CN107847894A - 用于c3至c5链烷烃脱氢的反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及石油化学领域，并且具体涉及链烷烃脱氢反应器。用于在细粒催化剂的流化床中使C3至C5链烷烃脱氢的反应器包括：立式圆柱形容器；与位于反应器容器底部的原料分配器连通的原料蒸气入口；接触气体出口；循环催化剂入口和循环催化剂出口；将催化剂的流化床分成区段的分隔栅板，其中所述分隔栅板具有沿反应器高度增加的自由截面积，其特征在于，在下分隔栅板与原料分配器之间设置静止栅板，其中静止栅板的自由截面积超过下分隔栅板的自由截面积且基于容器的截面积为大于25％且小于90％，并且其中静止栅板与下分隔栅板之间的距离为下分隔栅板上方的区段的高度的0.5至2.0倍。下分隔栅板的自由截面积可为基于容器的截面积的10％至30％，并且上分隔栅板的自由截面积可为基于容器的截面积的20％至60％。所要求保护的发明的技术成果在于反应器生产能力的增加和脱氢性能的改善。

Description

用于C3至C5链烷烃脱氢的反应器
技术领域
本发明涉及石油化学领域，并且具体涉及用于使C3至C5链烷烃脱氢成相应烯烃的反应器，所述烯烃用于生产合成橡胶的主要单体以及用于聚丙烯、甲基-叔丁基醚等的生产中。
背景技术
存在用于在细粒催化剂的流化床中使链烷烃脱氢的已知反应器，所述反应器包括立式圆柱形容器和在流化床的整个高度上规则设置的分隔栅板。催化剂在反应器-再生器系统内循环并与上升的原料蒸气流逆流向下通过反应器(“Synthetic rubber industry”,Moscow,TsNIITEhNeftekhim,1968,第2期,第8页,R.K.Mikhailov,A.N.Bushin“Butane andisopentane co-dehydrogenation in a fluidized bed of fine grained catalyst”)。
然而，该反应器中的分隔栅板具有相同的自由截面积，这导致催化剂在反应器区段中不均匀分布以及导致低的脱氢性能，具体地就通过且分解的原料的量而言的烯烃的产量。
最接近的现有技术是用于在细粒催化剂的流化床中使C3至C5链烷烃脱氢的反应器，所述反应器包括立式圆柱形容器；将催化剂床分成区段的分隔栅板，其中所述分隔栅板具有沿反应器高度增加的自由截面积；与位于反应器容器底部的原料分配器连通的原料蒸气入口；接触气体出口；循环催化剂入口和循环催化剂出口(于2000年9月20日公布的专利RU2156161、IPC B01J8/04、С07С5/333)。
基于容器的截面积，所述反应器中的下栅板的自由截面积为10％至30％，并且上栅板的自由截面积为20％至60％。
用于反应器中且具有上述自由截面积的分隔栅板在接近溢流状态的有效状态下操作，其中催化剂在反应器中循环并且气体(原料蒸气)逆流移动。此外，为了提高反应器的下栅板与汽提区段之间的空间中的催化剂流化床的底部中的性能，提出了以下解决方案：
-使用管状分配器作为原料分配器，所述分配器设置有向下的管并且在中心具有自由截面积，所述自由截面积为汽提区段的截面积的0.25至4.00倍。分配器设置在离汽提区段等于催化剂流化床下区段的高度的0.5至3.0倍距离处；或者
-在离主分配器等于下区段高度的0.5至2.0倍距离处放置额外的管状原料分配器，为此目的，应当使用设置有向下的管且覆盖反应器容器的所有截面积的分配器。
使用后两种设计解决方案导致分配器区域中的停滞区域减少，汽提区段的操作改善和反应器截面上的气体分布改善。
已知反应器的设计消除了上述现有技术的缺点，然而，其反过来特征在于相对低的生产能力，低的脱氢性能和短的周转时间，这主要与上分隔栅板和下分隔栅板的不适当操作和反应器底部焦化(通过用固体焦炭逐渐填充反应器底部)有关。
存在已知的反应器(于2007年6月20日公布的专利RU 2301107、IPC B01J8/04、С07С5/333)，其中分隔栅板的自由截面积沿反应器高度增加直至60％至90％的上栅板自由截面积值，并且其中所述反应器包括用于使催化剂循环的入口和旋风分离器提升管，所述旋风分离器提升管的末端安装有位于上分隔栅板与流化床表面水平之间的流化床顶部中的排尘阀。
然而，由于不能在反应器的上分隔栅板处提供有效的“溢流”状态这一事实，因此产生的提高反应器生产能力的机会不能平衡脱氢性能(烯烃产量)的显著降低。
发明内容
本发明的目的是提高反应器生产能力和脱氢性能。
为了解决该问题，本发明人提出用于在细粒催化剂的流化床中使C3至C5链烷烃脱氢的反应器，所述反应器包括：立式圆柱形容器；与位于反应器容器底部的原料分配器连通的原料蒸气入口；接触气体出口；循环催化剂入口和循环催化剂出口；将催化剂的流化床分成区段的分隔栅板，其中所述分隔栅板具有沿反应器高度增加的自由截面积，其特征在于，在下分隔栅板与原料分配器之间设置有静止栅板，其中所述静止栅板的自由截面积超过下分隔栅板的自由截面积且基于容器的截面积为大于25％且小于90％，并且其中静止栅板与下分隔栅板之间的距离为下分隔栅板上方的区段的高度的0.5至2.0倍。
此外，反应器中的分隔栅板可以按组设置，每组由2至6个栅板组成，其中每组中的栅板具有相同的自由截面积并且自由截面积沿反应器高度从一个组向另一个组增加。
同时，静止栅板可以设置在上分隔栅板的上方，其中静止栅板的自由截面积超过上分隔栅板的自由截面积且基于容器的截面积为大于35％且小于90％，并且其中静止栅板与上分隔栅板之间的距离为上分隔栅板下方的区段的高度的1.0至3.0倍。
具有被分隔栅板分成区段的细粒催化剂的流化床的已知反应器的特征在于在流化床内存在三个区域：具有分隔栅板的床的中部中的主反应区域，气体(原料蒸气)分配器与下分隔栅板之间的区域以及反应器中上分隔栅板与流化床表面水平之间的区域。原料分配器与下分隔栅板之间的区域的高度由在其中安装用于固定分隔栅板的支撑装置以及使得能够在原料分配器位于的区域中的反应器底部(通过人孔等进入)进行安装和维修工作的必要性来确定。所述空间的高度随着反应器生产能力(直径)的增加而显著增加并且在高单位生产能力的反应器中达到数米。
因为需要在其中安装旋风分离器提升管的排尘阀和用于“热”循环催化剂的入口，因此顶部区域(上分隔栅板上方直至反应器的流化床表面水平)也具有很高的高度并包含大量的催化剂。
因此，已知反应器中的大部分催化剂位于具有自由无序流化床的低效率区域中。同时，具有强烈传热和传质的区域(其中流化床通过分隔栅板组织)仅包含反应器中(在原料分配器与流化床表面水平之间的空间中)的总催化剂量的50％至60％。
在已知反应器中的下分隔栅板的自由截面积为10％至30％的情况下，当栅板以接近“溢流”状态的气-固逆流状态操作时，在栅板下方形成大的气体覆盖层。随着这发生，在分配器与下栅板之间的反应器底部中形成具有自由表面的无序流化床。因此，流化床是混乱的。
大的自由无序流化床的特征在于细分散的催化剂的不均匀沸腾与形成大气泡和气相通道断裂。因此，在流化床内形成关于催化剂和气体的停滞区域，在床中存在显著的压力波动，在设备横截面中存在流化床水平的局部波动和大量催化剂释放到床上方空间中。
关于已知的脱氢反应器的操作条件，在大量催化剂从反应器底部的自由流化床释放到下分隔栅板的气体覆盖层空间的作用下，反应器底部中的无序流化床的所述特性是流化床的该区域中的低的传热和传质以及停滞的原因，并且也是反应器下栅板故障的原因。所有这些导致脱氢性能降低，导致反应器底部焦化，并因此缩减了设备的周转时间(由于检修周期和非预定停工的增加)，同时降低其生产能力。
包含大量催化剂的上分隔栅板上方的无序流化床具有低的传热和传质，并且在水平的显著波动干扰反应器上分隔栅板的稳定操作的情况下，其也导致脱氢性能降低。
在所提出的反应器中，在下分隔栅板下方安装具有增加的自由截面积(大于下分隔栅板的自由截面积)的静止栅板与静止栅板和下分隔栅板之间的指定距离组合允许减小流化床底部中的压力波动，使反应器中原料分配器和位于上方的分隔栅板的操作稳定。同时，沿设备轴线逆流运动的催化剂和气体在反应器截面中更均匀地分布，传热和传质得到改善，减少了流化床中的停滞以及热量和浓度变化。这导致脱氢性能(就通过且分解的原料的量而言烯烃的产量)增加，导致在生产期间从流化床带出的催化剂减少和催化剂损失减少(由于所提出的反应器中的更均匀的流化床)，反应器底部中的焦化减少，反应器中的固体焦炭沉积物减少，所述固体焦炭沉积物使反应器内部构件(栅板、气流分配器、支撑结构等)变形直至其完全破坏并干扰反应器的流体动力学状态。于是，因此增加了反应器的周转时间及其生产能力。
静止栅板在指定的自由截面积范围内操作对其确保分隔栅板的稳定操作状态最有效。静止栅板允许尽可能地接近分隔栅板的最有效溢流状态。当静止栅板的自由截面积等于或小于下分隔栅板的自由截面积时，静止栅板的操作状态进入溢流状态，在这种情况下，气体覆盖层的高度急剧增加，催化剂是“悬浮的”并且循环中止。当静止栅板的自由截面积超过90％时，其对过程的影响变得几乎不可察觉。
按组安装分隔栅板，其中组中的栅板的自由截面积相同并且自由截面积沿反应器的高度从一个组向另一个组增加，使得反应器设计简单得多。
当以离上分隔栅板指定距离在上分隔栅板的上方安装具有指定自由截面积的静止栅板时，由于上分隔栅板操作性能的稳定和改善，这也改善了脱氢性能。静止栅板显著减小了流化床水平、压力的波动，反应器顶部中的热量和浓度变化。
底部和顶部静止栅板的作用在离分隔栅板(静止栅板的安装高度)指定的距离范围内最大程度地表现。
附图说明
图1表示所提出的反应器的图。反应器包括容器1、用于使催化剂循环的管线和入口2和出口3、原料入口4和接触气体出口5。反应器还包括原料分配器6。反应器中具有表面水平7的催化剂流化床被分隔栅板(包括下栅板9和上栅板10)分成区段。基于容器的截面积，下分隔栅板的自由截面积可以为10％至30％，而基于容器的截面积，上栅板的自由截面积为20％至60％。在原料分配器6与下分隔栅板9之间，以25％至90％的自由截面积设置静止栅板11，静止栅板与下分隔栅板9之间的距离“A”为下区段的高度“В”的0.5至2.0倍。在上分隔栅板10上方，存在自由截面积为35％至90％的静止栅板12。上分隔栅板与静止栅板12之间的距离“C”为上区段的高度“D”的1.0至3.0倍。所述区段包括流化床区域8和气体覆盖层13。反应器包括具有惰性气体入口15的汽提区段14，其中设置有旋风分离器以在气体通过出口5离开反应器之前纯化接触气体的分离区域16(反应器床上方空间)。在原料分配器6与底部静止栅板11之间的空间中存在检修门17。
反应器以以下方式操作。
通过分配器6经由管线和入口4向反应器提供蒸发的链烷烃(原料)。经由管线15向汽提区段14提供惰性气体以从烃中汽提从反应器中出来的催化剂。在反应器底部(在分配器6与静止栅板11之间)，原料蒸气与从汽提区段上升的汽提气体混合，然后通过催化剂的流化床上升，同时依次流过底部静止栅板11、分隔栅板和顶部静止栅板12来到分离区域16。
用于吸热脱氢反应的热量由通过再生器循环的催化剂提供。
经由管线2将再生和预热的催化剂从再生器进料到顶部静止栅板12上方的流化床中，然后以与上升的原料蒸气逆流沿流化床反应器的区段下降，同时在吸热脱氢反应的过程中逐渐冷却，并经由汽提区段14和管线和出口3以焦化、还原和冷却形式返回到再生器用于焦炭烧尽、氧化和预热。随着温度从分配器与底部静止栅板之间的流化床反应器区域到顶部静止栅板上方的流化床区域的升高，这产生了反应器的温度曲线。
经由管线5供应曾在分离区域16的旋风分离器中被除尘的脱氢接触气体以冷却和回收所产生的烯烃。
所要求保护的发明的技术结果在于反应器生产能力增加和脱氢性能改善(就通过且分解的原料的量而言烯烃的产量增加)，在生产期间从流化床带出的催化剂减少和催化剂损失减少(由于所提出的反应器中的更均匀的流化床)，反应器底部中的焦化减少，反应器中的固体焦炭沉积物减少，所述固体焦炭沉积物使反应器内部构件(栅板、气流分配器、支撑结构等)变形直至其完全破坏并干扰反应器的流体动力学状态。于是，因此增加了反应器的周转时间及其生产能力。
具体实施方式
通过进行链烷烃脱氢的以下实施例来说明本发明。
实施例1至5。
在通过浸渍包含15重量％的量的Сr2O3的微球氧化铝而获得的氧化铬-氧化铝催化剂AOK-73-24上进行异丁烷向异丁烯的脱氢。
在工厂中进行测试，反应器直径为4.6m，再生器直径为5.0m。反应器高度为28m。反应器的反应区域中的分隔栅板的数量为12。下分隔栅板的自由截面积为23％。上分隔栅板的自由截面积为40％。
原料的进料空速为165小时-1，上栅板上方的温度为575℃。
实施例6-7。
在通过浸渍包含15重量％的量的Сr2O3的微球氧化铝而获得的氧化铬-氧化铝催化剂AOK-73-24上进行异戊烷向异戊烯的脱氢。
在工厂中进行测试，反应器直径为5.1m，再生器直径为5.1m。反应器高度为22m。反应器的反应区域中的分隔栅板的数量为12。下分隔栅板的自由截面积为20％。上分隔栅板的自由截面积为30％。
原料的进料空速为120小时-1，上栅板上方的温度为550℃。
表1提供了所提出的反应器的操作结果。
如从表中所示的数据可以看出，与现有技术(实施例7)中获得的结果以及使用具有与所要求保护的参数不同的参数的静止栅板(实施例4和5)相比，使用具有所要求保护的参数的静止栅板(实施例第1至3和第6)允许显著提高链烷烃脱氢性能，具体地就通过且分解的原料的量而言烯烃的产量和反应器生产能力。
反应器生产能力(所产生的烯烃的量)增加是由于烯烃产量增加以及反应器中产生的焦炭量减少，由于焦炭沉积物导致的反应器损坏减少以及相应地反应器检修时间减少和排除非预定的停工。
工业应用性。
所提出的反应器可以用于通过相应链烷烃：丙烷、正丁烷、异丁烷和异戊烷的脱氢来进行用于生产丙烯、正丁烯、异丁烯和异戊烯的过程。

Claims (3)

1.一种用于在细粒催化剂的流化床中使C3至C5链烷烃脱氢的反应器，所述反应器包括：立式圆柱形容器(1)；与位于反应器容器(1)底部的原料分配器(6)连通的原料蒸气入口(4)；接触气体出口(5)；循环催化剂入口(2)和循环催化剂出口(3)；将所述催化剂的所述流化床分成区段的分隔栅板，其中所述分隔栅板具有沿反应器高度增加的自由截面积，其特征在于，在下分隔栅板(9)与所述原料分配器(6)之间设置有静止栅板(11)，其中所述静止栅板(11)的自由截面积超过所述下分隔栅板(9)的自由截面积且基于所述容器(1)的截面积为大于25％且小于90％，并且其中所述静止栅板(11)与所述下分隔栅板(9)之间的距离为所述下分隔栅板(9)上方的区段的高度的0.5至2.0倍。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器中的所述分隔栅板按组设置，每组由2至6个栅板组成，其中每组中的所述栅板具有相同的自由截面积并且所述自由截面积沿反应器高度从一个组向另一个组增加。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的反应器，其特征在于，在上分隔栅板(10)的上方设置有静止栅板(12)，其中所述静止栅板(12)的自由截面积超过所述上分隔栅板(10)的自由截面积且基于所述容器(1)的截面积为大于35％且小于90％，并且其中所述静止栅板(12)与所述上分隔栅板(10)之间的距离为所述上分隔栅板(10)下方的区段的高度的1.0至3.0倍。
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