一种可降低返混的烷烃脱氢制烯烃的反应器以及制备方法技术

一种烷烃催化脱氢的反应装置，包括反应段和反应器沉降段，反应器沉降段位于反应段的上部，所述的反应段的直径从下到上逐渐变小，催化剂再生斜管伸入反应段内，且催化剂再生斜管的出口端位于反应段的下部，进料分布装置位于反应段内的催化剂再生斜管的出口端的下方。反应器内反应物和催化剂并流向上流动，可有效提高反应器内温度分布的均匀性，避免局部高温，从而减少热反应；且反应器沿流体流动方向逐渐缩径，减少返混造成的烯烃的二次转化，从而提高烯烃的收率和选择性。高温再生剂直接喷入反应器密相床底部，不仅有利于高温催化剂与反应器内催化剂的快速混合，避免床层内形成局部高温，而且密相流化的催化剂还有利于终止自由基的传递，从而减少热反应，提高烷烃脱氢烯烃的选择性。

Reactor for reducing remixing of alkane dehydrogenation to olefins and preparation method thereof

A reaction device for catalytic dehydrogenation of alkanes includes a reaction section and a settling section of the reactor. The settling section of the reactor is located at the upper part of the reaction section. The diameter of the reaction section decreases gradually from the bottom to the top. The catalyst regeneration ramp pipe extends into the reaction section, and the outlet of the catalyst regeneration ramp pipe is located at the lower part of the reaction section. The catalyst located in the reaction section regenerates below the outlet end of the inclined tube. The simultaneous flow of reactants and catalysts in the reactor can effectively improve the uniformity of temperature distribution in the reactor, avoid local high temperature, thereby reducing the thermal reaction; and the reactor gradually shrinks along the direction of fluid flow, reducing the secondary conversion of olefins caused by backmixing, thereby improving the yield and selectivity of olefins. The high temperature regenerant injected directly into the bottom of the dense phase bed of the reactor is beneficial to the rapid mixing of the high temperature catalyst and the catalyst in the reactor, avoiding the formation of local high temperature in the bed, and the dense phase fluidized catalyst is also conducive to terminating the transfer of free radicals, thus reducing the thermal reaction and improving the selectivity of alkane dehydrogenation olefins.

【技术实现步骤摘要】
一种可降低返混的烷烃脱氢制烯烃的反应器以及制备方法
本专利技术涉及一种循环流化床反应器，具体的，涉及一种循环流化床烷烃脱氢的反应装置，更具体的，涉及一种可降低返混的烷烃脱氢反应装置。
技术介绍
烯烃和二烯烃(乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、异戊二烯和丁二烯等)在合成树脂、塑料、高辛烷值汽油调和组分(甲基叔丁基醚、甲基叔戊基醚和烷基化油)及其它高附加值产品方面应用广泛。这些烯烃除了通过烃的蒸汽裂解(如乙烷蒸汽裂解，石脑油蒸汽裂解)、烯烃的催化裂解(如Superflex技术)、重油的催化裂解(如TMP、DCC技术)和重油催化热解(如CPP技术)等过程生产外，烷烃催化脱氢也是烯烃和二烯烃生产的重要技术路线。烷烃脱氢作为合理利用丰富低碳烷烃资源、制备高附加值低碳烯烃的一条重要途径，日益受到人们的重视。烷烃的脱氢是比较强的吸热反应，如丙烷和异丁烷脱氢，C3H8→C3H6+H2ΔHo＝124.3kJ/moli-C4H10→i-C4H8+H2ΔHo＝117.6kJ/mol在0.1MPa、25℃的反应热分别高达124.3和117.6kJ/mol。无论是采用何种类型的反应器，怎样有效地给反应供热，都是必须认真思考的问题。烷烃的脱氢反应受热力学平衡的限制。在相同温度条件下，烷烃的分子越大，平衡转化率越高；对于同一种烷烃，温度越高，平衡转化率越高。乙烷脱氢制乙烯，如果采用催化脱氢的方法，受热力学平衡的限制，单程转化率太低，因而，目前乙烷脱氢采用的是蒸汽热解的技术，反应在800℃以上的高温条件下进行。丙烷、丁烷等的催化脱氢，在适宜的温度条件下可得到经济上可接受的单程转化率和烯烃选择性，因而，丙烷脱氢制丙烯、丁烷脱氢制丁烯或丁二烯，通常采用的是催化脱氢的方法。氧化脱氢，作为烷烃脱氢的另一路径，虽可打破热力学平衡限制，大幅提高烷烃转化率，降低焦炭收率，但由于氧物种的引入，深度氧化反应难以控制，生成大量的COx和H2O，目的产物烯烃选择性差，造成了原料的浪费。虽然研究者们对此进行了广泛的研究，但烯烃选择性未见显著改善，这一问题短期内很难取得突破。目前已工业化的脱氢技术均采用催化脱氢路线，所用催化剂为Pt基及Cr2O3基催化剂。Pt价格昂贵，高昂的投资和催化剂使用成本限制了采用Pt催化剂脱氢过程的应用，只有烷烃资源丰富价格低廉的国家或地区，该过程的经济性才合理。此外，Pt催化剂对硫、砷等毒物都十分敏感，因此，使用该催化剂对原料中杂质含量要求非常高。采用Pt催化剂，Pt非常容易烧结，催化剂再生需要采用氧氯化再生，再生烟气必须进行治理后才能排放。负载型Cr系催化剂的脱氢性能优异，但催化剂再生生成的六价铬具有致强致癌作用，催化剂的生产和使用环节都可能造成环境污染，并且废催化剂的处理也是个难题。从反应器的角度看，固定床、移动床和循环流化床都有应用。烷烃脱氢催化剂容易结焦失活，采用Pt催化剂Pt容易烧结，因而催化剂需要频繁烧焦再生或氧氯化再生。采用固定床显然不便于再生，移动床和流化床可连续进行反应和再生。Pt催化剂价格昂贵，流化床只能用Cr系催化剂，Cr催化剂会给环境带来严重的污染。移动床采用Pt催化剂，为了保证催化剂有几天的再生周期，反应需要在临氢条件下进行，这会降低单程转化率，单程转化率降低，加上氢气循环，使得移动床的能耗非常高。从催化剂再生、传热效率和反应效率的角度看，烷烃脱氢最适宜的反应器显然非循环流化床莫属，且采用循环流化床反应器部分比固定床、移动床工艺流程要简单得多，同等规模的装置投资也较低。矛盾的焦点在于开发能用于流化床的无毒、价格相对低廉的催化剂，并根据催化剂的性质性能特点配套循环流化床反应器。在催化剂和循环流化床反应器方面，这些年来我们进行了大量探索。譬如：ZL201110123675.1公布了一种催化剂以及适合该催化剂性能发挥的循环流化床反应器，该反应器内的催化剂一部分从底部抽出进行高温补燃再生，然后与抽出的另一部分催化剂混合后从反应器的顶部返回，这样既烧焦再生了催化剂，又利用高温再生剂为反应器供热，同时又避免了让高温再生剂直接进反应器导致的热反应的发生。中国专利申请第CN201510003377.7号针对反应器进行了改进，提出在反应器的沉降段内布置换热装置，让原料与高温油气换热，将高温油气迅速降温，减少高温热反应，避免装置结焦。CN201510003556.0针对ZL201110123675.1提出的方案存在反应再生系统过于复杂的问题，提出了简化的循环流化床方案，并对再生器进行了改进，保证燃料能够充分燃烧并与催化剂充分换热。对于烷烃脱氢的循环流化床反应装置，提高烷烃脱氢的单程转化率和烯烃选择性永远是本领域的追求的目标。而在反应装置中，气相的返混现象也影响烷烃脱氢制烯烃选择性和转化率的因素之一。鉴于此，提出了本申请。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种烷烃催化脱氢制烯烃的反应装置，该反应装置沿着流体流动方向逐渐缩径，减少返混造成烯烃的二次转化。本专利技术的另一个目的是一种烷烃催化脱氢制烯烃的反应装置，该反应装置反应器内反应物和催化剂并流向上流动，可有效提高反应器内温度分布的均匀性，避免局部高温。本专利技术的再一个目的是提供一种烷烃催化脱氢制备烯烃的制备方法。为实现上述目的，采用如下技术方案：本专利技术提供的一种烷烃催化脱氢的反应装置，包括反应段和反应器沉降段，反应器沉降段位于反应段的上部，其中，所述反应段的横截面直径从下到上逐渐变小；所述的反应装置还包括催化剂再生斜管以及进料分布器，催化剂再生斜管伸入反应段内，进料分布器位于反应段内的催化剂再生斜管的出口端的下方。本专利技术提供的反应装置，催化剂与反应物在反应段内并流向上流动，流动方向的反应段是缩径过程，减少产物返混造成的二次转化，且能够充分利用高温催化剂的热量，也避免了局部高温引发的热反应，从而提高了烯烃的选择性。一种利用上述反应装置的烷烃催化脱氢制烯烃的制备方法，原料从进料分布器进入反应段，原料与催化剂并流向上流动，两者接触进行催化反应，其中，反应段与反应器沉降段下端处于同一水平面的截面处，气体的平均线速度控制在0.3～10.0m/s，反应温度最好控制在500～650℃之间，反应的质量空时为0.1～15h。本专利技术反应装置进行的烷烃催化脱氢制烯烃的方法，所得产物烯烃的选择性提升效果显著。与现有技术相比，本申请的优势在于：反应器内反应物和催化剂并流向上流动，可有效提高反应器内温度分布的均匀性，避免局部高温，从而减少热反应，提高烷烃脱氢烯烃的选择性；且反应器沿流体流动方向逐渐缩径，减少返混造成的烯烃的二次转化，从而提高烯烃的收率和选择性。高温再生剂直接喷入反应器密相床底部，不仅有利于高温催化剂与反应器内催化剂的快速混合，避免床层内形成局部高温，而且密相流化的催化剂还有利于终止自由基的传递，从而减少热反应，提高烷烃脱氢烯烃的选择性。附图说明图1本申请的烷烃催化脱氢制烯烃的反应装置的一种实施方案图2本申请烷烃催化脱氢制烯烃的反应装置-再生装置组合的一种实施方式具体实施方式下面对本专利技术的烷烃催化脱氢制烯烃的反应装置及烷烃催化脱氢制烯烃的方法进一步详细叙述。并不限定本申请的保护范围，其保护范围以权利要求书界定。某些公开的具体细节对各个公开的实施方案提供全面理解。然而，相关领域的技术人员知道，不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种烷烃催化脱氢的反应装置，包括反应段和反应器沉降段，反应器沉降段位于反应段的上部，其中，所述反应段的横截面直径从下到上逐渐变小；所述的反应装置还包括催化剂再生斜管以及进料分布器，催化剂再生斜管伸入反应段内，进料分布器位于反应段内的催化剂再生斜管的出口端的下方；优选的，所述的催化剂再生斜管的出口端位于反应段的下部。

【技术特征摘要】
1.一种烷烃催化脱氢的反应装置，包括反应段和反应器沉降段，反应器沉降段位于反应段的上部，其中，所述反应段的横截面直径从下到上逐渐变小；所述的反应装置还包括催化剂再生斜管以及进料分布器，催化剂再生斜管伸入反应段内，进料分布器位于反应段内的催化剂再生斜管的出口端的下方；优选的，所述的催化剂再生斜管的出口端位于反应段的下部。2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，在反应段内部设有催化剂提升管，反应段内催化剂再生斜管的出口端与催化剂提升管相连接；优选的，催化剂再生斜管的出口端与催化剂提升管的侧壁相连接。3.根据权利要求2所述的反应装置，其特征在于，在反应段内部的催化剂提升管的出口端位于反应段的下部。4.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，催化剂提升管内还设有预提升管，预提升管的出口端位于催化剂再生斜管出口端上缘以上的位置；优选的，在轴向方向，预提升管的出口端高出催化剂再生斜管出口端上缘的距离不超过0.1m；更优选的，预提升管的出口端与催化剂再生斜管出口端上缘处于同一水平面。最优选的，预提升管出口在催化剂提升管中轴线上的位置。5.根据权利要求1-4任一项所述的反应装置，其特征在于，反应段的横截面为圆形，催化剂提升...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春义，王国玮，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37