CN111107929B - 将异丁烷脱氢为异丁烯的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于将异丁烷脱氢为异丁烯的系统和方法。该系统包括固定床脱氢反应器。固定床脱氢反应器中的固定反应器床包含催化剂层、适于改善固定反应器床中的流动分布的第一材料、适于改善固定反应器床中的热分布的第二材料和适于改善固定反应器床中的流动分布和热分布的第三材料。第一材料覆盖固定反应器床的催化剂层的顶部、底部和至少一部分侧表面。第二材料和第三材料都均匀地分布在催化剂层中。

Description

将异丁烷脱氢为异丁烯的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年7月31日提交的美国临时专利申请No.62/539,390的优先权的权益，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明总体上涉及烷烃脱氢方法。更具体地，本发明涉及利用固定反应器床使异丁烷脱氢，其中该固定反应器床具有改善的流动分布、改善的热分布和储热能力。
背景技术
异丁烯是用于生产甲基叔丁基醚(MTBE)的中间产品，甲基叔丁基醚是最常用的汽油用辛烷值增强剂之一。通常，异丁烯是通过在固定床脱氢反应器中对异丁烷进行有目的的脱氢来生产的。在脱氢过程中，包含异丁烷的进料流流动通过固定床脱氢反应器的固定催化剂床以形成异丁烯和氢气。在反应运行期间，固定催化剂床的催化剂由于形成在催化剂活性位点上的焦炭而逐渐失活，并且由于吸热脱氢反应从固定催化剂床吸收热量，固定催化剂床的温度连续降低。因此，在反应运行结束时，吹扫固定床脱氢反应器，并且再加热和再生固定催化剂床以除去在其上形成的焦炭并恢复固定催化剂床的温度。
脱氢反应器中的常规固定催化剂床通常包括设置在催化剂层(化学转化材料)的顶部和底部的流动分布材料层。催化剂层通常平行于流动分布材料。包含热分布材料的热分布层设置在催化剂层的中间，与流动分布材料和催化剂层平行。总体而言，存在一些问题影响着常规固定床氢化反应器的效率。首先，用于再生/再加热固定催化剂床的空气/氧气从固定催化剂床的顶部流向催化剂。由于热分布层设置在催化剂层的中部而流动分布层仅位于催化剂层的顶部和底部表面，因此空气/氧气所携带的热量不能在整个固定催化剂床中均匀地分布，从而导致固定催化剂床的加热不均。固定催化剂床中不均匀的热分布会增加催化剂上焦炭的形成并缩短催化剂寿命。其次，由于流动分布层仅位于催化剂层的顶部和底部，限制了固定催化剂床内的烃(包括异丁烷)的流动分布，从而导致沿固定催化剂床长度方向的高压降。总体而言，常规固定床脱氢反应器的反应效率和烃转化率相对较低。在这个领域需要改进。
发明概述
已经发现了一种以提高的异丁烷到异丁烯的转化率使异丁烷脱氢的方法。通过使异丁烷在固定反应器床上发生反应，该固定反应器床包括适于改善流动分布的第一材料、适于改善热分布的第二材料和适于改善流动分布和热分布的第三材料，固定催化剂床的温度更均匀，并且异丁烷/异丁烯流更均匀地分布于固定催化剂床。因此，可以减少在催化剂上的焦炭形成，并且可以增加催化剂寿命，从而降低异丁烷脱氢的运行成本。
本发明的实施方案包括将异丁烷(C4H10)脱氢为异丁烯(C4H8)的方法。该方法包括以下步骤：在足以将异丁烷脱氢为异丁烯的反应条件下，使包含异丁烷的烃进料流流动通过固定反应器床。固定反应器床包含：适于促进异丁烷脱氢为异丁烯的催化剂；第一材料，其适于改善流动分布，使得烃进料流在反应器的平面截面处的中心和边缘流动的时间差为0.1秒至10秒；第二材料，其适于改善热分布，使得反应器床中第一位置处的温度与第二位置处的温度之差不超过60℃，以及使异丁烯从固定反应器床中流出。
本发明的实施方案包括将异丁烷(C4H10)脱氢为异丁烯(C4H8)的方法。该方法包括在足以将异丁烷脱氢为异丁烯的反应条件下使包含异丁烷的烃进料流流动通过固定反应器床。固定反应器床包含适于促进异丁烷脱氢为异丁烯的催化剂。固定反应器床还包含第一材料，其适于改善流分布，使得烃进料流在反应器的平面截面处的中心和边缘流动的时间差为0.1秒至10秒。固定反应器床还包含第二材料，其适于改善热分布，使得反应器床中第一位置处的温度与第二位置处的温度之差不超过50℃。固定反应器床还包含第三材料，其对于使异丁烷脱氢为异丁烯而言是惰性的。该方法还包括使异丁烯从固定反应器床中流出。
本发明的实施方案包括将异丁烷(C4H10)脱氢为异丁烯(C4H8)的方法。该方法包括在足以将异丁烷脱氢为异丁烯的反应条件下使包含异丁烷的烃进料流流动通过固定反应器床。固定反应器床包含适于促进异丁烷脱氢为异丁烯的铬基催化剂。固定反应器床还包含第一材料，其适于改善流动分布，使得烃进料流在反应器的平面截面处的中心和边缘流动的时间差为0.1秒至10秒。固定反应器床还包含第二材料，其适于改善热分布，使得反应器床中第一位置处的温度与第二位置处的温度之差不超过50℃。固定反应器床还包含第三材料，其对于使异丁烷脱氢为异丁烯而言是惰性的。该方法还包括使异丁烯从固定反应器床中流出。该方法还包括使异丁烯与甲醇反应以形成甲基叔丁基醚(MTBE)。
本发明的实施方案包括用于使烃脱氢的固定床反应器。固定床反应器包含反应器壳体。固定床反应器还包含设置在反应器壳体中的固定反应器床。固定反应器床包含适于促进异丁烷脱氢为异丁烯的催化剂。固定反应器床还包含第一材料，其适于改善流动分布，使得烃进料流在反应器的平面截面处的中心和边缘流动的时间差为0.1秒至10秒。固定反应器床还包含第二材料，其适于改善热分布，使得反应器床中第一位置处的温度与第二位置处的温度之差不超过50℃。固定反应器床还包含第三材料，其对于使异丁烷脱氢为异丁烯而言是惰性的。固定床反应器还包含设置在反应器壳体上的烃入口，其中所述烃入口适于将烃进料流和/或再生气体接收到反应器壳体中。固定床反应器还包含设置在反应器壳体的与烃入口相反侧的出口，其中所述出口适于从反应器壳体排出产物流。
以下内容包括了在本说明书全文所使用的各种术语和短语的定义。
术语“约”或“大约”定义为本领域普通技术人员所理解的接近于。在一个非限制性实施方案中，该术语定义为在10％以内，优选在5％以内，更优选在1％以内，最优选在0.5％以内。
术语“重量％”、“体积％”或“摩尔％”分别指基于包含成分的材料的总重量、总体积或总摩尔的成分的重量百分数、体积百分数或摩尔百分数。在非限制性实例中，100摩尔材料中10摩尔成分是10摩尔％的成分。
术语“基本上”及其变体定义为包括在10％以内、5％以内、1％以内、或0.5％以内的范围。
当在权利要求和/或说明书中使用术语“抑制”或“减少”或“防止”或“避免”或这些术语的任何变体时，包括为了实现预期结果的任何可测量的减少或完全的抑制。
如本说明书和/或权利要求中所使用的术语，术语“有效”指足以实现期望的、预期的或所需的结果。
如本说明书和/或权利要求中所使用的术语，术语“热稳定”是指至少在500℃至750℃的温度范围内保持化学和物理学上不变。
当在权利要求或说明书中与术语“包含”、“包括”、“含有”或“具有”一起使用时，要素前面不使用数量词可以指“一个”，但是其也符合“一个或更多个”、“至少一个”和“一个或多于一个”的含义。
词语“包括”、“具有”、“包含”或“含有”是包括性的或开放式的，并不排除另外的未叙述的要素和方法步骤。
本发明的方法可以“包含”在本说明书全文所公开的特定组分、成分、组合物等，“基本上由”或“由”在本说明书全文所公开的特定组分、成分、组合物等“组成”。
在本发明的上下文中，现在描述至少二十个实施方案。实施方案1是一种将异丁烷(C4H10)脱氢为异丁烯(C4H8)的方法。该方法包括以下步骤：在足以将异丁烷脱氢为异丁烯的反应条件下，使包含异丁烷的烃进料流流过固定反应器床，其中固定反应器床包含：适于促进异丁烷脱氢为异丁烯的催化剂；第一材料，其适于改善流动分布，使得烃进料流在反应器的平面截面处的中心和边缘流动的时间差为0.1秒至10秒；第二材料，其适于改善热分布，使得反应器床中第一位置处的温度与第二位置处的温度之差不超过60℃；和第三材料，其对于使异丁烷脱氢为异丁烯而言是惰性的，以及使异丁烯从固定反应器床中流出。实施方案2是实施方案1的方法，其进一步包括使异丁烯与甲醇反应以形成甲基叔丁基醚(MTBE)。实施方案3是实施方案1和2中任一项所述的方法，其中反应条件包括500℃至700℃的反应温度。实施方案4是实施方案1至3中任一项所述的方法，其中反应条件包括0.02巴至0.9巴的反应压力。实施方案5是实施方案1至4中任一项所述的方法，其中所述催化剂选自铬氧化物、铂、铂-锡及其组合。实施方案6是实施方案1至5中任一项所述的方法，其中所述烃进料流在反应器的平面截面处的中心和边缘流动的时间差为1秒至5秒。实施方案7是实施方案1至6中任一项所述的方法，其中适于改善流动分布的第一材料包括在所述固定反应器床中与第二材料和第三材料预混合的固体热稳定惰性材料。实施方案8是实施方案7所述的方法，其中所述热稳定惰性材料选自Al、Si、Ti、Zr、Zn、Ce、Mg、Ca、La、Cs、Ba的氧化物或碳化物、及其组合。实施方案9是实施方案1至8中任一项所述的方法，其中所述第一材料的粒径为5mm至35mm，并且几何形状大致为球形(形状)。实施方案10是实施方案1至9中任一项所述的方法，其中所述第一材料的热导率为0.05W/m/K至5W/m/K，并且绝对孔隙率为0至0.3(-)。实施方案11是实施方案1至10中任一项所述的方法，其中适于改善热分布的第二材料包括导热材料和/或绝热材料。实施方案12是实施方案11所述的方法，其中所述导热材料选自：Al、Si、Ti、Zr、Zn、Ce、Mg、Ca、La、Cu、Au、Sn、Fe、W、Ni、Co、Cs、Ba的金属或氧化物、其合金及其组合，所述绝热材料选自Al、Si、Ti、Zr、Zn、Ce、Mg、Ca、La、Cs、Ba的氧化物或碳化物、及其组合。实施方案13是实施方案1至12中任一项所述的方法，其中所述第二材料适于在至少8分钟内保持其温降小于40℃。实施方案14是实施方案1至13中任一项所述的方法，其中所述第二材料的粒径为2mm至15mm，并且几何形状大致为圆柱形(形状)。实施方案15是实施方案1至14中任一项所述的方法，其中所述第二材料的热导率为0.4W/m/K至200W/m/K，并且绝对孔隙率为0至0.5(-)。实施方案16是实施方案1至15中任一项所述的方法，其中所述第三材料包括非反应性材料，所述非反应性材料适于增加所述固定反应器床中的流动分布和热分布。实施方案17是实施方案16所述的方法，其中所述第三材料包括Al、Si、Ti、Zr、Zn、Ce、Mg、Ca、La、Cs、Ba的氧化物或碳化物、或其组合。实施方案18是实施方案1至17中任一项所述的方法，其中异丁烷的转化率为45至60％。实施方案19是实施方案1至18中任一项所述的方法，其中使所述烃进料流流动不包括将硫注入到所述固定反应器床中。
实施方案20是用于使烃脱氢的固定床反应器。固定床反应器包含：反应器壳体；固定反应器床，其包含适于促进异丁烷脱氢为异丁烯的催化剂；第一材料，其适于改善流动分布，使得烃进料流在反应器的平面截面处的中心和边缘流动的时间差为0.1秒至10秒；第二材料，其适于改善热分布，使得反应器床中第一位置处的温度与第二位置处的温度之差不超过60℃；和第三材料，其对于使异丁烷脱氢为异丁烯而言是惰性的；设置在所述反应器壳体的一侧上的烃入口，其中所述烃入口适于将烃进料流和/或再生气体接收到所述反应器壳体中；和设置在反应器壳体与设置有烃入口的一侧相反的一侧的出口，其中所述出口适于从所述反应器壳体排出产物流。
本发明的其他目的、特征和优点通过以下附图、详细描述和实施例将会变得明显。然而，应理解，在表明本发明的具体实施方案时，附图、详细描述和实施例仅以举例说明的方式给出并不表示限制。另外，期望通过该详细描述，本发明的精神和范围内的变化和修改对于本领域技术人员将会变得明显。在其他实施方案中，来自具体实施方案的特征可以与来自其他实施方案的特征组合。例如，来自一个实施方案的特征可以与来自任何其他实施方案的特征组合。在其他实施方案中，可以向本文所描述的具体实施方案增加其他特征。
附图说明
为了更完整地理解，现在结合附图并参考以下描述，其中：
图1显示根据本发明实施方案的固定床脱氢反应器的示意图；
图2显示根据本发明实施方案的具有改善的热分布和改善的流动分布的固定反应器床的示意图；和
图3显示根据本发明的实施方案的使异丁烷脱氢以形成异丁烯的方法的示意性流程图。
具体实施方式
已经发现了一种使异丁烷脱氢为异丁烯的方法。通过使用适于改善固定反应器床的流动分布的第一材料、适于改善固定反应器床的热分布的第二材料和适于改善固定反应器床的流动分布和热分布的第三材料，可以抑制催化剂上焦炭形成，并且可以改善催化剂寿命，从而提高异丁烷的转化率并降低异丁烷脱氢的运行成本。
参见图1，显示根据本发明的实施方案的用于将异丁烷脱氢以形成异丁烯的固定床脱氢单元100的示意图。脱氢单元100可以包含固定床反应器101。在本发明的实施方案中，固定床反应器101可以包含反应器壳体102。反应器壳体102可以是圆柱形的。根据本发明的实施方案，固定床反应器101可以包含设置在反应器壳体102中的固定反应器床103。固定床反应器101还可以包含设置在反应器壳体102上的烃入口104。烃入口104可配置成在反应运行期间将烃进料流11接收到反应器壳体102中。根据本发明的实施方案，烃入口104可以进一步配置成在催化剂再生期间将再生气体流12接收到反应器壳体102中。
在本发明的实施方案中，固定床反应器101还可以包含出口105，其设置在反应器壳体102与烃入口104相反的一侧。出口105可配置为在反应运行期间排出产物流13。出口105还可以配置成排出来自催化剂再生的废气。在本发明的实施方案中，烃进料流11的烃可包含异丁烷。再生气体流12可以包含氧气和/或空气。在本发明的实施方案中，再生气体流12还可以包含稀释剂，其中不同浓度的稀释剂产生不同浓度的氧气。在本发明的实施方案中，稀释剂可包括氮、蒸汽、烟道气或其组合。
根据本发明的实施方案，脱氢单元100还可以包含设置在烃入口104上游的进料加热器106。进料加热器106可以配置为将烃进料流11加热至反应温度。脱氢单元100还可以包含再生气体加热器107，其配置为将再生气体流12加热至再生温度。在本发明的实施方案中，压缩和回收单元108可以设置在出口105的下游。压缩和回收单元108可以配置为将产物流13分离成纯化的烯烃(异丁烯)和再循环流14，其包含未反应的烃(异丁烷)。
图2示出了固定反应器床103的示意图。在本发明的实施方案中，固定反应器床103可包含催化剂201(化学转化材料)，其适于促进异丁烷脱氢为异丁烯。催化剂201可包括铂、铂-锡、铬氧化物或其组合。在本发明的实施方案中，催化剂201可以负载在包括氧化铝、二氧化硅、碳或其组合的载体材料上。
根据本发明的实施方案，固定反应器床103还可以包含第一材料202(流动分布材料)，该第一材料202适于改善流动分布，使得烃进料流11在固定床反应器101的平面截面处的中心和边缘流动的时间差为0.1秒至10秒。优选地，烃进料流在反应器的平面截面处的中心和边缘流动的时间差为0.1秒至5秒，以及它们之间的所有范围和值，包括1秒、2秒、3秒、4秒和5秒。
在本发明的实施方案中，第一材料202可以包括固体热稳定惰性材料。示例性的固体热稳定惰性材料可包括但不限于Al(铝)、Si(硅)、Ti(钛)、Zr(锆)、Zn(锌)、Ce(铈)、Mg(镁)、Ca(钙)、La(镧)、Cs(铯)、Ba(钡)的氧化物或碳化物。前述氧化物或碳化物的固体可以具有大致为球形、圆柱形、环形、不规则形状或其组合的形状。在本发明的实施方案中，第一材料202的粒径可以为5mm至35mm，以及它们之间的所有范围和值，包括5mm至7mm，7mm至9mm，9mm至11mm，11mm至13mm，13mm至15mm，15mm至17mm，17mm至19mm，19mm至21mm，21mm至23mm，23mm至25mm，25mm至27mm，27mm至29mm，29mm至31mm，31mm至33mm和33mm至35mm。在本发明的实施方案中，第一材料202的颗粒可以大致为球形的。根据本发明的实施方案，第一材料202的热导率可以为0.05W/m/K至50W/m/K，以及它们之间的所有范围和值，包括0.05W/m/K至0.10W/m/K、0.10W/m/K至0.20W/m/K、0.20W/m/K至0.30W/m/K、0.30W/m/K至0.40W/m/K、0.40W/m/K至0.50W/m/K、0.50W/m/K至0.60W/m/K、0.60W/m/K至0.70W/m/K、0.70W/m/K至0.80W/m/K、0.80W/m/K至0.90W/m/K、0.90W/m/K至1.0W/m/K、1.0W/m/K至5W/m/K、5W/m/K至10W/m/K、10W/m/K至15W/m/K、15W/m/K至20W/m/K、20W/m/K至25W/m/K、25W/m/K至30W/m/K、30W/m/K至35W/m/K、35W/m/K至40W/m/K、40W/m/K至45W/m/K和45W/m/K至50W/m/K。在本发明的实施方案中，第一材料202的绝对孔隙率为0至0.3(-)，以及它们之间的所有范围和值，包括0.05至0.10、0.10至0.15、0.15至0.20、0.20至0.25和0.25至0.30。
根据本发明的实施方案，固定反应器床103可以进一步包括第二材料203(热分布材料)，其适于改善固定反应器床103中的热分布，使得反应器床中第一位置处的温度与第二位置处的温度之差不超过50℃。在本发明的实施方案中，第二材料203可以包括导热材料和/或绝热材料。导热材料的非限制性示例可以包括Al(铝)、Si(硅)、Ti(钛)、Zr(锆)、Zn(锌)、Ce(铈)、Mg(镁)、Ca(钙)、La(镧)、Cs(铯)、Ba(钡)、Cu(铜)、Cu(金)、Sn(锡)、Fe(铁)、W(钨)、Ni(镍)、Co(钴)的金属、或氧化物、其合金及其组合。在本发明的实施方案中，绝热材料的非限制性示例可以包括(铝)、Si(硅)、Ti(钛)、Zr(锆)、Zn(锌)、Ce(铈)、Mg(镁)、Ca(钙)、La(镧)、Cs(铯)、Ba(钡)的氧化物或碳化物及其组合。根据本发明的实施方案，导热材料和绝热材料可以大致为球形、圆柱形、环形、不规则形状、颗粒形状或其组合。在一些更具体的实施方案中，第二材料203的实例可包括但不限于基于氧化铝的球、圆柱体、环、不规则形状、颗粒及其组合。
在本发明的实施方案中，第二材料203可适于维持热量至少8分钟(即，在至少8分钟内温降小于40℃)。根据本发明的实施方案，第二材料203的粒径可为2mm至15mm，以及它们之间的所有范围和值，包括2mm至3mm、3mm至4mm、4mm至5mm、5mm至6mm、6mm至7mm、7mm至8mm、8mm至9mm、9mm至10mm、10mm至11mm、11mm至12mm、12mm至13mm、13mm至14mm和14mm至15mm。第二材料203的颗粒可以是大致圆柱形的。在本发明的实施方案中，第二材料203的热导率可以是0.4W/m/K到200W/m/K，以及它们之间的所有范围和值，包括0.4W/m/K至0.5W/m/K、0.5W/m/K至0.6W/m/K、0.6W/m/K至0.7W/m/K、0.7W/m/K至0.8W/m/K、0.8W/m/K至0.9W/m/K、0.9W/m/K至1.0W/m/K、1.0W/m/K至10W/m/K、10W/m/K至20W/m/K、20W/m/K至30W/m/K、30W/m/K至40W/m/K、40W/m/K至50W/m/K、50W/m/K至60W/m/K、60W/m/K至70W/m/K、70W/m/K至80W/m/K、80W/m/K至90W/m/K、90W/m/K至100W/m/K、100W/m/K至110W/m/K、110W/m/K至120W/m/K、120W/m/K至130W/m/K、130W/m/K至140W/m/K、140W/m/K至150W/m/K、150W/m/K至160W/m/K、160W/m/K至170W/m/K、170W/m/K至180W/m/K、180W/m/K至190W/m/K和190W/m/K至200W/m/K。第二材料203的绝对孔隙率可以为0至0.5(-)，以及它们之间的所有范围和值，包括0.05至0.10、0.10至0.15、0.15至0.20、0.20至0.25、0.25至0.30、0.30至0.35、0.35至0.40、0.40至0.45和0.45至0.50。
根据本发明的实施方案，固定反应器床103还可包括对于异丁烷脱氢为异丁烯而言是惰性的第三材料204(惰性材料)。在本发明的实施方案中，第三材料204可以包括非反应性材料，其适于增加固定反应器床103中的流动分布和热分布。第三材料204的非限制性示例可以包括(铝)、Si(硅)，Ti(钛)、Zr(锆)、Zn(锌)、Ce(铈)、Mg(镁)、Ca(钙)、La(镧)，Cs(铯)、Ba(钡)的氧化物或碳化物、及其组合。第三材料204可以是大致球形、圆柱形、环形、不规则形状、颗粒形状或其组合。在一些更具体的实施方案中，第三材料204的实例可以包括但不限于氧化铝球、氧化铝圆柱体、氧化铝环、氧化铝不规则形状及其组合。
在本发明的实施方案中，催化剂201可以形成催化剂层。适于改善固定反应器床103的流动分布的第一材料202可以分别形成设置在催化剂层的顶部和底部的顶层和底层。根据本发明的实施方案，第一材料202的顶层可以延伸以覆盖催化剂层的侧表面的顶部。根据本发明的实施方案，适于改善固定反应器床103的热分布的第二材料203的颗粒可以基本上均匀地分布在催化剂层中。在本发明的实施方案中，第三材料204的颗粒可以基本上均匀地分布在催化剂层中。
图3显示根据本发明的实施方案的用于使异丁烷脱氢以形成异丁烯的方法300。方法300可以通过如图1所示的脱氢单元100和如图2所示的固定反应器床103实施。在本发明的实施方案中，如方框301所示，方法300可包括在足以使异丁烷脱氢形成异丁烯的反应条件下，使包含异丁烷的烃进料流11流动通过固定反应器床103。
在本发明的实施方案中，方框301的反应条件可以包括反应温度为500℃至700℃以及它们之间的所有范围和值，包括500℃至510℃、510℃至520℃、520℃至530℃、530℃至540℃、540℃至550℃、550℃至560℃、560℃至570℃、570℃至580℃、580℃至590℃、590℃至600℃、600℃至610℃、610℃至620℃、620℃至630℃、630℃至640℃、640℃至650℃、650℃至660℃、660℃至670℃、670℃至680℃、680℃至690℃和690℃至700℃。方框301的反应条件还包括反应压力为0.02巴至0.9巴，以及它们之间的所有范围和值，包括0.02巴至0.03巴、0.03巴至0.04巴、0.04巴至0.05巴、0.05巴至0.06巴、0.06巴至0.07巴、0.07巴至0.08巴、0.08巴至0.09巴、0.09巴至0.10巴、0.10巴至0.20巴、0.20巴至0.30巴、0.30巴至0.40巴、0.40巴至0.50巴、0.50巴至0.60巴、0.60巴至0.70巴、0.70巴至0.80巴和0.80巴至0.90巴。方框301中的反应条件可以还包括烃进料流11的气时空速为0.3hr-1至1.2hr-1，以及它们之间的所有范围和值，包括0.3hr-1、0.4hr-1、0.5hr-1、0.6hr-1、0.7hr-1、0.8hr-1、0.9hr-1、1.0hr-1、1.1hr-1、1.2hr-1和1.3hr-1。根据本发明的实施方案，方法300可以还包括使异丁烯从固定反应器床103中流出，如方框302所示。从固定反应器床103流出的异丁烯可以流至压缩和回收单元108以形成纯化的异丁烯。在本发明的实施方案中，在方框301中异丁烷到异丁烯的转化率可以为45％至60％，以及它们之间的所有范围和值，包括45％至46％、46％至47％、47％至48％、48％至49％、49％至50％、50％至51％、51％至52％、52％至53％、53％至54％、54％至55％、55％至56％、56％至57％、57％至58％、58％至59％或59％至60％。
在本发明的实施方案中，方法300还可以包括在足以去除于催化剂201上形成的焦炭并将固定反应器床103加热至目标温度的再生条件下使固定反应器床102再生，如方框303所示。在本发明的实施方案中，目标温度可以为500℃至700℃，以及它们之间的所有范围和值，包括500℃至510℃、510℃至520℃、520℃至530℃、530℃至540℃、540℃至550℃、550℃至560℃、560℃至570℃、570℃至580℃、580℃至590℃、590℃至600℃、600℃至610℃、610℃至620℃、620℃至630℃、630℃至640℃、640℃至650℃、650℃至660℃、660℃至670℃、670℃至680℃、680℃至690℃和690℃至700℃。根据本发明的实施方案，再生可包括使再生气体流过固定反应器床103。再生气体的实例可包括但不限于空气、氧气、燃料及其组合。再生条件可以包括再生气体的温度为550至750℃，以及它们之间的所有范围和值，包括550℃至560℃、560℃至570℃、570℃至580℃、580℃至590℃、590℃至600℃、600℃至610℃、610℃至620℃、620℃至630℃、630℃至640℃、640℃至650℃、650℃至660℃、660℃至670℃、670℃至680℃、680℃至690℃、690℃至700℃、700℃至710℃、710℃至720℃、720℃至730℃、730℃至740℃和740℃至750℃。再生条件还可以包括再生压力为0.3至2.5巴以及它们之间的所有范围和值，包括0.3巴至0.4巴、0.4巴至0.5巴、0.5巴至0.6巴、0.6巴至0.7巴、0.7巴至0.8巴、0.8巴至0.9巴、0.9巴至1.0巴、1.0巴至1.1巴、1.1巴至1.2巴、1.2巴至1.3巴、1.3巴至1.4巴、1.4巴至1.5巴、1.5巴至1.6巴、1.6巴至1.7巴、1.7巴至1.8巴、1.8巴至1.9巴、1.9巴至2.0巴、2.0巴至2.1巴、2.1巴至2.2巴、2.2巴至2.3巴、2.3巴至2.4巴和2.4巴至2.5巴。方框303处的再生气体的气时空速可以为每小时0.3至5h-1以及它们之间的所有范围和值，包括0.3hr-1、0.4hr-1、0.5hr-1、0.6hr-1、0.7hr-1、0.8hr-1、0.9hr-1、1.0hr-1、1.1hr-1、1.2hr-1、1.3hr-1、1.4hr-1、1.5hr-1、1.6hr-1、1.7hr-1、1.8hr-1、1.9hr-1、2.0hr-1、2.1hr-1、2.2hr-1、2.3hr-1、2.4hr-1、2.5hr-1、2.6hr-1、2.7hr-1、2.8hr-1、2.9hr-1、3.0hr-1、3.1hr-1、3.2hr-1、3.3hr-1、3.4hr-1、3.5hr-1、3.6hr-1、3.7hr-1、3.8hr-1、3.9hr-1、4.0hr-1、4.1hr-1、4.2hr-1、4.3hr-1、4.4hr-1、4.5hr-1、4.6hr-1、4.7hr-1、4.8hr-1和4.9hr-1。根据本发明的实施方案，可以重复方框301至303。
如上所述，固定反应器床103可以包括适于改善固定反应器床103中的流动分布的第一材料202，适于改善固定反应器床103中的热分布的第二材料203和适于改善固定反应器床103中的流动分布和热分布的第三材料204。在本发明的实施方案中，方法300可以不包括在固定反应器床103中注入硫，从而消除了烯烃产物(例如异丁烯)中的硫污染。此外，在本发明的实施方案中，催化剂201的催化剂寿命可以为6至48个月以及它们之间的所有范围和值，包括6至12个月、12至18个月、18至24个月、24至30个月、30至36个月、36至42个月和42至48个月。方框301的反应持续时间可以为4分钟至12分钟以及它们之间的所有范围和值，包括5分钟、6分钟、7分钟、8分钟、9分钟、10分钟和11分钟。可以重复方框301至303至少55000个循环。在本发明的实施方案中，方法300可以包括使异丁烯与甲醇反应以形成甲基叔丁基醚(MTBE)，如方框304所示。
总之，本发明的实施方案涉及用于使异丁烷脱氢以形成异丁烯的系统和方法。该系统中的固定反应器床可包括用于改善固定反应器床中的流动分布的第一材料，适于改善固定反应器床的热分布的第二材料以及适于改善固定反应器床的流动分布和热分布的惰性材料。通过将第一材料设置在固定反应器床的催化剂层的顶部、底部和侧表面上，可以改善固定反应器床中的流动分布。通过使第二材料和惰性材料均匀地分布在整个催化剂层中，可以改善固定床反应器中的热分布，并且可以进一步改善固定反应器床中的流动分布，从而提高异丁烷的转化率并增加固定反应器床的催化剂寿命。
尽管已经参考图3的方框描述了本发明的实施方案，应当理解，本发明的操作不限于图3所示的特定方框和/或方框的特定顺序。因此，本发明的实施方案可以使用以不同于图3的顺序的各种方框来提供如本文所述的功能。
尽管已经详细描述了本申请的实施方案及其优点，但应理解，可以在不偏离如所附权利要求限定的实施方案的精神和范围的情况下进行各种改变、替换和修改。此外，本申请的范围不旨在限于说明书中所描述的工艺、设备、制造、物质组合物、手段、方法和步骤的具体实施方案。本领域普通技术人员由本公开会容易地想到，可以使用与本文描述的相应实施方案执行基本相同的功能或实现基本相同的结果的当前存在的或将被开发的工艺、设备、制造、物质组合、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些工艺、设备、制造、物质组合物、手段、方法或步骤包括在它的范围内。

Claims (15)

1.一种将异丁烷(C4H10)脱氢为异丁烯(C4H8)的方法，所述方法包括：
在足以将异丁烷脱氢为异丁烯的反应条件下，使包含异丁烷的烃进料流流动通过固定反应器床，其中固定反应器床包含：
适于促进异丁烷脱氢为异丁烯的催化剂；
第一材料，其包括热稳定惰性材料，适于改善流动分布，使得所述烃进料流在反应器的平面截面处的中心和边缘流动的时间差为0.1秒至10秒；和
第二材料，其包括导热材料和/或绝热材料，适于改善热分布，使得反应器床中第一位置处的温度与第二位置处的温度之差不超过50℃；
使包含异丁烯的产物流从所述固定反应器床中流出；和
在压缩和回收单元中将产物流分离成纯化的异丁烯流和再循环流，其中再循环流包含未反应的异丁烷；
其中所述第一材料的热导率为0.05W/m/K至5W/m/K，并且绝对孔隙率为0至0.3；和
其中所述热稳定惰性材料选自Al、Si、Ti、Zr、Zn、Ce、Mg、Ca、La、Cs、Ba的氧化物或碳化物及其组合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一材料包含碳化物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一材料包含氧化物。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一材料的粒径为5mm至35mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂选自铬氧化物、铂、铂-锡及其组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一材料的粒径为19mm至35mm，所述第二材料的粒径为2mm至15mm。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂包括铂。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二材料包含选自Al、Si、Ti、Zr、Zn、Ce、Mg、Ca、La、Cs、Ba、Cu、Au、Sn、Fe、W、Ni、Co的金属或氧化物、其合金及其组合的导热材料。
9.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一材料大致为球形。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一材料的热导率为0.05W/m/K，并且绝对孔隙率为0.3。
11.根据权利要求1所述的方法，其中适于改善热分布的第二材料包括绝热材料。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述固定反应器床还包含对于将异丁烷脱氢为异丁烯而言是惰性的第三材料。
13.根据权利要求1所述的方法，其中导热材料选自Al、Si、Ti、Zr、Zn、Ce、Mg、Ca、La、Cu、Au、Sn、Fe、W、Ni、Co、Cs、Ba的金属或氧化物、其合金及其组合。
14.根据权利要求12所述的方法，其中适于改善流动分布的第一材料包括在所述固定反应器床中与第二材料和第三材料预混合的固体热稳定惰性材料，和
其中所述热稳定惰性材料选自Zn、Al、Si、Ti、La的氧化物或碳化物及其组合。
15.一种用于通过根据权利要求1所述的方法使烃脱氢的固定床反应器，所述固定床反应器包括：
反应器壳体；
固定反应器床，其包含适于促进异丁烷脱氢为异丁烯的催化剂；
第一材料，其包括固体热稳定惰性材料，适于改善流动分布，使得烃进料流在反应器的平面截面处的中心和边缘流动的时间差为0.1秒至10秒；和
第二材料，其包括导热材料和/或绝热材料，适于改善热分布，使得反应器床中第一位置处的温度与第二位置处的温度之差不超过50℃；
烃入口，其设置在反应器壳体的一侧上，其中所述烃入口适于将烃进料流接收到反应器壳体中；和
出口，其设置在反应器壳体与设置有烃入口的一侧相反的一侧，其中所述出口适于从所述反应器壳体排出产物流。
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