CN112209796A - 烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明关于烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统及方法，其包括催化脱氢反应区和催化裂解反应区，其中催化脱氢反应区内并联设置有至少两台装有催化脱氢催化剂的固定床反应器，催化裂解反应区内并联设置有至少两台装有催化裂解催化剂的固定床反应器；在系统运行的任一时刻，上述两个反应区各有至少一台反应器在反应，整个反应系统至少有一台反应器在再热，无或仅有一台反应器进行吹扫或抽空/还原。本发明以多种烷烃为原料，将烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解工艺巧妙地组合在一个反应系统，生产多种烯烃，一套装置完成烷烃催化脱氢制烯烃和轻烃催化裂解制烯烃的双重功能，从而实现原料和产品的多元化，并降低装置投资。

Description

烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统和方法，属于石油化工工艺领域。
背景技术
近年来，随着烯烃产品需求量增大，除传统的乙烯工业外，烷烃催化脱氢制烯烃技术得到长足发展，同时轻烃催化裂解制烯烃技术也日益受到国内外的重视，已成为全球石油化工发展的一个重要课题。
由于烷烃催化脱氢制烯烃和轻烃催化裂解制烯烃技术的复杂性以及投资较高，使得其效益规模均在30万吨烯烃/年以上，按其烯烃收率，则需要丙烷、丁烷35万吨/年或C4～C6组分50万吨/年以上的原料，这对于中小企业会构成一定的原料供给压力。
在烷烃催化脱氢制烯烃方面，Lummus公司以实现C3和C4烷烃的联合催化脱氢(CN201510895549)，在一套装置上实现了原料和产品的多元化，但原料仅限于丙烷和丁烷和产品仅限于丙烯和丁烯，无法有效解决企业在在制烯烃时面临的原料供给不足的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种催化脱氢与催化裂解联合生产烯烃的方法和系统，使其以多种烷烃为原料，将催化脱氢与裂解工艺巧妙地组合在一个反应系统，生产多种烯烃，一套装置完成催化脱氢制烯烃和催化裂解制烯烃的双重功能，从而实现原料和产品的多元化，并降低装置投资。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统，其包括催化脱氢反应区和催化裂解反应区，其中催化脱氢反应区内并联设置有至少两台装有催化脱氢催化剂的固定床反应器，催化裂解反应区内并联设置有至少两台装有催化裂解催化剂的固定床反应器；在系统运行的任一时刻，上述两个反应区各有至少一台反应器在反应，整个反应系统至少有一台反应器在再热，无或仅有一台反应器进行吹扫或抽空/还原。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。
前述的烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统，其中所述的反应器均具有周期相同的反应—吹扫—再热—抽空/还原循环。
前述的烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统，其中所述的催化脱氢产物和催化裂解产物进入共同的产品回收和分离系统，并将分离系统分离出的未反应的原料和另一反应区反应产生的原料组分、作为催化脱氢或催化裂解的循环原料。
前述的烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统，其中所述的催化脱氢新鲜和由产品分离系统分离出的循环原料一起经催化脱氢原料换热器和加热炉后，进入处于反应阶段的催化脱氢反应器；催化裂解新鲜和由产品分离系统分离出的循环原料一起经裂解原料换热器和加热炉后，进入处于反应阶段的催化裂解反应器；出催化脱氢反应器和催化裂解反应器的各自反应产物混合后，与原料换热后进入后续的共用冷却、压缩、产品分离和回收系统。
前述的烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统，其中所述催化脱氢和催化裂解反应区的各个反应器共用一套吹扫、再热和抽空/还原设施。
前述的烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统，其中所述出各反应器的再热烟气和抽空物全部或部分合并后经能量回收系统后排放至烟囱。
前述的烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统，其中所述催化脱氢的原料为丙烷、异丁烷和正丁烷中的至少一种，催化脱氢产物为丙烯、异丁烯或正丁烯和丁二烯的至少一种。
前述的烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统，其中所述催化裂解的原料为C4、C5和C6组分中的至少一种，催化裂解产物均含有乙烯、丙烯、丁烯和汽油馏分。
前述的烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统，其中：所述反应器的循环过程具有时间相同的循环周期(15～30分钟)、再热介质温度(620～660℃)、再生介质供给和再热时间(6～20分钟)：所述催化脱氢反应器上层的温度初、末期在570～590℃之间，下层的温度初、末期在560～580℃之间；催化裂解反应器上层的温度初、末期在590～620℃之间，下层的温度初、末期在580～600℃之间，反应器反应产物出口温度，催化脱氢在550～570℃之间，催化裂解在570～600℃之间。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种生产烯烃的方法，包括：使丙烷、异丁烷和正丁烷中的至少一种在包括至少两台并联反应器的催化脱氢反应区脱氢以生产包括丙烯、异丁烯或正丁烯和丁二烯中至少一种的催化脱氢产物；使C4、C5和C6组分中的至少一种在包括至少两台并联反应器的催化裂解反应区裂解以生产包括乙烯、丙烯、丁烯和汽油馏分的催化裂解产物；上述反应器均具有共同的反应—吹扫—再热—抽空/还原循环周期，且在该循环周期内的任一时刻，上述两个反应区各有至少一台反应器在反应，整个反应系统至少有一台反应器在再热；无或仅有一台反应器进行吹扫或抽空/还原；上述催化脱氢产物和催化裂解产物汇合进入共同的产品回收和分离系统，并将分离系统分离出的相应产物作为催化脱氢或催化裂解的循环原料再次送回反应器内。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：
由于烷烃催化脱氢制烯烃和轻烃催化裂解制烯烃技术的复杂性以及投资较高，使得其效益规模均在30万吨烯烃/年以上，按其烯烃收率，则需要丙烷、丁烷35万吨/年或C4～C6组分50万吨/年以上的原料，这对于中小企业会构成一定的原料供给压力，如二者共同作为原料，则各自的供给压力大为降低。另一方面，即使对于效益规模以上装置，如同时有烷烃催化脱氢制烯烃和轻烃催化裂解制烯烃的需求，联合后的一套装置投资比独立的两套装置大为降低。
本发明将轻烃催化裂解制烯烃采用间歇固定床反应器、并与烷烃催化脱氢制烯烃有机结合，利用多台间歇固定床反应器并联的特点，实现除反应系统以外的再生、产品分离和回收系统的共用，以及二者的副产品相互作为额外的原料，从而降低原料供给压力和装置投资。
本发明以多种烷烃为原料，将烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解工艺巧妙地组合在一个反应系统，生产多种烯烃，一套装置完成烷烃催化脱氢制烯烃和轻烃催化裂解制烯烃的双重功能，从而实现原料和产品的多元化，并降低装置投资。
附图说明
图1为本发明一种催化脱氢与催化裂解联合生产烯烃系统的组成示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1，其为本发明烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统的组成结构示意图，该系统包括催化脱氢反应区和催化裂解反应区，其中所述催化脱氢反应区内含至少两台并联且装有催化脱氢催化剂的固定床反应器，催化裂解反应区内含至少两台并联且装有催化裂解催化剂的固定床反应器；催化脱氢反应器和催化裂解反应器具有反应—吹扫—再热—抽空/还原的相同循环。在系统运行的任一时刻，所述催化脱氢和催化裂解两个反应区同时各有至少一台反应器在反应，整个反应系统同时至少有一台反应器在再热；催化脱氢原料在催化脱氢反应区产生催化脱氢产物，催化裂解原料在催化裂解反应区产生裂解产物；催化脱氢产物和催化裂解产物进入共同的产品回收和分离系统，从而得到多种烯烃或更多馏分产品。
催化脱氢新鲜和由产品分离系统分离出的循环原料一起经催化脱氢原料换热器和加热炉后，进入处于反应阶段的催化脱氢反应器；催化裂解新鲜和由产品分离系统分离出的循环原料一起经裂解原料换热器和加热炉后，进入处于反应阶段的催化裂解反应器；出催化脱氢反应器和催化裂解反应器的各自反应产物混合后，与原料换热后进入后续的共用冷却、压缩、产品分离和回收系统。
压缩空气经再热空气加热炉加热后进入处于再热阶段的各个反应器，出反应器的再热烟气进入烟气能量回收系统和烟囱。吹扫蒸汽对处于吹扫阶段的各个反应器进行吹扫，其吹出物与反应产物合并。抽空器对处于抽空阶段的各个反应器进行抽空，其抽出物与再热烟气合并。对处于抽空阶段的各个催化脱氢反应器，吹入还原气进行还原。
催化脱氢原料可以是丙烷、异丁烷和正丁烷中的一种，或者是至少其中两种的混合物。前者催化脱氢产物仅富含相对应的丙烯、异丁烯或正丁烯和丁二烯；后者催化脱氢产物则富含相对应的丙烯、异丁烯或正丁烯和丁二烯的两种或三种。
催化裂解原料可以是C4、C5和C6组分中的一种，或者是至少其中两种的混合物。无论催化裂解原料为C4、C5和C6组分的一种或多种，其催化裂解产物物流均富含乙烯、丙烯、丁烯和汽油馏分，但组成因原料不同而变化。
所有催化脱氢原料，经催化脱氢可副产一定量的除自身以外丙烷或丁烷、以及其他的C4、C5和C6组分，经共同的分离和回收后，作为催化裂解的额外原料；而任何原料的催化裂解均会可副产一定量的丙烷和丁烷，作为催化脱氢的额外原料。从而构成催化脱氢和裂解副产品的互为利用，进一步降低原料供给压力。
催化脱氢反应器和催化裂解反应器，具有相同的循环周期(15～30分钟)，各个反应器在同一阶段的持续时间相同、再热介质温度(620～660℃)、流量持续时间和再热时间(6～20分钟)。通过这些参数的优化，使催化脱氢和催化裂解达到各自最佳温度、最佳空速和供吸热平衡。在其最佳反应条件下，有一个合适催化脱氢和催化裂解原料量比例，应按此比例进行同升或同降原料量操作。
对于催化脱氢反应器和催化裂解反应器，由于反应吸热和催化剂装填量的不同，使得反应器床层在反应初期和反应末期具有不同的温度和上下层不同的温度分布。催化脱氢反应器上层的温度初、末期在570～590℃之间，下层的温度初、末期在560～580℃之间；催化裂解反应器上层的温度初、末期在590～620℃之间，下层的温度初、末期在580～600℃之间，反应器反应产物出口温度，催化脱氢在550～570℃之间，催化裂解在570～600℃之间。
催化脱氢反应器和裂解反应器共用换热、冷却、压缩、产品分离和回收系统、以及再热物流能量回收系统，具有相同的反应产物出口压力和再热物流出口压力，而二者催化剂装填量不同，其各介质进反应器的入口压力有所不同，催化脱氢反应器比裂解反应器一般低10～50kpa。
实施例
某15万吨/年(产量)丙烷催化脱氢和轻烃催化裂解联合生产烯烃装置(年操作时数8000小时)，采用附图1所示的反应系统和工艺流程，包括两台丙烷催化脱氢反应器和两台轻烃催化裂解反应器。丙烷催化脱氢的丙烯产能为15万吨/年，需要原料丙烷17.45万吨/年；轻烃催化裂解的丙烯和乙烯产能分别为15和10万吨/年，需要原料正丁烷、C5和C6组分43.66万吨/年。
反应—吹扫—再热—抽空/还原的循环周期为20分钟，再热空气加热炉出口温度为620～660℃。丙烷催化脱氢反应器上层的温度初、末期在570～590℃之间，下层的温度初、末期在560～580℃之间；催化裂解反应器上层的温度初、末期在590～620℃之间，下层的温度初、末期在580～600℃之间，反应器反应产物出口温度，催化脱氢在550～570℃之间，催化裂解在570～600℃之间。
丙烷催化脱氢反应条件：原料为丙烷；丙烷脱氢原料加热炉出口温度为580～590℃；质量空速为0.7～1.0。
轻烃催化裂解反应条件：原料构成为正丁烷、C5和C6组分；轻烃裂解原料加热炉出口温度为580～520℃；质量空速为3～4；烃水比为1:0.2～0.3。
丙烷催化脱氢和轻烃催化裂解反应器产物出口组成分别见附表。
附表1丙烷催化脱氢和轻烃催化裂解反应器产物出口组成
Figure BDA0002778162260000051
Figure BDA0002778162260000061
从附表1可见：丙烷催化脱氢反应器产物出口中的丙烷含量约为54.5％，即循环脱氢原料与新鲜脱氢原料之比约为1.2:1；乙烯与C4、C5和C6组分的产率分别为新鲜裂解原料的1.15％和0.86％，对该装置而言，虽可为轻烃催化裂解额外产出0.2万吨/年和额外提供0.15万吨/年原料，但其贡献不大。
从附表1可见：轻烃催化裂解反应器产物出口中C4、C5和C6组分的含量约为50％，即循环裂解原料与新鲜裂解原料之比约为1:1；丙烷的产率为新鲜裂解原料的6.62％，对该装置而言，可为丙烷催化脱氢额外提供2.89万吨/年丙烷原料，使其需要的原料量由17.45万吨/年将到了14.56万吨/年。
该实施例表明，本发明确实达到了原料和产品的多元化、并降低原料供给压力和装置投资的目的。
综上，本发明通过将催化脱氢与催化裂解联合，提供了一种新的烯烃的方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统，其特征在于：其包括催化脱氢反应区和催化裂解反应区，其中催化脱氢反应区内并联设置有至少两台装有催化脱氢催化剂的固定床反应器，催化裂解反应区内并联设置有至少两台装有催化裂解催化剂的固定床反应器；在系统运行的任一时刻，上述两个反应区各有至少一台反应器在反应，整个反应系统至少有一台反应器在再热，无或仅有一台反应器进行吹扫或抽空/还原。
2.根据权利要求1所述的烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统，其特征在于：其中所述的反应器均具有相同的循环周期,每个周期的时间为15～30分钟,每个周期包括反应—吹扫—再热—抽空/还原四个阶段，每个反应器在同一阶段持续的时间相同，其中再热阶段的再热介质温度为620～660℃,再生阶段的介质供给和再热阶段持续时间为6～20分钟。
3.根据权利要求1所述的烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统，其特征在于：其中所述的催化脱氢产物和催化裂解产物进入共同的产品回收和分离系统，并将分离系统分离出的未反应的原料和另一反应区反应产生的原料组分、作为催化脱氢或催化裂解的循环原料。
4.根据权利要求3所述的烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统，其特征在于：其中所述的催化脱氢新鲜和由产品分离系统分离出的循环原料一起经催化脱氢原料换热器和加热炉后，进入处于反应阶段的催化脱氢反应器；催化裂解新鲜和由产品分离系统分离出的循环原料一起经裂解原料换热器和加热炉后，进入处于反应阶段的催化裂解反应器；出催化脱氢反应器和催化裂解反应器的各自反应产物混合后，与原料换热后进入后续的共用冷却、压缩、产品分离和回收系统。
5.根据权利要求1所述的烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统，其特征在于：其中所述催化脱氢和催化裂解反应区的各个反应器共用一套吹扫、再热和抽空/还原设施，吹扫出反应器物流、催化脱氢产物物流以及催化裂解产物物流合并，进入共用的换热、冷却、压缩、产品分离和回收系统。
6.根据权利要求5述的烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统，其特征在于：其中出各反应器的再热烟气和抽空物全部或部分合并后经能量回收系统后排放至烟囱。
7.根据权利要求1所述的烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统，其特征在于：其中所述催化脱氢的原料为丙烷、异丁烷和正丁烷中的至少一种，催化脱氢产物为丙烯、异丁烯或正丁烯和丁二烯的至少一种。
8.根据权利要求1所述的烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统，
其特征在于：其中所述催化裂解的原料为C4、C5和C6组分中的至少一种，催化裂解产物均含有乙烯、丙烯、丁烯和汽油馏分。
9.根据权利要求1所述的烷烃催化脱氢与轻烃催化裂解联合生产烯烃的系统，其特征在于：其中所述催化脱氢反应器上层的温度初、末期在570～590℃之间，下层的温度初、末期在560～580℃之间；催化裂解反应器上层的温度初、末期在590～620℃之间，下层的温度初、末期在580～600℃之间，反应器反应产物出口温度，催化脱氢在550～570℃之间，催化裂解在570～600℃之间。
10.一种生产烯烃的方法，其特征在于，包括：使丙烷、异丁烷和正丁烷中的至少一种在包括至少两台并联反应器的催化脱氢反应区脱氢以生产包括丙烯、异丁烯或正丁烯和丁二烯中至少一种的催化脱氢产物；
使C4、C5和C6组分中的至少一种在包括至少两台并联反应器的催化裂解反应区裂解以生产包括乙烯、丙烯、丁烯和汽油馏分的催化裂解产物；
上述反应器均具有共同的反应—吹扫—再热—抽空/还原循环周期，且在该循环周期内的任一时刻，上述两个反应区各有至少一台反应器在反应，整个反应系统至少有一台反应器在再热；无或仅有一台反应器进行吹扫或抽空/还原；
上述催化脱氢产物和催化裂解产物汇合进入共同的产品回收和分离系统，并将分离系统分离出的相应产物作为催化脱氢或催化裂解的循环原料再次送回反应器内。
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