烃的不同烯烃。例如，并且不限于，两个或更多个反应器中的一个可以配置为进行异丁烷至异丁烯的脱氢反应，并且两个或更多个反应器中的第二反应器可以配置为进行丙烷至丙烯的脱氢反应。
烷烃的脱氢反应在高温和低压下可以是在热力学上有利的。在某些实施方式中，脱氢反应可以在约400℃至约700℃的操作温度下进行。在某些实施方式中，脱氢反应可以在约5大气压(atm)或更低(约506千帕斯卡(kPa)或更低)下进行。在某些实施方式中，脱氢反应可以在约0.01atm至约5atm(约1.01kPa至约506kPa)的压力下进行。
在某些实施方式中，通过脱氢反应产生的烯烃可以是异丁烯和/或丙烯。在某些实施方式中，脱氢反应可以是异丁烷至异丁烯的脱氢。在某些实施方式中，脱氢反应可以是环己烷至苯的脱氢。在某些实施方式中，脱氢反应可以是丙烷至丙烯的脱氢。
方法可以进一步包括从两个或更多个反应器中移除并输送失效的(例如，焦结的)催化剂到催化剂再生器303。在某些实施方式中，通过输送管线将催化剂从每个反应器输送至催化剂再生器。在某些实施方式中，再生催化剂可以通过与载气或提升气体接触而在输送管线内移动。如前文的描述，载气或提升气体可以包括，并且不限于，天然气、空气、富氧气体、贫氧气体、一氧化碳、二氧化碳、氮气、蒸汽燃烧或排处气体，或包括前述中至少一种的组合。在某些实施方式中，载气包括空气。
方法可以进一步包括通过将失效催化剂暴露于再生气流以从失活催化剂304的表面除去焦炭例如烃，从而在催化剂再生器中再生催化剂以获得再生的催化剂。例如，并且不限于，失活的催化剂上的烃沉积物可以在再生气体的存在下被氧化以形成再生的催化剂和再生器排出气体(例如，烟道气)。在某些实施方式中，烟道气可以包括二氧化碳、一氧化碳、氢气、氮气，或包含前述至少一种的组合。在某些实施方式中，再生气体流可以包括氧气、空气、蒸汽、烃、燃料气体，或包括前述中至少一种的组合。在某些实施方式中，再生混合物可以是在不存在氧的情况下的单独蒸汽。在某些实施方式中，氧可以以空气的形式提供。可替代地或另外，氧源可以是更浓缩的氧源。在某些实施方式中，再生混合物的组成可以在再生工艺过程期间发生变化。
在某些实施方式中，失效催化剂可以在约400℃至约700℃的温度下与再生气体接触以从催化剂中移除残余的烃和焦炭沉积物。在某些实施方式中，接触温度可以为约400℃至约425℃、约400℃至约450℃、约400℃至约475℃、约400℃至约500℃、约400℃至约525℃、约400℃至约550℃、约400℃至约575℃、约400℃至约600℃、约400℃至约625℃、约400℃至约650℃、约400℃至约675℃、约425℃至约700℃、约450℃至约700℃、约475℃至约700℃、约500℃至约700℃、约525℃至约700℃、约550℃至约700℃、约575℃至约700℃、约600℃至约700℃、约625℃至约700℃、约650℃至约700℃或约675℃至约700℃。
再生工艺过程的持续时间可以广泛变化，并且其取决于期望的脱焦程度。例如，在失效催化剂暴露于再生气体期间的时间可以为约1分钟至约100分钟。在某些实施方式中，接触时间可以为约1分钟至约10分钟、约1分钟至约20分钟、约1分钟至约30分钟、约1分钟至约40分钟、约1分钟至约50分钟、约1分钟至约60分钟、约1分钟至约70分钟、约1分钟至约80分钟、约1分钟至约90分钟、约10分钟至约100分钟、约20分钟至约100分钟、约30分钟至约100分钟、约40分钟至约100分钟、约50分钟至约100分钟、约60分钟至约100分钟、约70分钟至约100分钟、约80分钟至约100分钟，或约90分钟至约100分钟。
在某些实施方式中，失效催化剂的再生可以导致催化剂的金属发生氧化。因此，催化剂的再生可以进一步包括使氧化的催化剂与还原气流接触以还原催化剂。例如，并且不限于，还原气体流可以包括氢气、氮气，或包括前述至少一种的组合。在某些实施方式中，再生的催化剂可以经历约1秒至约60分钟的还原。
之后，再生的催化剂可以从催化剂再生器输送到将在烷烃的脱氢305中使用的两个或更多个反应器(例如，流化床反应器)。在某些实施方式中，再生的催化剂可以通过输送管线输送到两个或更多个反应器的每个中。在某些实施方式中，在将催化剂输送到反应器之前，再生的催化剂可以通过一个或多个旋风分离器与再生气体和排出气体(例如，烟道气)分离。在某些实施方式中，氧化的催化剂可以在输送管线内输送到反应器的同时经历还原。例如，如果再生的催化剂通过与载气或提升气体接触而在输送管线内移动，则载气或提升气体也可以用于例如通过使用氢气或氮基气体还原氧化的催化剂。
在某些实施方式中，失效催化剂可以在失效催化剂输送到催化剂再生器之前在反应器汽提器中进行汽提。为了保持催化剂活性，反应器汽提器用于在进入催化剂再生器之前至少部分移除与失活催化剂相关的烃物质。在某些实施方式中，“至少部分移除”可以包括在汽提工艺过程期间从催化剂的表面上去除约5％、约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约60％、约70％或更多的焦炭。在某些实施方式中，通过与汽提气体接触在反应器汽提器中可以除去失活催化剂的表面上和孔道内的烃。汽提气体的非限制性实例包括，从化学反应中作为尾气获得的氮气、二氧化碳、水蒸汽、再循环气体，或包括前述中至少一种的组合。催化剂在汽提器中的停留时间可以为约1秒至约200秒。在某些实施方式中，在反应器和/或再生器中的总催化剂停留时间可以为约1分钟至约100分钟。
在公开的主题的方法中使用的催化剂可以是本领域普通技术人员已知的可以用于催化烷烃脱氢的任何催化剂。在某些实施方式中，用于催化烷烃脱氢的催化剂组合物包括合适金属的氧化物、碳化物、氢氧化物，或包含前述至少一种的组合。合适金属的非限制性实例包括铬(Cr)、铜(Cu)、锰(Mn)、钾(K)、钯(Pd)、钴(Co)、铈(Ce)、钨(W)、铂(Pt)、钠(Na)、镍(Ni)、锇(Os)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、锡(Sn)、铯(Cs)、或包含前述至少一种的组合。
在某些实施方式中，在烷烃脱氢反应中使用的催化剂可以包括固体载体。合适的载体可以是任何载体材料，其在所公开的方法的反应条件下表现出良好的稳定性，并是本领域普通技术人员已知的。固体载体的非限制性实例包括各种金属盐，类金属氧化物和金属氧化物，例如，氧化钛(钛氧化物)、氧化锆(锆氧化物)、二氧化硅(硅氧化物)、氧化铝(铝氧化物)、沸石、氧化镁(镁氧化物)、氯化镁，或包含前述至少一种的组合。
美国专利号6,486,220，8,551,434和8,288,446(其全部内容以参考的方式结合于本文中)公开了可以在公开的主题中使用的催化剂。催化剂组合物的其它非限制性实例包括Pt-Sn/Al2O3、Pt-Sn/SAPO-34、Pt-Sn/ZSM-5、Pt-Sn/沸石(Pt-Sn/Zeolites)、Cr2O3、Cr2O3/Al2O3、Cr/ZrO2、Cr/Al2O3、Cr/SiO2、Cu-Mn/Al2O3、Cr/MgO，以及包括前述中至少一种的组合。可商购的Cr/Al2O3催化剂的非限制性实例是(Süd-Chemie AG,Munich,Germany)。
在某些实施方式中，本公开的催化剂组合物进一步包括一种或多种促进剂。促进剂的作用是提高催化剂金属的活性和/或选择性。合适促进剂的非限制性实例包括镧系元素、碱土金属、稀土金属、镁、锡、铼和碱金属如锂、钠、钾、铷、铯，或包含前述至少一种的组合。在某些实施方式中，催化剂可以包括锡作为促进剂。另外，催化剂可以含有至少一种共促进剂组分如铼、硫、钼、钨、铬，或包含前述至少一种的组合。
在本公开中使用的催化剂可以是任何形状和尺寸。例如，并且不限于，催化剂可以是以粉末、颗粒、球、丸、珠、圆柱体、三叶形和四叶形碎片的形式。在某些实施方式中，催化剂是以粉末的形式。
本公开中使用的催化剂可以通过本领域熟知的任何催化剂合成方法进行制备。参见，例如，美国专利号6,299,995、6,293,979和8,288,446，其各自以参考的形式结合于本文中。另外的实例包括，并且不限于，喷雾干燥、沉淀、浸渍、初湿含浸、离子交换、流化床涂覆、物理或化学气相沉积。
本公开的主题的工艺方法和系统可以具有优于现有技术的许多优点，包括改善的热和质量传递，温度和产品分布的改进控制，减少停机时间和简化操作。
本文中公开的系统和方法包括至少以下的实施方式：
实施方式1：一种用于烷烃的催化脱氢的系统，包括：两个或更多个反应器，配置为在催化剂存在下进行烷烃的脱氢反应以产生烯烃；和催化剂再生器，通过至少一条失效催化剂输送管线连接到两个或更多个反应器的每个，以用于输送自两个或更多个反应器的失效催化剂的再生。
实施方式2：实施方式1的系统，其中两个或更多个反应器包括流化床反应器。
实施方式3：实施方式1或实施方式2的系统，其中两个或更多个反应器的每个包括单个催化剂床。
实施方式4：任何前述实施方式的系统，进一步包括两个或更多个再生催化剂输送管线，其连接到催化剂再生器和两个或更多个反应器，以用于将再生的催化剂从催化剂再生器输送到两个或更多个反应器。
实施方式5：前述实施方式中任一项的系统，其中催化剂包含铂，铬，或包含前述至少一种的组合。
实施方式6：前述实施方式中任一项的系统，其中两个或更多个反应器配置为进行不同的烷烃脱氢反应。
实施方式7：前述实施方式中任一项的系统，其中烷烃包含C2至C7烷烃。
实施方式8：前述实施方式中任一项的系统，其中烷烃是乙烷、丁烷、异丁烷、丙烷、异丙烷、新丙烷、己烷、庚烷，或包含前述至少一种的组合。
实施方式9：前述实施方式中任一项的系统，其中烷烃包括异丁烷，且烯烃包括异丁烯。
实施方式10：前述实施方式中任一项的系统，其中烷烃包括丙烷，且烯烃包括丙烯。
实施方式11：一种用于制备烯烃的方法，包括：将包含烷烃的烃进料流进料到两个或更多个反应器中；使烃进料流与催化剂反应以在两个或更多个反应器的每个中通过脱氢反应产生烯烃；从两个或更多个反应器中移除并输送失效催化剂至催化剂再生器；在催化剂再生器中再生失效催化剂以获得再生的催化剂；和将再生的催化剂输送到两个或更多个反应器以用于脱氢反应。
实施方式12：实施方式11的方法，进一步包括在将失效催化剂从两个或更多个反应器输送到催化剂再生器之前，从失效催化剂的表面汽提焦炭。
实施方式13：实施方式11或实施方式12的方法，其中烷烃包含C2至C7烷烃。
实施方式14：前述实施方式中任一项的方法，其中烷烃是乙烷、丁烷、异丁烷、丙烷、异丙烷、新丙烷、己烷、庚烷，或包含前述至少一种的组合。
实施方式15：前述实施方式中任一项的方法，其中催化剂包含铂、铬，或包含前述至少一种的组合。
实施方式16：前述实施方式中任一项的方法，其中烷烃包括异丁烷，且烯烃包括异丁烯。
实施方式17：前述实施方式中任一项的方法，其中烷烃包括丙烷，且烯烃包括丙烯。
实施方式18：前述实施方式中任一项的方法，其中两个或更多个反应器的每个产生不同的烯烃。
除了所描述的和要求授权保护的各个实施方式之外，公开的主题还涉及具有本文公开和要求保护的特征的其他组合的其他实施方式。因此，本文给出的特定特征可以在公开的主题的范围内以其他方式彼此组合，从而使公开的主题包括本文公开的特征的任何合适组合。公开的主题的具体实施方式的上述描述是出于举例说明和描述的目的而陈述。这并非意在穷尽或限制公开的主题于所公开的那些实施方式。
对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不背离公开的主题的精神或范围的情况下，在公开的主题的组成和方法中可以进行各种修改和变化。因此，公开的主题包括在所附权利要求及其等同物的范围内的修改和变化。
本文引述了各种专利和专利申请，专利和专利申请以参考的形式将其全部内容结合于本文中。
一般而言，本发明可以可替代地包括本文公开的任何合适的组分，由或基本上由其构成。本发明可以另外或可替代地经过配制而使之不含，或基本上不含，现有技术组合物中使用的或在其它情况下对于实现本发明的功能和/或目的非必要的任何组分、材料、成分、佐剂或物种。涉及相同组分或属性的所有范围包括端点，并且端点可以彼此独立地相互组合(例如，“小于或等于25wt％，或5wt％至20wt％”的范围包括端点和“5wt％至25wt％”范围内的所有中间值等)。除了更宽的范围之外更窄范围或更具体的组的公开并不是对更宽范围或更大组的放弃。“组合”包括共混物，混合物，合金，反应产物等。此外，术语“第一”，“第二”等在本文中不表示任何顺序，数量或重要性，而是用于表示一个要素有别于另一个要素。除非在本文中另有说明或与上下文明显矛盾，否则本文中的术语“一”和“一个”和“该”不表示数量的限制，而应该解释为涵盖单数和复数。本文所使用的后缀“(s)”旨在包括其修饰的术语的单数和复数，从而包括术语中的一个或多个(例如，膜包括一个或多个膜)。在整个说明书中所指“一个实施方式”，“另一实施方式”，“一实施方式”等，是指结合实施方式描述的具体要素(例如，特征，结构和/或特性)包括于本文中描述的至少一个实施方式中，并且可以或不可以存在于其他实施方式中。此外，应当理解的是，所描述的要素可以以任何合适的方式组合于各种实施方式中。
结合数量使用的修饰语“约”包括规定的值并且具有由上下文指示的含义(例如，包括与特定量的测量相关的误差程度)。表示法“+10％”表示指示的测量可以是规定的值的从减去10％的量到加上值的10％的量。除非另有说明，否则本文中使用术语“前”，“后”，“底部”和/或“顶部”仅仅是为了方便描述，而不限于任何一个位置或空间取向。“可选的”或“可选地”是指随后描述的事件或情况可以发生或不可以发生，和描述包括事件发生的情况和它不发生的情况。除非另有定义，本文使用的技术和科学术语具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的相同含义。“组合”包括共混物，混合物，合金，反应产物等。
所有引述的专利、专利申请和其它参考文献都以参考的形式将其全部内容结合于本文中。然而，如果本申请中的术语与所引入的参考文献中的术语矛盾或冲突，则本申请的术语优先于来自所引入的参考文献的冲突术语。
虽然已经描述了具体实施方式，但申请人或本领域的其他技术人员可以设想起当前未预见的替代，修改，变化，改进和实质等同物。因此，所提交的以及可能修改的所附权利要求旨在涵盖所有这样的替代，修改，变化，改进和实质等价物。

Claims (18)

1.一种用于烷烃催化脱氢的系统，包括：
两个或更多个反应器，配置为在催化剂的存在下进行烷烃的脱氢反应以产生烯烃；以及
催化剂再生器，通过至少一条失效催化剂输送管线连接至所述两个或更多个反应器的每个，用于输送自所述两个或更多个反应器的失效催化剂的再生。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述两个或更多个反应器包括流化床反应器。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中所述两个或更多个反应器的每个包括单独的催化剂床。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括连接至所述催化剂再生器和所述两个或更多个反应器的两条或更多条再生催化剂输送管线，用于将再生的催化剂从所述催化剂再生器输送至所述两个或更多个反应器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述催化剂包含铂、铬或包含前述至少一种的组合。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述两个或更多个反应器配置为进行不同的烷烃脱氢反应。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述烷烃包括C2至C7烷烃。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述烷烃是乙烷、丁烷、异丁烷、丙烷、异丙烷、新丙烷、己烷、庚烷或包含前述至少一种的组合。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述烷烃包括异丁烷，且所述烯烃包括异丁烯。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述烷烃包括丙烷，且所述烯烃包括丙烯。
11.一种生产烯烃的方法，包括：
将包含烷烃的烃进料流进料到两个或更多个反应器中；
使所述烃进料流与催化剂反应以通过脱氢反应在所述两个或更多个反应器的每个中产生烯烃；
从所述两个或更多个反应器中移除并输送失效催化剂至催化剂再生器；
在所述催化剂再生器中再生所述失效催化剂以获得再生的催化剂；以及
将所述再生的催化剂输送到所述两个或更多个反应器中以用于所述脱氢反应。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括在将所述失效催化剂从所述两个或更多个反应器输送到所述催化剂再生器之前，从所述失效催化剂的表面汽提焦炭。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的方法，其中所述烷烃包括C2至C7烷烃。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述烷烃是乙烷、丁烷、异丁烷、丙烷、异丙烷、新丙烷、己烷、庚烷或包含前述至少一种的组合。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述催化剂包含铂、铬或包含前述至少一种的组合。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述烷烃包括异丁烷，且所述烯烃包括异丁烯。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述烷烃包括丙烷，且所述烯烃包括丙烯。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述两个或更多个反应器的每个生产不同的烯烃。
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