将正丁烷转化为异丁烷的系统和方法技术方案

公开了用于使正丁烷异构化以形成异丁烷的系统和方法。将分段反应器系统用于异构化正丁烷。该分段反应器系统包含分段反应器，该分段反应器包含通过第一热交换器分开的第一催化剂床和第二催化剂床。第一催化剂床中的催化剂不与第二催化剂床中的催化剂接触。在使正丁烷异构化的放热过程中，第一热交换器从由第一催化剂床流到第二催化剂床的中间产物中提取热量，以提高正丁烷的转化率。

System and method of converting n-butane to isobutane

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】将正丁烷转化为异丁烷的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年8月28日提交的美国临时专利申请第62/551180号的优先权的权益，该临时申请的全部内容通过引用并入本文。专利
本专利技术总体上涉及化学转化方法和相关的反应器设计。更具体地，本专利技术涉及使用分段催化剂床而使烷烃异构化的系统和方法。专利技术背景异丁烷用于生产甲基叔丁基醚(MTBE)，这是一种常见的汽油辛烷值提升剂。通常，异丁烷是通过使用铂浸渍的铝氧化物或氧化铝的双官能催化剂使正丁烷异构化而生产的。因为用于正丁烷异构化的催化过程在气相中进行，所以通常对主要包含正丁烷的进料流进行加热，直到其完全气化，然后再与催化剂接触。正丁烷异构化反应是放热的。因此，为了实现正丁烷向异丁烷的高转化率，期望在反应过程中除去热。为了在整个异构化过程中保持进料正丁烷气化并除去由正丁烷异构化产生的反应热，常规系统通常利用两个串联的分离的固定床反应器来使正丁烷异构化。在每个反应器的出口处除去反应热。然而，由于催化剂性能和反应热的不断变化，独立控制每个反应器入口的温度可能很复杂。通常在整个过程中对反应器入口的温度进行连续调节。因此，为了在除去由异构化反应产生的热量的同时，准确且独立地控制每个反应器的温度，在每个反应器的出口处安装了多个热交换列。因此，这些系统的过程控制可能非常复杂，从而使用常规系统的使正丁烷异构化的设备成本和操作成本可能是很高的。需要对用于使正丁烷异构化的系统和方法进行改进。
技术实现思路
已经发现一种使正丁烷异构化以形成异丁烷的方法。通过使用包括第一催化剂床和第二催化剂床的分段反应器，其中在第一催化剂床和第二催化剂床之间设置有热交换器，可以使用改进的过程控制和过程优化来有效地除去反应热，与用于丁烷异构化的常规系统相比，这可以降低设备成本。本专利技术的实施方案包括使正丁烷异构化以形成异丁烷的方法。该方法可以包括使包含正丁烷的进料流流入反应器。反应器可包括第一催化剂床、第二催化剂床和设置在它们之间的热交换器。第一催化剂床和第二催化剂床可以是分开的，以使得第一催化剂床中的催化剂不与第二催化剂床中的催化剂接触。该方法还可以包括在第一催化剂床中使进料流中的至少一些正丁烷异构化以形成第一量的异丁烷。该方法还可以包括使包含第一量的异丁烷的中间产物从第一催化剂床流到热交换器。该方法还可以包括通过热交换器冷却中间产物以形成冷却的中间产物，并使冷却的中间产物流到第二催化剂床。该方法还可以包括在第二催化剂床中使冷却的中间产物中的至少一些正丁烷异构化以形成第二量的异丁烷。甚至，该方法可以包括使包含第一量的异丁烷和第二量的异丁烷的产物流从第二催化剂床流出。本专利技术的实施方案包括使正丁烷异构化以形成异丁烷的方法。该方法可以包括通过与热交换介质的热传递将包含正丁烷的进料流加热至120℃至190℃的温度。该方法还可以包括使进料流流入反应器。反应器可包括第一催化剂床和第二催化剂床。第一催化剂床和第二催化剂床可以是分开的，以使得第一催化剂床中的催化剂不与第二催化剂床中的催化剂接触。反应器还可以包括设置在第一催化剂床和第二催化剂床之间的绕管式热交换器。绕管式热交换器适于通过热交换介质传递热量。该方法还可以包括在第一催化剂床中使进料流中的至少一些正丁烷异构化以形成第一量的异丁烷。该方法可以包括使包含第一量的异丁烷的中间产物从第一催化剂床流到绕管式热交换器。该方法还可以包括通过绕管式热交换器中的热交换介质冷却中间产物。该方法还可以包括使冷却的中间产物流到第二催化剂床中，并且在第二催化剂床中使冷却的中间产物中的至少一些正丁烷(如果有的话)异构化以形成第二量的异丁烷。该方法还可以包括使包含第一量的异丁烷和第二量的异丁烷的产物流从第二催化剂床流出。反应器中正丁烷向异丁烷的转化率为32％至67％。本专利技术的实施方案包括分段反应器。分段反应器可包含第一催化剂床和第二催化剂床。第一催化剂床和第二催化剂床可以是分开的，以使得第一催化剂床中的催化剂不与第二催化剂床中的催化剂接触。分段反应器还可以包含设置在第一催化剂床和第二催化剂床之间的第一热交换器。分段反应器还可以包含反应器壳体。反应器壳体可以包含配置成包围第一催化剂床、第二催化剂床和第一热交换器的壳。反应器壳体还可以包含用于使进料流流进分段反应器的反应器入口和用于使产物流流出分段反应器的反应器出口。本专利技术的实施方案包括分段反应器系统。分段反应器系统可包含分段反应器。分段反应器可包括第一催化剂床和第二催化剂床。第一催化剂床和第二催化剂床可以是分开的，以使得第一催化剂床中的催化剂不与第二催化剂床中的催化剂接触。分段反应器还可以包含设置在第一催化剂床和第二催化剂床之间的第一热交换器。分段反应器还可以包含反应器壳体。反应器壳体可包含配置成包围第一催化剂床、第二催化剂床和第一热交换器的壳。反应器壳体还可以包含用于使进料流流进分段反应器的反应器入口和用于使产物流流出分段反应器的反应器出口。分段反应器系统还可以包括与反应器的入口流体连通的第二热交换器。第二热交换器配置成在使进料流到反应器之前加热进料流。以下包括贯穿本说明书使用的各种术语和短语的定义。术语“大约”或“近似”被定义为本领域普通技术人员所理解的接近于。在一个非限制性实施方案中，该术语定义为在10％以内，优选在5％以内，更优选在1％以内，最优选在0.5％以内。术语“重量％”、“体积％”或“摩尔％”分别是指基于包括该组分的材料的总重量、总体积或总摩尔数的组分的重量、体积或摩尔百分比。在非限制性实例中，在100摩尔物料中的10摩尔组分为组分的10摩尔％。术语“基本上”定义为包括在10％以内、5％以内、1％以内或0.5％以内的范围。当在权利要求书和/或说明书中使用时，术语“抑制”或“减少”或“防止”或“避免”包括任何可测量的降低或完全抑制以达到期望的结果。在说明书和/或权利要求书中使用的术语“有效”是指足以完成期望的、希望的或预期的结果。术语“Cn+烃”，其中n是正整数，例如1、2、3、4或5，当在说明书和/或权利要求书中使用该术语是指每个分子具有至少n个碳原子的任何烃。当与权利要求书或说明书中的术语“包含”、“包括”、“具有”或“含有”结合使用时，不使用数量词可能表示“一个”，但这也与“一个或多于一个”、“至少一个”和“一个或多个”的含义一致。词语“包含”、“具有”、“包括”或“含有”是包含性的或开放式的，并且不排除其他未引用的要素或方法步骤。本专利技术的方法可以“包括”说明书中公开的特定成分、组分、组合物等、“基本上由”或“由”说明书中公开的特定成分、组分、组合物等“组成”。在本专利技术的上下文中，现在描述至少二十个实施方案。实施方案1是使正丁烷异构化以形成异丁烷的方法。该方法包括使包含正丁烷的进料流流到包括第一催化剂床和第二催化剂床的反应器的步骤，其中第一催化剂床和第二催化剂床是分开的，以使得第一催化剂床中的催化剂不与第二催化剂床中的催化剂接触；在第一催化剂床和第二催化剂床之间设置有热交换器；在第一催化剂床中，使进料流中的至少一些正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使正丁烷异构化以形成异丁烷的方法，所述方法包括：/n使包含正丁烷的进料流流到反应器，所述反应器包含：/n第一催化剂床和第二催化剂床，其中所述第一催化剂床和所述第二催化剂床是分开的，以使得所述第一催化剂床中的催化剂不与所述第二催化剂床中的催化剂接触；和/n热交换器，其设置在所述第一催化剂床和所述第二催化剂床之间；/n在所述第一催化剂床中，使进料流中的至少一些正丁烷异构化以形成第一量的异丁烷；/n使包含所述第一量的异丁烷的中间产物从所述第一催化剂床流到所述热交换器；/n通过所述热交换器冷却所述中间产物以形成冷却的中间产物；/n使冷却的中间产物流到所述第二催化剂床；/n在所述第二催化剂床中，如果有正丁烷的话，使冷却的中间产物中的至少一些正丁烷异构化以形成第二量的异丁烷；/n使包含所述第一量的异丁烷和所述第二量的异丁烷的产物流从所述第二催化剂床流出。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170828 US 62/551,1801.一种使正丁烷异构化以形成异丁烷的方法，所述方法包括：
使包含正丁烷的进料流流到反应器，所述反应器包含：
第一催化剂床和第二催化剂床，其中所述第一催化剂床和所述第二催化剂床是分开的，以使得所述第一催化剂床中的催化剂不与所述第二催化剂床中的催化剂接触；和
热交换器，其设置在所述第一催化剂床和所述第二催化剂床之间；
在所述第一催化剂床中，使进料流中的至少一些正丁烷异构化以形成第一量的异丁烷；
使包含所述第一量的异丁烷的中间产物从所述第一催化剂床流到所述热交换器；
通过所述热交换器冷却所述中间产物以形成冷却的中间产物；
使冷却的中间产物流到所述第二催化剂床；
在所述第二催化剂床中，如果有正丁烷的话，使冷却的中间产物中的至少一些正丁烷异构化以形成第二量的异丁烷；
使包含所述第一量的异丁烷和所述第二量的异丁烷的产物流从所述第二催化剂床流出。


2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
在使包含正丁烷的进料流流到反应器之前，用热交换介质加热所述进料流。


3.根据权利要求2所述的方法，其中将所述进料流加热到120℃至190℃的温度。


4.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述进料流包含0.1重量％至100重量％的正丁烷、0重量％至4重量％的异丁烷、0重量％至10重量％的氢气和0重量％至1重量％的C5+烃。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一催化剂床和所述第二催化剂床是固定床。


6.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述反应器中的热交换器是绕管式热交换器。


7.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述热交换器包括绕管式蒸汽热交换系统。


8.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中通过所述热交换器的冷却将所述中间产物的温度降低了15℃至45℃。


9.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述催化剂选自沸石SoconyMobil-5、铂/SO42--ZrO2、钯/SO42--ZrO2、H3PW12O40及其组合。


10.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：费萨尔·贝纳斯卡尔，萨米·穆泰布·穆塔伊里，马西米利亚诺·科莫蒂，阿德尔·索德·沙法伊，穆罕默德·I·索马利，
申请(专利权)人：沙特基础工业全球技术公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL