一种丙烷脱氢反应器及生产丙烯的方法技术

本发明专利技术提供了一种丙烷脱氢反应器及生产丙烯的方法，属于石油化工技术领域。该反应器包括反应器筒体，反应器筒体内设有催化床层，反应器筒体上固定有反应气入口管、反应气出口管、再生气入口管和再生气出口管，且反应气入口管和再生气入口管分别设置在反应器筒体相对的位置，反应气出口管和再生气出口管分别设置在反应器筒体相对的位置。本发明专利技术催化剂床层整体温度分布更均匀，床层最大温差可从现有工艺的50℃以上降低至30℃以下，提高了工艺稳定性，降低了苛刻度，且丙烷转化率和丙烯选择性明显提高。明显提高。明显提高。

【技术实现步骤摘要】
一种丙烷脱氢反应器及生产丙烯的方法


[0001]本专利技术属于石油化工
，具体涉及一种丙烷脱氢反应器，以及应用该反应器生产丙烯的方法。

技术介绍

[0002]丙烯是石油化工业中需求量大且用途很广的一种重要的石油化工基本原料，其总产量仅次于乙烯，广泛用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷、异丙苯/苯酚/丙酮/双酚A、丙烯酸及酯、环氧氯丙烷等化工产品。随着近年来丙烯需求的增长，采用催化裂化、蒸汽裂解副产等传统方法生产的丙烯已无法满足供应，因此以丙烯脱氢为代表的扩大丙烯来源的技术得到了广泛的应用。
[0003]目前，丙烷脱氢制丙烯的主流工艺主要有UOP公司的Oleflex工艺和ABB Lummus公司的Catofin工艺。其中，Catofin工艺具有转化率高、选择性好、在线率高、原料适应性强等优点，因而，受到越来越多的关注和推广应用。Catofin工艺中，丙烷脱氢制丙烯反应大量吸热，引起催化剂床层温度的降低，同时反应生成的积炭也会导致催化剂活性的快速下降。因此，为保证催化剂活性在最佳范围，每隔一段时间就需要再生一次，并再次加热催化剂床层以积蓄一定的热量，为接下来的反应做准备。丙烷脱氢反应通常在高温、负压或低压条件下操作，温度对反应的影响十分显著。过高的反应温度会导致丙烷裂解等副反应的发生，并进一步产生积炭降低催化剂的活性，导致选择性的降低。而另一方面，过低的反应温度会引起转化率的快速下降。当催化剂床层温度分布不均时，会导致局部热点或者局部冷点的出现，并造成转化率或者选择性的降低。因此，催化剂床层反应温度的控制是丙烷脱氢反应中非常关键的问题。
[0004]现有技术中再生气和反应气都从反应器顶部进入，不可避免地造成催化剂床层上部的温度高，中下部的温度低，最大温差在50℃以上。具体而言，再生阶段热空气从反应器顶部进入，逐层加热催化剂床层，再生结束时催化剂床层上部的温度高，中下部的温度低。在反应阶段，由于催化剂床层的上部温度高，且接触的反应气温度也较高，因此大量产物丙烯主要在催化剂床层上部反应生成，大量吸热导致床层温度快速下降。而催化剂床层的中下部温度低，且接触的反应气温度也低，因此这一部分床层基本没有反应，也就是说床层的中下部催化剂基本没有利用，导致催化剂床层的利用率很低。另一方面，由于反应主要集中在催化剂床层的上部，副反应产生的积炭也多，再生时烧炭供给催化剂床层上部的热量也多，进一步加剧了床层温度分布的不均匀性。由于高温区和低温区的同时存在，也影响了催化剂性能的发挥，造成产品收率低的问题。
[0005]中国专利公开文献CN104072325A公开了一种提高低碳烷烃脱氢反应性能的方法，采用内置电加热管的固定床反应器，在脱氢过程中为催化剂床层提供热量，以减少因反应吸热所产生的温降，并且通过降低反应器前电加热器的热负荷来减少低碳烷烃的热裂解，最终提高低碳烷烃脱氢反应的性能。但电加热管的表面温度通常很难保证均匀，同时也增加了局部热点产生裂解反应的可能性。
[0006]中国专利公开文献CN103003221A公开了一种由甲烷制备芳族化合物的方法，使反应物在惰性换热颗粒和催化剂颗粒的混合物存在下反应，催化剂颗粒定期在非氧化性气氛下再生，且所需的反应热通过在加热区中加热惰性颗粒，并返回至反应区中而提供。但该方法需要把惰性颗粒运输至加热区，增加了设备的复杂程度。
[0007]在最新的一些技术报道中，还公开了在催化剂反应床层中采用发热材料作为助剂的报道。如中国专利公开文献CN107074683A公开了一种使用Cr2O3催化剂将烷烃催化脱氢为烯烃的方法，在催化剂床层中加入CuO热释放材料，并通入CO作为还原气体与脱氢并行地还原催化剂。通过CO与CuO反应形成Cu和CO2，释放热量。但该方法在引入热量的同时，还引入了CO和CO2等组分，造成反应气体分压降低，影响反应转化率。
[0008]中国专利公开文献CN106029612A中公开了一种利用发热材料的改进的脱氢工艺，在烷烃吸热脱氢过程中利用发热材料的方法，过程中除使用催化剂和惰性颗粒外，还使用了在氧化铝上负载有铜、锰等金属元素的发热材料，包括使烃与多组分催化剂床层反应以及利用空气使催化剂床层再生，提高了效率。由于金属氧化物放热量大且不可控，再加上床层颗粒的导热性能较差，因此可能造成局部热量难以导出，形成局部热点。同时，在催化剂床层引入过多的其他材料，也会导致催化剂床层的利用率不高。
[0009]中国专利公开文献CN113149802A中公开了一种改进的低碳烷烃固定床脱氢生产烯烃的方法和装置，采用负载IB、IIA族元素的氧化铝助剂，以及气体、熔盐、苛性碱高温热介质的床层内置供热管，来实现转化过程热量平衡和反应床层温度均衡，降低了反应过程的苛刻度、温度差、热裂解和结焦副反应，提高了转化活性、选择性、单程反应时间、运行稳定性和可维护性。该方法通过氧化助剂、内置供热管等多种手段引入热量，不同带热手段之间的协调和控制比较困难，操作复杂。
[0010]目前，丙烷脱氢反应过程中，催化剂床层的温度分布不均匀所带来的催化剂利用率不高、催化剂活性降低等问题已得到业界的广泛共识，许多学者也针对上述问题提出了采用内置加热管、氧化助剂、惰性颗粒等多种手段或者其组合的解决方案，但由于各种原因，在工艺的稳定性、苛刻度和可操作性等方面都还不尽如人意，需要进一步的改进和提高。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种丙烷脱氢反应器，解决现有丙烷脱氢技术中存在的催化剂床层的温度分布不均匀所带来的催化剂利用率低、产品收率低等问题，还提供了一种应用该反应器生产丙烯的方法，该方法具有床层温差小，催化剂利用率高，产品收率高，操作方便等优点。
[0012]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0013]本专利技术的第一个方面，提供了一种丙烷脱氢反应器，包括反应器筒体，反应器筒体内设有催化床层，反应器筒体上固定有反应气入口管、反应气出口管、再生气入口管和再生气出口管，且反应气入口管和再生气入口管分别设置在反应器筒体相对的位置，反应气出口管和再生气出口管分别设置在反应器筒体相对的位置。
[0014]本专利技术的进一步改进在于，
[0015]反应气入口管从反应器筒体顶部进入；优选地，从反应器筒体顶部的中心位置进
入，在距离反应器筒体底部中心等距的位置设置两个相同尺寸的反应气出口管；
[0016]再生气入口管从反应器筒体底部进入；优选地，从反应器筒体底部的中心位置进入，在距离反应器筒体顶部中心等距的位置设置两个相同尺寸的再生气出口管。
[0017]本专利技术的进一步改进在于，
[0018]所述催化剂床层由催化剂和惰性瓷球组成，催化剂床层从上至下分为三个或三个以上的部分，每一部分由一层催化剂和一层惰性瓷球交替装填，且惰性瓷球装填在催化剂的上面，
[0019]其中相邻两部分中，上一部分与下一部分的体积比为(0.1
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1)：1，且上一部分与下一部分中催化剂的质量比为(0.1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种丙烷脱氢反应器，其特征在于，所述反应器包括反应器筒体，所述反应器筒体内设有催化床层，所述反应器筒体上固定有反应气入口管、反应气出口管、再生气入口管和再生气出口管，且所述反应气入口管和所述再生气入口管分别设置在所述反应器筒体相对的位置，所述反应气出口管和所述再生气出口管分别设置在所述反应器筒体相对的位置。2.根据权利要求1所述的一种丙烷脱氢反应器，其特征在于，所述反应气入口管从所述反应器筒体顶部的中心位置进入，在距离所述反应器筒体底部中心等距的位置设置两个相同尺寸的反应气出口管；所述再生气入口管从所述反应器筒体底部的中心位置进入，在距离所述反应器筒体顶部中心等距的位置设置两个相同尺寸的再生气出口管。3.根据权利要求1所述的一种丙烷脱氢反应器，其特征在于，所述催化剂床层由催化剂和惰性瓷球组成，所述催化剂在催化剂床层呈不均匀分布；优选地，所述催化剂床层从上至下分为三个或三个以上的部分，每一部分由一层催化剂和一层惰性瓷球交替装填，且惰性瓷球装填在催化剂的上面，其中相邻两部分中，上一部分与下一部分的体积比为(0.1
‑
1)：1，且上一部分与下一部分中催化剂的质量比为(0.1
‑
5)：1，优选(0.5
‑
1.5)：1。4.根据权利要求3所述的一种丙烷脱氢反应器，其特征在于，所述催化剂为含Cr或Pt中的至少一种金属的催化剂；和/或，所述惰性瓷球为Al2O3瓷球。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的一种丙烷脱氢反应器，其特征在于，所述反应气入口管上设有第一支管，所述第一支管用于通入吹扫气和还原气；所述反应气出口管上设有第二支管，所述第二支管用于连接抽空系统。6.根据权利要求5所述的一种丙烷脱氢反应器，其特征在于，所述反应器筒体内还设有反应气入口分布器和/或再生气入口分布器；所述反应气入口分布器的位置与所述反应气入口管的位置相适应；所述再生气入口分布器的位置与所述再生气入口管的位置相适应。7.根据权利要求6所述的一种丙烷脱氢反应器，其特征在于，所述反应气入口分布器和所述再生气入口分布器为设置在气体前进方向上的单级或多级挡板分布器，其中挡板形式...

【专利技术属性】
技术研发人员：何乐路，刘文杰，张洪宇，张凯，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：