一种烷烃脱氢-裂解制烯烃循环流化床反应装置制造方法及图纸

一种烷烃催化脱氢‑裂解制烯烃的反应装置，包括催化脱氢‑裂解的反应器和反应器沉降段，反应器沉降段位于反应器的上部，其中，所述的反应器包括脱氢密相反应段、和裂解反应段，裂解反应段位于脱氢密相反应段的下方，裂解反应段的横截面的直径小于脱氢密相反应段的横截面的直径。该反应装置将脱氢裂解与催化脱氢相结合，总的反应温度和催化剂再生温度大幅度降低。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。

A Circulating Fluidized Bed Reactor for Dehydrogenation-Cracking of Alkanes to Olefins

A reaction device for catalytic dehydrogenation and cracking of alkanes to olefins includes a reactor for catalytic dehydrogenation and cracking and a settling section of the reactor located at the upper part of the reactor, in which the reactor comprises a dense phase of dehydrogenation and a cracking reaction section, the cracking reaction section is located below the dense phase of dehydrogenation, and the diameter of the cross section of the cracking reaction section is smaller than that of dehydrogenation. The diameter of cross section of dense phase reaction section. The reactor combines dehydrogenation cracking with catalytic dehydrogenation, and the total reaction temperature and catalyst regeneration temperature are greatly reduced. The reactor gradually shrinks along the direction of fluid flow, reducing the secondary conversion of olefins caused by backmixing.

【技术实现步骤摘要】
一种烷烃脱氢-裂解制烯烃循环流化床反应装置
本专利技术涉及一种循环流化床反应装置，具体的，涉及一种烷烃脱氢-裂解制烯烃循环流化床反应装置。
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+H2ΔH°＝124.3kJ/moli-C4H10→i-C4H8+H2ΔH°＝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。对于正丁烷、戊烷和己烷等脱氢制单烯烃，单程转化率不高，一般不会超过50％。烷烃和烯烃不能通过简单的反应或精馏进行分离，必须采用萃取分离的方法才能实现烷烯分离，分离能耗高。生成的单烯烃化工利用少，需要进一步催化裂解成乙烯、丙烯才能提高附加值。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-裂解制烯烃的反应装置，该反应装置将脱氢裂解与催化脱氢相结合，总的反应温度和催化剂再生温度大幅度降低。本专利技术的另一个目的是提供一种烷烃催化脱氢-裂解制烯烃的反应装置，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。本申请的再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。为实现本专利技术的专利技术目的，采用如下技术方案：一种烷烃催化脱氢-裂解制烯烃的反应装置，包括催化脱氢-裂解的反应器和反应器沉降段，反应器沉降段位于反应器的上部，其中，所述的反应器包括脱氢密相反应段、和裂解反应段，裂解反应段位于脱氢密相反应段的下方，裂解反应段的横截面的直径小于脱氢密相反应段的横截面的直径。进一步，所述的反应器还包括缩径段，缩径段位于脱氢密相反应段上方，所述缩径段的横截面直径从下到上逐渐变小。采用本专利技术提供的催化脱氢-裂解反应装置，将烷烃催化脱氢和裂解相结合，在同一个反应器内同时进行催化脱氢和催化裂解，将这些多碳链烷烃(譬如正烷烃、戊烷或者己烷等)转化成氢气和以乙烯、丙烯为主的烯烃。一种利用上述反应装置的烷烃催化脱氢-裂解制烯烃的制备方法，烷烃裂解进入裂解反应段进行催化裂解反应，在裂解反应段内的平均温度控制在630-800℃，油气在裂解反应段的平均停留时间不超过30s，随后进入脱氢密相反应段；同时，在脱氢密相反应段，经进料环管通入烷烃脱氢原料，新加入的烷烃脱氢原料与裂解反应后的产物的混合物在脱氢密相反应段内进行催化脱氢反应，在脱氢密相反应段的平均温度控制在550-650℃，油气在脱氢密相反应段的平均停留时间不超过50s；随后脱氢密相反应段的产物一起进入缩径段，再经过后续分离，得到脱氢产物。本申请的催化脱氢‐裂解反应装置进行的烷烃催化脱氢、裂解制烯烃的方法，催化脱氢裂解与催化脱氢相结合，总的反应温度和催化剂再生温度大幅度降低，从而降低了技术的难度和工程风险。与现有技术相比，本申请的优势在于：本申请的烷烃催化脱氢-裂解制烯烃流化床反应装置以及方法，与蒸汽裂解烷烃工艺相比，不用稀释蒸汽，反应温度低，因而能耗低。此外，该催化过程投资少，不受规模的限制。另外，本申请提供的反应装置结构简单，设备便于制造、安装和维护。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。且反应器的缩径段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。附图说明图1本申请的烷烃催化脱氢-裂解制烯烃的反应装置的一种实施方案。具体实施方式下面对本申请的烷烃脱氢-裂解制烯烃循环流化床反应装置进一步详细叙述。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，不采用一个或多个这些具体的细节，而采用其他的材料等的情况也可实现实施方案。除非上下文另有要求，在说明书以及权利要求书中，术语“包括”、“包含”应理解为开放式的、包括的含义，即为“包括，但不限于”。在说明书中所提及的“实施方案”、“一实施方案”、“另一实施方案”或“某些实施方案”等是指与所述实施方案相关的所描述的具体涉及的特征、结构或特性包括在至少一个实施方案中。因此，“实施方案”、“一实施方案”、“另一实施方案”或“某些实施方案”没有必要均指相同的实施方案。且，具体的特征、结构或者特性可以在一种或多种实施方案中以任何的方式相结合。说明书中所揭示的各个特征，可以任何可提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特别说明，所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。密相输送段：该段床层直径较大，气速较低，催化剂流化密度较高，有利于气固两相的接触和反应。稀相输送段：该段床层直径较小，气速较高，催化剂流化密度较低。目的：线速度提高，使油气快速离开反应器，减少烯烃的二次反应；催化剂密度低，也有利于减少二次反应，尤其是焦炭的生成；催化剂输送的需要。术语“质量空时”是指催化剂的质量与每小时的进料质量之比。术语“表观气速”为当床层流态化后流体逸出床层物料后的速度。它是循环流化床一个重要的操作参数。术语“油气”在本申请中反应装置内的所有反应物以及产物的总和。本申请中，裂解原料通常包括碳原子数大于等于4的烷烃，优选为：正丁烷、戊烷、己烷等。脱氢原料通常包括异丁烷、丙烷和乙烷。本申请的进一步说明：一方面，本申请的一种烷烃催化脱氢-裂解制烯烃的反应装置，包括催化脱氢-裂解的反应器和反应器沉降段，反应器沉降段位于反应器的上部，其中，所述的反应器包括脱氢密相反应段、和裂解反应段，裂解反应段位于脱氢密相反应段的下方，裂解反应段的横截面的直径小于脱氢密相反应段的横截面的直径。在某些事实方式中，所述的反应器还包括缩径段，缩径段位于脱氢密相反应段上方，所述缩径段的横截面直径从下到上逐渐变小。在烷烃脱氢催化方面，对于碳原子数多的烷烃，譬如正丁烷、戊烷和己烷等脱氢制单烯烃，其单程转化率不高，一般不会超过50％。且生成烯烃不能通过简单的反应或精馏进行分离，必本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种烷烃催化脱氢‑裂解制烯烃的反应装置，包括催化脱氢‑裂解的反应器和反应器沉降段，反应器沉降段位于反应器的上部，其中，所述的反应器包括脱氢密相反应段、和裂解反应段，裂解反应段位于脱氢密相反应段的下方，裂解反应段的横截面的直径小于脱氢密相反应段的横截面的直径。

【技术特征摘要】
1.一种烷烃催化脱氢-裂解制烯烃的反应装置，包括催化脱氢-裂解的反应器和反应器沉降段，反应器沉降段位于反应器的上部，其中，所述的反应器包括脱氢密相反应段、和裂解反应段，裂解反应段位于脱氢密相反应段的下方，裂解反应段的横截面的直径小于脱氢密相反应段的横截面的直径。2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述的反应器还包括缩径段，缩径段位于脱氢密相反应段上方，所述缩径段的横截面直径从下到上逐渐变小。3.根据权利要求1或2所述的反应装置，其特征在于，在裂解反应段内的下部设有裂解原料进料环管，在脱氢密相段内的下部设有脱氢原料进料环管；优选，所述反应装置还包括稀相输送段，稀相输送段位于缩径段的上方。4.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，催化剂提升管从裂解反应段下部或者侧部伸入裂解反应段内，在裂解反应段外部，催化剂再生斜管与催化剂提升管相连接；或者催化剂再生斜管直接伸入裂解反应段内。5.根据权利要求1-4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提升介质管，提升介质管通过催化剂提升管的底部或者侧壁伸入催化剂提升管内；优选，提升介质管的出口端位于再生斜管下料口上缘以上的位置；更优选，在轴向方向，提升介质管的出口端高出再生斜管下料口上缘的距离不超过0.1m；最优选，提升介质管的出口端与再生斜管下料口上缘处于同一水平面。6.根据权利要求1-4任一项所述的反应装置，其特征在于，催化剂提升管从反应器底部或者反应器下部侧面进入反应器内...

【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