化学链丙烷氧化脱氢制备丙烯的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种化学链丙烷氧化脱氢制备丙烯的方法及系统。方法包括如下步骤：丙烷与载氧体颗粒在脱氢反应器中进行反应，生成丙烯、水蒸气和COx气体，载氧体颗粒失氧；从混合气中分离出丙烯；失氧后的载氧体颗粒与含氧气体进行氧化反应，生成贫氧气体和再生的载氧体颗粒，再生的载氧体颗粒循环参与脱氢。系统包括脱氢反应器、混合气净化设备、混合气分离设备、氧化反应器，脱氢反应器能够接收氧化反应器中生成的载氧体颗粒。本发明专利技术的化学链丙烷氧化脱氢制备丙烯的方法及系统高效、节能、环保、经济、安全。

【技术实现步骤摘要】
化学链丙烷氧化脱氢制备丙烯的方法及系统
本专利技术涉及一种化学链丙烷氧化脱氢制备丙烯的方法及系统。
技术介绍
丙烯是一种重要的化工合成基本原料，在石油化工行业占有重要的地位，主要用于合成聚丙烯、丙烯腈和丙烯酸等其他重要的化工产品。目前全球80％的丙烯是来自于石油脑和重质原油的蒸汽裂化或者是催化裂化(FCC)，但是这两种工艺主要生产的是乙烯和成品油，丙烯在其中只是以一种副产物的形式而产生的，因此丙烯产量受到严重的限制。近年来随着丙烯下游衍生物消耗的快速增加，丙烯需求持续上升，供需矛盾日趋明显。为了提高丙烯产量，缓解丙烯供需矛盾，一些新兴丙烯生产技术应运而生，主要有煤制丙烯(MTO)、甲醇制丙烯(MTP)、丙烷直接脱氢制丙烯(DHP)和丙烷氧化脱氢制丙烯(ODHP)这几种，其中目前已有少量的MTO、MTP和DHP技术用于生产实践中。但是这些新兴技术也存在着一些问题，MTO和MTP作为新兴煤化工技术，需经历煤/CH4—合成气—甲醇—丙烯多步过程，导致制取过程较为复杂，产物纯度较低且需要较高的设备投资，此外若以煤为原料还会消耗大量的水资源并排放出大量的CO2和NOx。DHP是一个强吸热过程，因此该过程需要消耗大量的能量，同时需要在高温低压的反应条件下进行，而在这样的条件下催化剂极易失活，需要反复再生，且由于热力学平衡的限制，单程丙烯收率不高(一般低于30％)。ODHP是在催化剂存在的情况下，向反应器同时通入氧气和丙烷使丙烷与氧气反应生成丙烯和水，虽然该技术可以在更温和的条件下进行，同时也能克服脱氢过程中的热力学平衡限制，但是丙烷在氧气的存在下易发生过度氧化反应生成COx气体(一氧化碳和二氧化碳)从而会降低丙烯的收率，并且氧气的使用还会增加操作成本，不利于设备的安全运行，此外该技术还需要昂贵的空分设备以保证氧气的持续供应。因此寻求一种高效、节能、环保、经济、安全的丙烯制备方法及系统成为目前急需解决的问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于提供一种高效、节能、环保、经济、安全的丙烯制备方法及系统。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：本专利技术提供一种化学链丙烷氧化脱氢制备丙烯的方法，包括如下步骤：S1、丙烷与载氧体颗粒在高温下进行反应，生成含有丙烯、水蒸气和COx气体的混合气以及失氧后的载氧体颗粒；S2、从混合气中分离出丙烯；S3、失氧后的载氧体颗粒与含氧气体进行氧化反应，生成贫氧气体和再生的载氧体颗粒，再生的载氧体颗粒送入步骤S1中使用。根据本专利技术，步骤S2包括如下子步骤：S2.1、对混合气进行干燥和除尘；S2.2、从干燥和除尘后的混合气中分别分离出丙烯、COx气体以及未反应的丙烷，分离出的丙烷送入步骤S1使用。根据本专利技术，在步骤S2.1中，在干燥和除尘之前，先将混合气与供步骤S1中使用的丙烷换热，再将混合气送入混合气余热锅炉进行余热回收，之后再对混合气进行干燥和除尘。根据本专利技术，还包括如下步骤S4：将贫氧气体与供步骤S3使用的含氧气体换热，换热后的贫氧气体送入贫氧气体余热锅炉进行余热回收，之后对贫氧气体进行除尘。根据本专利技术，在步骤S1中，丙烷与载氧体颗粒的反应温度为300-700℃；在步骤S2.1中，换热后的丙烷的温度为100-300℃，换热后的混合气的温度为300-600℃，余热回收后的混合气的温度为100-200℃；在步骤S3中，氧化反应的反应温度为300-700℃；在步骤S4中，换热后的含氧气体的的温度为100-300℃，换热后的贫氧气体为300-600℃，余热回收后的贫氧气体的温度为20-100℃。根据本专利技术，载氧体颗粒可为金属氧化物载氧体颗粒或钙钛矿类载氧体颗粒；当采用金属氧化物载氧体颗粒时，金属氧化物选用Mn2O3/Mn3O4、Mn3O4/MnO、V2O5/VO2、VO2/V2O3、Co3O4/CoO、CoO/Co、CuO/Cu2O、MoO3/MoO2、MoO3/Mo、Fe2O3/Fe3O4、SbO2/Sb2O3、CdO/Cd、WO3/WO2和NiO/Ni中的一种或多种，制备载氧体的惰性载体选用Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、Y2O3、沸石、分子筛、尖晶石和海泡石中的一种或多种，金属氧化物的含量在5-70wt％；当采用钙钛矿类载氧体颗粒时，选用RBaCo2O5(R＝Y,Pr-Ho)、RBaCo4O7(R＝Y,Dy-Lu)、RSrR1O4(R＝La，Ln；R1＝Co、Cu、Ni)；载氧体可采用机械混合法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、浸渍法、固相反应法、喷雾干燥法、水热法或柠檬酸法等制得，载氧体颗粒直径为200～1000μm。本专利技术另一方面提供一种化学链丙烷氧化脱氢制备丙烯的系统，包括：脱氢反应器，脱氢反应器能够供丙烷和载氧体颗粒在其中且在高温下进行反应，生成含有丙烯、水蒸气和COx气体的混合气以及失氧后的载氧体颗粒；混合气净化设备，混合气净化设备能够对混合气进行干燥和除尘；混合气分离设备，混合气分离设备能够从干燥和除尘后的混合气中分离出丙烯；氧化反应器，氧化反应器能够供失氧后的载氧体颗粒与含氧气体在其中进行氧化反应，生成贫氧气体和再生的载氧体颗粒；其中，脱氢反应器能够接收氧化反应器中生成的载氧体颗粒。根据本专利技术，混合气净化设备包括冷凝器和除尘器，其中，二者分别对混合气进行干燥和除尘；混合气分离设备还能够分别分离出COx气体和混合气中含有的未反应的丙烷，脱氢反应器能够接收混合气分离设备分离出的丙烷。根据本专利技术，还包括：混合气换热器和混合气余热锅炉，混合气换热器能够供混合气与即将送入脱氢反应器中的丙烷换热，混合气余热锅炉能够接收换热后的混合气并对其进行余热回收，混合气净化设备能够接收混合气余热锅炉排出的混合气。根据本专利技术，还包括：贫氧气体换热器、贫氧气体余热锅炉和贫氧气体除尘器，贫氧气体换热器能够供贫氧气体与即将送入氧化反应器中的含氧气体换热，贫氧气体余热锅炉能够接收换热后的贫氧气体并对其进行余热回收，贫氧气体除尘器能够接收贫氧气体余热锅炉排出的贫氧气体并对其进行除尘。根据本专利技术，脱氢反应器为固定床脱氢反应器，氧化反应器为流化床氧化反应器，系统还包括分离设备，分离设备与氧化反应器、脱氢反应器和贫氧气体换热器连通，能够将氧化反应器中生成的载氧体颗粒和贫氧气体分离并分别送至脱氢反应器和换热器。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的化学链丙烷氧化脱氢制备丙烯的方法中，第一，在脱氢过程中能将副产物H2氧化成水，消除了脱氢反应过程中热力学平衡的限制，使单程丙烯产率提高，同时副产物H2氧化过程中所释放的热量还可提供给脱氢反应，降低了脱氢反应中的能量消耗；第二，在脱氢过程中的主要副产物为水蒸气，有利于后续产物的分离，同时也降低了后续产物分离的能耗；第三、作为原料的丙烷来源广泛，将低附加值的丙烷转化成高附加值的丙烯具有很大的经济效益；第四、将丙烷直接制成丙烯，工艺流程短，设备投资小且产物质量好；第五、消除了氧气与反应物丙烷和产物丙烯的直接接触，减小了过度氧化反应的进行，有利于提高丙烯的产率，同时也增加了可操作性和安全性；第六、相比于以煤为原料排放大量的CO2和NOx，本方法生成的CO2较少且不生成NOx气体，更加环保。利用本专利技术提供的化学链丙烷氧化脱氢制备丙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学链丙烷氧化脱氢制备丙烯的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、丙烷与载氧体颗粒在高温下进行反应，生成含有丙烯、水蒸气和COx气体的混合气以及失氧后的载氧体颗粒；S2、从所述混合气中分离出丙烯；S3、所述失氧后的载氧体颗粒与含氧气体进行氧化反应，生成贫氧气体和再生的载氧体颗粒，再生的载氧体颗粒送入步骤S1中使用。

【技术特征摘要】
1.一种化学链丙烷氧化脱氢制备丙烯的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、丙烷与载氧体颗粒在高温下进行反应，生成含有丙烯、水蒸气和COx气体的混合气以及失氧后的载氧体颗粒；S2、从所述混合气中分离出丙烯；S3、所述失氧后的载氧体颗粒与含氧气体进行氧化反应，生成贫氧气体和再生的载氧体颗粒，再生的载氧体颗粒送入步骤S1中使用。2.根据权利要求1所述的化学链丙烷氧化脱氢制备丙烯的方法，其特征在于，步骤S2包括如下子步骤：S2.1、对所述混合气进行干燥和除尘；S2.2、从干燥和除尘后的混合气中分别分离出丙烯、COx气体以及未反应的丙烷，分离出的丙烷送入步骤S1使用。3.根据权利要求2所述的丙烷氧化脱氢制备丙烯的方法，其特征在于，在步骤S2.1中，在干燥和除尘之前，先将所述混合气与供步骤S1中使用的丙烷换热，再将所述混合气送入混合气余热锅炉进行余热回收，之后再对所述混合气进行干燥和除尘。4.根据权利要求3所述的丙烷氧化脱氢制备丙烯的方法，其特征在于，还包括如下步骤S4：将所述贫氧气体与供步骤S3使用的含氧气体换热，换热后的贫氧气体送入贫氧气体余热锅炉进行余热回收，之后对贫氧气体进行除尘。5.根据权利要求4所述的化学链丙烷氧化脱氢制备丙烯的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述丙烷与载氧体颗粒的反应温度为300-700℃；在步骤S2.1中，换热后的丙烷的温度为100-300℃，换热后的混合气的温度为300-600℃，余热回收后的混合气的温度为100-200℃；在步骤S3中，所述氧化反应的反应温度为300-700℃；在步骤S4中，换热后的含氧气体的的温度为100-300℃，换热后的贫氧气体为300-600℃，余热回收后的贫氧气体的温度为20-100℃。6.根据权利要求1所述的化学链丙烷氧化脱氢制备丙烯的方法，其特征在于，所述载氧体颗粒为金属氧化物载氧体颗粒或钙钛矿类载氧体颗粒；当采用金属氧化物载氧体颗粒时，金属氧化物选用Mn2O3/Mn3O4、Mn3O4/MnO、V2O5/VO2、VO2/V2O3、Co3O4/CoO、CoO/Co、CuO/Cu2O、MoO3/MoO2、MoO3/Mo、Fe2O3/Fe3O4、SbO2/Sb2O3、CdO/Cd、WO3/WO2和NiO/Ni中的一种或多种，制备载氧体的惰性载体选用Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、Y2O3、沸石、分子筛、尖晶石和海泡石中的一种或多种，金属氧化物的含量在5-70wt％；...

【专利技术属性】
技术研发人员：于庆波，吴天威，王坤，秦勤，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21