CN112569872A - 一种用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的移动床系统 - Google Patents

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陈鹏
李扬
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Abstract

本发明属于移动床系统技术领域，具体涉及一种用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的移动床系统。其技术方案为：一种用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的移动床系统，包括依次通过管道连接的原料预处理单元、燃料分离单元、移动床反应单元、氢气分离单元、产物净化单元、产品分离提纯单元和催化剂再生单元；所述移动床反应单元包括若干并联设置的反应管路，反应管路上安装有加热炉和反应器。本发明提供了一种单独调整每个反应器的用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的移动床系统。

Description

一种用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的移动床系统
技术领域
本发明属于移动床系统技术领域，具体涉及一种用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的移动床系统。
背景技术
丙烯、异丁烯是一种重要的基础化工原料。丙烯主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷、丁醇、异丙苯等产品；异丁烯主要用于生产丁基橡胶，高辛烷值汽油、汽油添加剂MTBE。传统的丙烯主要来自蒸汽裂解制乙烯的副产物，异丁烯几乎都来自炼厂气和裂解C4馏分，随着石化工业对丙烯和异丁烯的需求不断增加，传统的丙烯、异丁烯来源，不能满足市场的需求。
近年来，随着页岩气开采技术的成熟，为市场提供了大量优质、廉价的丙烷、丁烷，烷烃直接催化脱氢制备丙烯和异丁烯的工艺，因其技术的经济型、环境友好型，越来越受到市场的认可。
低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃工艺主要分为移动床工艺和固定床工艺，固定床工艺反应系统设计相对简单，但因催化剂需要频繁再生，切换操作十分频繁，对控制系统和阀门、设备要求较高。现有的移动床工艺的反应器采用串联控制，催化剂和物料并行流动，各个反应器的负荷必须与整个反应系统匹配，无法根据实际生产负荷和每个反应器内催化剂的实际状况，单独调整。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种单独调整每个反应器的用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的移动床系统。
本发明所采用的技术方案为：
一种用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的移动床系统，包括依次通过管道连接的原料预处理单元、燃料分离单元、移动床反应单元、氢气分离单元、产物净化单元、产品分离提纯单元；所述移动床反应单元包括若干并联设置的反应管路，反应管路上安装有加热炉和反应器。
原料预处理单元能对原料进行加热并进行脱出杂质的处理。燃料分离单元能分离出原料中的重组分，送至燃料储罐。移动床反应单元使原料充分反应，使低碳烷烃催化脱氢制得低碳烯烃，同时制得副产氢气。氢气分离单元能分离出产物中的氢气并收集利用。产物净化单元对产物进行净化处理，保证最终的产品的纯度。产品分离提纯单元对产品进行进一步处理并收集利用。
若干反应管路并联设置，负荷调整操作性更好。传统的移动床工艺，原料逐级流经各个反应器，在负荷降低时，原料在反应器内的停留时间延长，会加速催化剂的积碳、也会引起副反应的增加，导致反应选择性降低。本发明中的反应器并联配置，在调整负荷时，可以选择开一台至多台反应器，反应空速控制在最佳范围，实现最优化生产。
压力调整操作性更好。传统的移动床工艺，各反应器的压力控制必须是逐级递减，不能根据催化剂的状态和生产负荷变动，有效调节反应压力。而本发明的移动床的各个反应器的压力是独立控制，操作人员可以根据催化剂的活性状态、生产负荷等影响因素，主动的调节各个反应器的反应压力，以达到优化产物结构，提升经济效益。
作为本发明的优选方案，所述反应管路上还安装有原料流量计、原料控制阀和压力调节阀，原料流量计和原料控制阀位于加热炉远离反应器的一侧，压力调节阀安装于反应器的产物出口管路上。原料流量计计量各反应管路上原料的具体流量，原料控制阀能控制该条反应管路上的原料流量，压力调节阀控制个反应器的压力。反应器上还安装有压力显示仪，方便观察每个反应器内的实时压力。
作为本发明的优选方案，若干反应器的催化剂出口与若干反应器的催化剂进口之间连接有催化剂再生单元。催化剂再生单元能使失活的催化剂恢复活性，同时分离出破碎的催化剂和筛分出因催化剂移动摩擦生成的催化剂细粉。由于各反应管路并联，则各反应器内使用的催化剂能单独控制，催化剂不用流经每个反应器，则本发明可降低催化剂移动速率，减少催化剂损耗。从催化剂损耗上分析，在相同生产负荷和催化剂装填量的条件下，采用新型移动床反应工艺，降低了催化剂在反应器内的移动速率，估算新型移动床工艺催化剂在反应器内的移动速率仅为传统移动床工艺的1/4～1/3。催化剂的速率的降低，可有效降低催化剂的相互碰撞和摩擦，延缓催化剂的磨损，延长催化剂的使用寿命，达到降低生产成本，提升收益的目的。
作为本发明的优选方案，所述催化再生单元包括催化剂提升器和若干催化剂收集罐，催化剂收集罐与反应器的催化剂出口通过管道连接，若干催化剂收集罐的另一端与催化剂提升器通过管道连接，催化剂提升器的另一端通过管道依次连接有催化剂再生反应器、再生催化剂收集罐、再生催化剂提升器和催化剂分配阀，催化剂分配阀分别通过管道与若干反应器的催化剂进口连接；所述催化剂再生反应器还通过管道连接有再生加热炉。
催化剂收集罐对反应器中排出的催化剂进行收集，各催化剂收集罐分离出破损和粉化的催化剂，收集的失活催化剂汇集到催化剂提升器内进行催化器提升。失活催化剂再经催化剂再生反应器进行再生反应并经再生催化剂收集罐收集、再生催化剂提升器提升，即可重新进行利用。催化剂分配阀将催化剂分配至各反应器。结合各催化剂收集罐收集的破碎催化剂的重量，在再生催化剂收集罐中补足新鲜催化剂，并由再生催化剂提升器控制催化剂的循环总量。
作为本发明的优选方案，所述燃料分离单元和移动床反应单元之间的管道上还连接有冷箱和原料产物换热器，冷箱还连接于产物净化单元之间的管道上，原料产物换热器还连接于移动床反应单元和氢气分离单元之间的管道上。第一分离塔和第二分离塔顶的原料送至冷箱，与产物净化单元中的产物进行热交换。原料经冷箱换热后再经原料产物换热器，与反应器出来的高温产物进行换热，被加热后的低碳烷烃分别送至各反应管路进行反应。经冷箱和原料产物换热器进行换热，可使热量得到充分利用，不用在设置外部换热热源。
作为本发明的优选方案，所述原料预处理单元包括依次通过管道连接的原料加热器、脱硫塔、脱杂保护塔、干燥塔、脱砷保护塔和脱磷保护塔，脱磷保护塔的另一端与燃料分离单元通过管道连接。原料加热器之前的管道上连接新鲜原料流量计，可方便观察进入原料加热器的原料的流量。原料加热器对原料进行加热后，依次进行脱硫、脱杂、干燥、脱砷和脱磷处理，提升原料的纯净度。
作为本发明的优选方案，所述燃料分离单元包括第一分离塔和第二分离塔，第一分离塔远离第二分离塔的一端通过管道与原料预处理单元连接，第二分离塔远离第一分离塔的一端通过管道与移动床反应单元连接，第一分离塔的重相出口还与第二分离塔通过管道连接，第二分离塔的重相出口连接到燃料罐。净化之后的原料，与产品分离塔循环回来的由回收原料流量计计量的丙烷物料混合后，进入第一分离塔和第二分离塔提纯，第一分离塔的重相出口还与第二分离塔通过管道连接，第二分离塔底的重组分送至燃料储罐，生产成为副产品。第一分离塔和第二分离塔顶的物料送至冷箱。
作为本发明的优选方案，所述氢气分离单元包括依次通过管道连接的空冷器、压缩机、气液分离罐和PSA氢气回收器，气液分离罐的气体出口通过管道连接有PSA氢气回收器，气液分离罐的液体出口通过管道与产物净化单元连接。反应后的产物经空冷器冷却，再经压缩机压缩再流向气液分离罐，PSA氢气回收器将氢气进行回收。气液分离罐的液相物料流向产品净化单元进行净化处理。
作为本发明的优选方案，所述产物净化单元包括通过管道依次连接的脱氯塔、反应产物干燥塔和SHP选择加氢反应器，脱氯塔远离反应产物干燥塔的一端通过管道与氢气分离单元连接，SHP选择加氢反应器远离反应产物干燥塔的一端与产品分离提纯单元通过管道连接。脱硫塔对产物进行脱氯处理，反应产物干燥塔对产物进行干燥，SHP选择加氢反应器，将液相物料中的双烯烃和乙炔、丙炔，选择性加氢成各自的烯烃配体。SHP选择加氢反应器中使用的氢气可来自于氢气分离单元的氢气。经SHP选择加氢反应器处理的产物送至产品分离提纯单元进行分离提纯。
作为本发明的优选方案，所述产品分离提纯单元包括通过管道连接的脱轻塔和产品分离塔，脱轻塔远离产品分离塔的一端通过管道与产物净化单元连接，产品分离塔远离脱轻塔的一端通过管道连接到产品储罐，产品分离塔的回收原料口与燃料分离单元通过管道连接，脱轻塔的燃料口连接到燃料罐。脱轻塔中分离出的燃料送至燃料罐，而脱轻塔中分离出的产品送至产品分离塔，并经产品分离塔分离后送至产品储罐。
本发明的有益效果为：
1.本发明的若干反应管路并联设置，负荷调整操作性更好。传统的移动床工艺，原料逐级流经各个反应器，在负荷降低时，原料在反应器内的停留时间延长，会加速催化剂的积碳、也会引起副反应的增加，导致反应选择性降低。本发明中的反应器并联配置，在调整负荷时，可以选择开一台至多台反应器，反应空速控制在最佳范围，实现最优化生产。
2.本发明的移动床的各个反应器的压力是独立控制，操作人员可以根据催化剂的活性状态、生产负荷等影响因素，主动的调节各个反应器的反应压力，以达到优化产物结构，提升经济效益，压力调整操作性更好。
3.催化剂再生单元能使失活的催化剂恢复活性，同时筛分出破碎、粉化的催化剂。由于各反应管路并联，则各反应器内使用的催化剂能单独控制。催化剂不用流经每个反应器，则本发明可降低催化剂移动速率，减少催化剂损耗，可相应减缓催化剂再生工序。从催化剂损耗上分析，在相同生产负荷和催化剂装填量的条件下，采用新型移动床反应工艺，降低了催化剂的移动速率，估算新型移动床工艺催化剂在反应器内的移动速率仅为传统移动床工艺的1/4～1/3。催化剂的速率的降低，可有效降低催化剂的相互碰撞和摩擦，延缓催化剂的磨损，延长催化剂的使用寿命，达到降低生产成本，提升收益的目的。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中，1-原料预处理单元；2-燃料分离单元；3-移动床反应单元；4-氢气分离单元；5-产物净化单元；6-产品分离提纯单元；7-催化剂再生单元；8-冷箱；9-原料产物换热器；11-原料加热器；12-脱硫塔；13-脱杂保护塔；14-干燥塔；15-脱砷保护塔；16-脱磷保护塔；17-新鲜原料流量计；21-第一分离塔；22-第二分离塔；31-加热炉；32-反应器；33-原料流量计；34-原料控制阀；35-压力调节阀；36-压力显示仪；41-空冷器；42-压缩机；43-气液分离罐；44-PSA氢气回收器；51-脱氯塔；52-反应产物干燥塔；53-SHP选择加氢反应器；61-脱轻塔；62-产品分离塔；63-回收原料流量计；71-催化剂提升器；72-催化剂收集罐；73-催化剂再生反应器；74-再生催化剂收集罐；75-再生催化剂提升器；76-催化剂分配阀；77-再生加热炉。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
如图1所示，本实施例为丙烷脱氢制丙烯。物料依次经过原料预处理单元1、燃料分离单元2、冷箱8、原料产物换热器9、移动床反应单元3、原料产物换热器9、氢气分离单元4、产物净化单元5、冷箱8、产品分离提纯单元6。催化剂在移动床反应单元3和催化剂再生单元7之间循环。
具体的操作如下，原料丙烷由新鲜原料流量计17计量之后，先输送至原料加热器11，升温至40℃，压力控制在2.5～3.0Mpa。依次通过脱硫塔12、脱杂保护塔13、干燥塔14、脱砷保护塔15、脱磷保护塔16，脱除原料中的无机或者有机硫化物、碱性氮化物、重金属、微量水、含砷、含磷等催化剂毒物。净化之后的原料，与产品分离塔62循环回来的、由回收原料流量计63计量的丙烷物料混合后，进入第一分离塔21和第二分离塔22提纯，第二分离塔22底的C4及以上的重组分，送至燃料储罐，生产成为副产品。第一分离塔21和第二分离塔22顶的物料送至冷箱8，与反应产物干燥塔52送来的物料热交换后，送至原料产物换热器9与反应器32出来的高温热物料换热。被加热之后的丙烷，分别送至各条反应管路上的加热炉31再次升温至600～650℃。其各自的流量分别由各反应器32对应的原料控制阀34控制调控流量，由各自对应的原料流量计33计量具体流量。原料丙烷分别送入各反应器32，实现部分丙烷催化脱氢制得丙烯，同时制得副产氢气。另外，脱氢过程会发生其它副反应，生成甲烷、乙炔、乙烯、乙烷、丙炔等副产物。反应器32出口温度在520～580℃，各反应器32压力调节阀35控制各反应器32压力在绝压0.13MPa～0.4MPa的范围。反应之后的高温物料汇合流向原料产物换热器9加热丙烷原料，送至空冷器41冷却至40～50℃，冷却后的物料再送至压缩机42。反应产物经压缩后，流向气液分离罐43，气相物料去PSA氢气回收器44，回收提纯气相中的氢气。液相流向脱氯塔51脱除含氯物质，液相物料经脱氯后再送至反应产物干燥塔52，脱除水分，干燥后的物料送至SHP选择加氢反应器53，将液相物料中的双烯烃和乙炔、丙炔，选择性加氢成各自的烯烃配体。加氢之后的物料送至脱轻塔61，脱轻塔61塔顶的轻组分送至燃料储罐，脱轻塔61塔底物料送至产品分离塔62，实现丙烯、丙烷的分离。产品丙烯由分离塔62塔顶采出去产品储罐，丙烷由分离塔62塔底采出，经循环回收原料流量计63计量后，与新鲜丙烷混合，进入第一分离塔21。
反应器32里的失活催化剂，分别经各催化剂收集罐72收集，分离出破碎的催化剂并称量破碎催化剂的重量。催化剂汇合至催化剂提升器71，经其提升至催化剂再生反应器73，再生气经再生加热炉77升温后，流向催化剂再生反应器73，完成催化剂的再生。再生后的催化剂流向再生催化剂收集罐74，由于反应、移动过程中部分催化剂破损，为此等质量的新鲜催化剂加入至再生催化剂收集罐74，经再生催化剂提升器75流向催化剂分配阀76。催化剂由催化剂分配阀76分配至各反应器32，并结合各催化剂收集罐72收集的破碎催化剂的重量，分配时补足。催化剂的循环量结合各反应器32的反应情况，由再生催化剂提升器75控制催化剂的循环总量。
实施例2：
如图1所示，本实施例为异丁烷脱氢制异丁烯。物料依次经过原料预处理单元1、燃料分离单元2、冷箱8、原料产物换热器9、移动床反应单元3、原料产物换热器9、氢气分离单元4、产物净化单元5、冷箱8、产品分离提纯单元6。催化剂在移动床反应单元3和催化剂再生单元7之间循环。
具体的操作如下，原料异丁烷由新鲜原料流量计17计量之后，先输送至原料加热器11，升温至40℃，压力控制在2.0～2.5MPa，依次通过脱硫塔12、脱杂保护塔13、干燥塔14、脱砷保护塔15、脱磷保护塔16，脱除原料中的无机或者有机硫化物、碱性氮化物、重金属、微量水、含砷、含磷等催化剂毒物。净化之后的原料，与产品分离塔62循环回来的、由回收原料流量计63计量的异丁烷物料混合后，进入第一分离塔21和第二分离塔22提纯。第二分离塔22底的C5及以上的重组分，送至燃料储罐，生产成为副产品。第一分离塔21和第二分离塔22顶的物料送至冷箱8，与反应产物干燥塔52送来的物料热交换后，送至原料产物换热器9与反应器32出来的高温热物料换热。被加热之后的异丁烷，分别送至各加热炉31再次升温至550～630℃。其各自的流量分别由各反应器32对应的原料控制阀34控制调控流量，由各自对应的原料流量计33计量具体流量。原料异丁烷分别送入各反应器32，实现部分异丁烷催化脱氢制得异丁烯，同时制得副产氢气。另外，脱氢过程会发生其它副反应，生成甲烷、乙炔、乙烯、乙烷、丙炔、丙烷、丙烯等副产物。反应器32出口温度在510～570℃，各反应器32压力调节阀35控制各反应器32压力在绝压0.13MPa～0.30MPa的范围。反应之后的高温物料汇合流向原料产物换热器9加热异丁烷原料，送至空冷器41冷却至40～50℃。冷却后的物料再送至压缩机42，反应产物经压缩后，流向气液分离罐43，气相物料去PSA氢气回收器44，回收提纯气相中的氢气。液相流向脱氯塔51脱除含氯物质，液相物料经脱氯后再送至反应产物干燥塔52，脱除水分，干燥后的物料送至SHP选择加氢反应器53，将液相物料中的双烯烃、乙炔、丙炔等，选择性加氢成各自的烯烃配体。加氢之后的物料送至脱轻塔61，脱轻塔61塔顶的轻组分送至燃料储罐，脱轻塔61塔底物料送至产品分离塔62，实现异丁烷、异丁烯的分离。产品异丁烯由产品分离塔62塔底采出去产品储罐，异丁烷由产品分离塔62塔顶采出，经回收原料流量计63计量后，与新鲜异丁烷混合，进入第一分离塔21。
各反应器32里的失活催化剂，分别经各催化剂收集罐72收集，分离出破碎的催化剂并称量破碎催化剂的重量。催化剂汇合至催化剂提升器71，经其提升至催化剂再生反应器73，再生气经再生加热炉77升温后，流向催化剂再生反应器73，完成催化剂的再生。再生后的催化剂流向再生催化剂收集罐74，由于反应、移动过程中部分催化剂破损，为此等质量的新鲜催化剂加入至再生催化剂收集罐74，经再生催化剂提升器75流向催化剂分配阀76。催化剂由催化剂分配阀76分配至各反应器32，并结合各催化剂收集罐72收集的破碎催化剂的重量，分配时补足。催化剂的循环量结合各反应器32的反应情况，由再生催化剂提升器75控制催化剂的循环总量。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的移动床系统，其特征在于，包括依次通过管道连接的原料预处理单元(1)、燃料分离单元(2)、移动床反应单元(3)、氢气分离单元(4)、产物净化单元(5)、产品分离提纯单元(6)；所述移动床反应单元(3)包括若干并联设置的反应管路，反应管路上安装有加热炉(31)和反应器(32)。
2.根据权利要求1所述的一种用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的移动床系统，其特征在于，所述反应管路上还安装有原料流量计(33)、原料控制阀(34)和压力调节阀(35)，原料流量计(33)和原料控制阀(34)位于加热炉(31)远离反应器(32)的一侧，压力调节阀(35)安装于反应器(32)的产物出口管路上。
3.根据权利要求1所述的一种用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的移动床系统，其特征在于，若干反应器(32)的催化剂出口与若干反应器(32)的催化剂进口之间连接有催化剂再生单元(7)。
4.根据权利要求3所述的一种用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的移动床系统，其特征在于，所述催化再生单元包括催化剂提升器(71)和若干催化剂收集罐(72)，催化剂收集罐(72)与反应器(32)的催化剂出口通过管道连接，若干催化剂收集罐(72)的另一端与催化剂提升器(71)通过管道连接，催化剂提升器(71)的另一端通过管道依次连接有催化剂再生反应器(73)、再生催化剂收集罐(74)、再生催化剂提升器(75)和催化剂分配阀(76)，催化剂分配阀(76)分别通过管道与若干反应器(32)的催化剂进口连接；所述催化剂再生反应器(73)还通过管道连接有再生加热炉(77)。
5.根据权利要求1所述的一种用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的移动床系统，其特征在于，所述燃料分离单元(2)和移动床反应单元(3)之间的管道上还连接有冷箱(8)和原料产物换热器(9)，冷箱(8)还连接于产物净化单元(5)之间的管道上，原料产物换热器(9)还连接于移动床反应单元(3)和氢气分离单元(4)之间的管道上。
6.根据权利要求1所述的一种用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的移动床系统，其特征在于，所述原料预处理单元(1)包括依次通过管道连接的原料加热器(11)、脱硫塔(12)、脱杂保护塔(13)、干燥塔(14)、脱砷保护塔(15)和脱磷保护塔(16)，脱磷保护塔(16)的另一端与燃料分离单元(2)通过管道连接。
7.根据权利要求1所述的一种用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的移动床系统，其特征在于，所述燃料分离单元(2)包括第一分离塔(21)和第二分离塔(22)，第一分离塔(21)远离第二分离塔(22)的一端通过管道与原料预处理单元(1)连接，第二分离塔(22)远离第一分离塔(21)的一端通过管道与移动床反应单元(3)连接，第一分离塔(21)的重相出口还与第二分离塔(22)通过管道连接，第二分离塔(22)的重相出口连接到燃料罐。
8.根据权利要求1所述的一种用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的移动床系统，其特征在于，所述氢气分离单元(4)包括依次通过管道连接的空冷器(41)、压缩机(42)和气液分离罐(43)，气液分离罐(43)的气体出口通过管道连接有PSA氢气回收器(44)，气液分离罐(43)的液体出口通过管道与产物净化单元(5)连接。
9.根据权利要求1所述的一种用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的移动床系统，其特征在于，所述产物净化单元(5)包括通过管道依次连接的脱氯塔(51)、反应产物干燥塔(52)和SHP选择加氢反应器(53)，脱氯塔(51)远离反应产物干燥塔(52)的一端通过管道与氢气分离单元(4)连接，SHP选择加氢反应器(53)远离反应产物干燥塔(52)的一端与产品分离提纯单元(6)通过管道连接。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的一种用于低碳烷烃脱氢制备低碳烯烃的移动床系统，其特征在于，所述产品分离提纯单元(6)包括通过管道连接的脱轻塔(61)和产品分离塔(62)，脱轻塔(61)远离产品分离塔(62)的一端通过管道与产物净化单元(5)连接，产品分离塔(62)远离脱轻塔(61)的一端通过管道连接到产品储罐，产品分离塔(62)的回收原料口与燃料分离单元(2)通过管道连接，脱轻塔(61)的燃料口连接到燃料罐。
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