一种采用列管式固定床熔盐加热反应器的丙烷脱氢方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种采用列管式固定床熔盐加热反应器的丙烷脱氢方法及系统，该方法以多元化方式提供脱氢反应所需的热量，包括反应过程中通过熔盐与换热管热交换对催化剂床层持续加热和控温，以及再生过程中通过熔盐与换热管热交换对催化剂床层持续加热和通过高温热空气对催化剂床层供热。所述系统采用列管式固定床反应器，通过650～750℃的高温熔盐在壳程对催化剂床层持续加热升温。本发明专利技术以高温熔盐加热的列管式固定床反应器为脱氢吸热反应提供所需的热量，能使催化剂床层的温度分布更加均匀，从而使床层各处转化率更均匀，提高了转化效率，避免反应过程中的强吸热等因素引起的床层剧烈温度差。床层剧烈温度差。床层剧烈温度差。

【技术实现步骤摘要】
一种采用列管式固定床熔盐加热反应器的丙烷脱氢方法及系统


[0001]本专利技术涉及石油化工生产工艺
，更具体地，本专利技术涉及一种低碳烷烃脱氢反应使用高温熔盐给脱氢催化剂床层补热进行丙烷脱氢反应的工艺方法及系统。

技术介绍

[0002]低碳烷烃脱氢反应是将量大价廉的低碳烷烃转变为市场紧缺的高附加值的相应烯烃的过程，具有重要的研究意义和经济价值。
[0003]由于低碳烷烃脱氢反应是一个强吸热反应，反应过程中需要外界提供大量的热量，因此供热是低碳烷烃脱氢工艺上的关键，在大多数已知的脱氢工艺和生产装置中，脱氢反应所需要的热量一方面由反应器前的反应原料提供，另一方面由经过加热器加热的再生空气进入到反应器而提供。
[0004]为获得工业生产时所需的转化率，加热器的温度会比脱氢反应的温度更高，不仅能耗很高，还容易导致经加热器加热的原料(低碳烷烃)在加热器中大幅热裂解，造成脱氢反应转化过程和生产装置的效能低下。因此，必须在避免加热器温度过高的同时还要给催化剂床层补充足够的热量；并且，还要尽可能地避免生产装置和反应器内焦炭的大量生成。
[0005]在已经工业化的工艺技术和生产装置中，Lummus公司的Catofin技术非常有代表性，其采用固定床反应器和传统的胡德利工艺转化方式，通过间歇反应
‑
再生转化低碳烷烃。首先，将丙烷加热到590
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620℃后进入反应器中转化，反应十分钟后催化剂床层温度即迅速下降40
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50℃；因此，需要停止反应，用热空气对催化剂床层进行再生；在用高温热空气将催化剂床层再生加热到650℃后，反应器进行除氧，再通入590
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620℃的丙烷原料气进入下一个循环的反应，每个循环的周期是20
‑
22分钟。在这个工艺生产过程中，通过加入发热材料，降低催化剂床层温度的下降速度，温度下降后，反应转化效率降低，不能维持整个反应床层的恒定温度。
[0006]Phillips公司的STAR工艺以及Linde AG公司的Linde工艺也是一种有代表性的低碳烷烃生产工艺技术，其采用列管式固定床反应器，将催化剂装填在反应器中的列管内，使用烟道气等热载体对列管加热；但该工艺的整个过程热损失较大，导致转化过程的能耗较高，且反应器的造价也较高。
[0007]由于烃类脱氢反应是强吸热反应，充分的热量利用、热量平衡和热量补充是提高转化效率的重要因素，如CN104072325A公开了一种提高低碳烷烃脱氢反应性能的方法，其在脱氢工艺中采用内置电加热管的固定床反应器，为低碳烷烃脱氢反应过程中的催化剂提供热量，减少催化剂床层因强吸热脱氢反应所产生的温降，并且降低反应器前电加热器的热负荷，从而减少低碳烷烃在电加热器中的热裂解，最终提高低碳烷烃脱氢反应的性能，增加目标产物烯烃的收率。而更为常见的热量平衡和再利用方法是充分利用催化剂再生时所产生的热量，如CN105120997A通过进行放热的催化剂再生反应，将热传递至集成流化床反应器，通过至少一部分传递的热进行吸热反应来使烷烃脱氢。CN103003221A则使用了惰性
换热颗粒和催化剂颗粒混合存在下的反应，在加热区中加热换热颗粒，并返回至反应区提供所需的反应热，催化剂则在非氧化性气氛下再生。
[0008]尽管烷烃脱氢制低碳烯烃的现有技术中，不断报道了各种改进的工艺和催化剂，涉及发热助剂、弱氧化剂进行反应和热量耦合的技术，但是当低碳烷烃在催化剂表面活性位上脱氢反应时，伴随强吸热过程，会使催化剂床层的温度分布和温降无法做到均匀，严重影响到催化剂的使用寿命和低碳烯烃的产品收率，在工艺的苛刻度、稳定性、可操作性、操作周期等方面都还不尽如人意，需要进一步的不断进行改进和提高。已有现有技术使用了高温熔盐和列管式固定床反应器进行的化学反应，但这种化学反应的高温熔盐的使用温度一般不超过500℃，而烷烃脱氢的反应温度在600℃左右，因此一般的熔盐无法满足脱氢的需要温度。而现有的固定床脱氢工艺采用成熟的热空气补热技术，操作简单，能耗高，使用业绩多，因此技术方都一直沿用传统的补热工艺技术。

技术实现思路

[0009]本专利技术克服了现有技术的不足，提供一种采用列管式固定床熔盐加热反应器的丙烷脱氢方法及系统，以期望能够提高低碳烷烃脱氢反应转化性能和效率，延长单段转化反应时间和装置长周期运转的工艺。
[0010]丙烷、丁烷等低碳烷烃的催化脱氢反应是分子数增加的吸热反应，高温和低压有利于反应的进行。在低碳烷烃脱氢过程中，需要对催化剂进行较为频繁的再生，并同时提供所需的热量。但反应器床层过高和不均匀的反应、再生温度，以及反应系统过强的裂解反应，都会造成反应的选择性下降；同时也会使催化剂床层的积炭速度加快；从而使整个反应系统转化性能的下降甚至失活。因此尽可能使催化剂床层在反应和再生时保持床层温度均匀，并尽可能使反应苛刻度降低，都是烷烃脱氢制低碳烯烃反应过程保持高效和稳定的关键性因素。
[0011]具体地说，为了达到本专利技术的目的，采用的技术方案和
技术实现思路
如下：
[0012]本专利技术提供了一种采用熔盐加热列管式固定床反应器的低碳烷烃脱氢方法，以多元化方式提供脱氢反应所需的热量，包括反应过程中通过熔盐与换热管热交换对催化剂床层持续加热和控温，以及再生过程中通过熔盐与换热管热交换对催化剂床层持续加热和通过高温热空气对催化剂床层供热。
[0013]在脱氢反应过程和再生过程中，通过熔盐和高温热空气维持床层具有恒定的反应温度，恒定的反应温度是指床层顶部与底部温差小于1％(计算方式：(床层顶部温度
‑
床层底部温度)/床层底部温度)；床层中部与底部的温差小于0.5％(计算方式：(床层中部温度
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床层底部温度)/床层底部温度)。
[0014]所述列管式固定床反应器的列管式换热管中布置有Cr
‑
Ce
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Cl/Al2O3脱氢催化剂、支撑体惰性氧化铝球、蓄热性惰性氧化铝瓷球、热耦合助剂。它们在列管中的布置方式与普通的固定床反应器相同。
[0015]所述脱氢反应的反应条件是：反应温度500～700℃、反应压力10～100kPa、反应时间5～30分钟、质量空速(WHSV)0.1～5小时
‑1。
[0016]所述熔盐是将熔盐通过加热炉加热后在温度达到650～750℃时持续进入列管式固定床反应器的壳程中。列管式固定床反应器内具有列管式换热管，换热管之间具有空隙，
这些空隙形成了换热空腔，被反应器的外壳密封形成壳程，熔盐在壳程中流动，催化剂床层布置在换热管的管腔中，因此与熔盐通过换热管隔开，高温熔盐与催化剂床层进行热交换，而低碳烷烃原料在列管式换热管内通过，进行脱氢反应，烯烃产物从反应器底部的出口排出。熔盐进口的管道上具有调节阀，通过控制调节阀的开度来控制熔盐的流速，根据列管式固定床反应器的床层能够保持恒定的反应温度来确定调节阀的开度。
[0017]本专利技术采用高温熔盐给脱氢催化剂床层补热。实际应用对熔融盐介质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用熔盐加热列管式固定床反应器的低碳烷烃脱氢方法，其特征在于，以多元化方式提供脱氢反应所需的热量，包括反应过程中通过熔盐与换热管热交换对催化剂床层持续加热和控温，以及再生过程中通过熔盐与换热管热交换对催化剂床层持续加热和通过高温热空气对催化剂床层供热。2.根据权利要求1所述的采用熔盐加热列管式固定床反应器的低碳烷烃脱氢方法，其特征在于，所述列管式固定床反应器的列管式换热管中布置有Cr
‑
Ce
‑
Cl/Al2O3脱氢催化剂、支撑体惰性氧化铝球、蓄热性惰性氧化铝瓷球、热耦合助剂。3.根据权利要求1所述的采用熔盐加热列管式固定床反应器的低碳烷烃脱氢方法，其特征在于，所述脱氢反应的反应条件是：反应温度500～700℃、反应压力10～100kPa、反应时间5～30分钟、质量空速0.1～5小时
‑1。4.根据权利要求1所述的采用熔盐加热列管式固定床反应器的低碳烷烃脱氢方法，其特征在于，所述熔盐是将熔盐通过加热炉加热后在温度达到650～750℃时持续进入列管式固定床反应器的壳程中。5.根据权利要求4所述的采用熔盐加热列管式固定床反应器的低碳烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓润生，王刚，涂辉，彭磊，
申请(专利权)人：成都市润和盛建石化工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：