通过乙烷氧化脱氢生产乙烯制造技术

本发明专利技术涉及一种用于通过乙烷的氧化脱氢生产乙烯的方法，其中使用具有在第一端(11A)和第二端(11B)之间延伸的反应管(11)的多管式反应器(10)。每个反应管(11)内设置有一个或多个催化剂床。在每个反应管(11)中，第一端(11A)和第二端(11B)之间的一个或多个催化剂床的总长度与每个反应管(11)的直径的比率的值为150至400。多管式反应器(10)以250cm/s至800cm/s的线速度操作，并且一个或多个催化剂床被设计成使得活性催化剂质量与有效冷却表面的比率在1.5kg/m2至5kg/m2的范围内。本发明专利技术还涉及相应的设备(100)。应的设备(100)。应的设备(100)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过乙烷氧化脱氢生产乙烯


[0001]本专利技术涉及用于通过乙烷的氧化脱氢生产乙烯的方法和设备。

技术介绍

[0002]具有二至四个碳原子的煤油的氧化脱氢(ODH)原则上是已知的。在ODH中，所述煤油与氧反应形成相应的烯烃和水等。本专利技术涉及乙烷氧化脱氢为乙烯，下文也称为ODHE。
[0003]ODH比确立已久的烯烃生产工艺(例如蒸汽裂解或催化脱氢)更有优势。例如，由于所涉及的反应放热以及几乎不可逆的形成水，不存在热力学平衡限制。ODH可以在相对较低的反应温度下进行。原则上，不需要对所使用的催化剂进行再生，因为氧的存在能够或引起原位再生。最后，与蒸汽裂解相比，形成更少量的无价值的副产物，例如焦炭。
[0004]关于ODH的进一步细节，可参考相关文献，例如Ivars,F.and L
ó
pez Nieto,J.M.,Light Alkanes Oxidation:Targets Reached and Current Challenges,in Duprez,D.and Cavani,F.(eds.),Handbook of Advanced Methods and Processes in Oxidation Catalysis:From Laboratory to Industry,London 2014:Imperial College Press,第767
‑
834页,或C.A.et al,Oxidative Dehydrogenation of Ethane:Common Principles and Mechanistic Aspects,ChemCatChem,vol.5,no.11,2013,第3196
‑
3217页,以及X.Li,E.Iglesia,Kinetics and Mechanism of Ethane Oxidation to Acetic Acid on Catalysts Based on Mo
‑
V
‑
Nb Oxides,J.Phys.Chem.C,2008,112,15001
‑
15008。
[0005]在ODH中，在工业相关的反应条件下，特别是当使用基于MoVNbO
x
和MoVNbTeO
x
的催化剂时，会形成所使用煤油的大量相应羧酸，特别是ODHE的情况下的乙酸作为副产物。因此，为了经济的设备操作，当使用所述催化剂类型时，烯烃和羧酸的联产通常是不可避免的。
[0006]由于乙酸的形成，ODHE的可能应用受到该副产物并不总是给出利用可能性的限制，而对于乙烯来说，通常需要明显更大的量。仅在个别情况下才有可能将ODHE与同时需要乙烯和乙酸的工艺直接连系起来，例如在乙酸乙烯酯单体(VAM)生产中，如WO 2018/114747 A1和WO 2018/114752 A1等中所述。然而，这样的方法也仅涉及乙酸的利用，并不能解决联产问题。
[0007]尽管WO2018/115416A1已经描述了根据需要通过调整产物气体中的水分压在一定限度内调整ODHE中乙烯和乙酸之间的产物比率的可能性，但即使进行适当调整，仍会继续产生大量乙酸。
[0008]WO 2018/114900 A1描述了管式反应器的反应器几何形状，特别要求保护长度为4m至12m且直径为15mm至25mm的管几何形状。还公开了不同的催化剂几何形状。使用基于MoVNbO
x
的催化剂，并且还明确提到MoVNbTeO
x
催化剂作为一种选择。然而，没有发现关于参数变化(例如线速度增加)对产物分布的影响的参考文献。WO 2018/114900 A1的背景是一种能够以最小化压力损失实现充分等温反应控制的反应器系统。在此背景下，该文献指出，特别高的线速度往往是不利的，因为它们导致压力损失增加，这在诸如ODHE的低压工艺中
尤其有害。因此，在另一文献US 9,963,412 B2或WO 2015/082598 A1中，如要求保护的，线速度被限制为500cm/s。
[0009]WO 2020/074750 A1包含在直径为19mm且长度为5.6m单管反应器中以工业规模进行中试的细节。该文件中公开的主题涉及工艺气体中惰性级分的组合物。没有给出关于线速度的信息；此外，在进行的所有三个实验中，除了惰性组合物和反应器温度之外，条件几乎没有变化。
[0010]WO 2017/144584 A1公开了用于具有2至6个碳原子的烷烃、优选乙烷或丙烷、更优选乙烷的氧化脱氢的方法和相关反应系统。特别地，提供了一种方法，其包括将包含烷烃和氧气的进料气体供应至包括上游和下游催化剂床的反应器容器。此外，使进料气体与上游催化剂床中的氧化脱氢催化剂接触，随后使进料气体与下游催化剂床中的氧化脱氢/氧化催化剂接触以获得包含烯烃的反应器流出物。提供从上游冷却剂回路向反应器容器的上游壳体空间供应上游冷却剂以及从下游冷却剂回路向反应器容器的下游壳体空间供应下游冷却剂。
[0011]US2016/304432 A1涉及一种用于包含2至6个碳原子的烷烃的氧化脱氢和/或用于包含2至6个碳原子的烯烃的氧化的方法，其中包含氧气和烷烃和/或烯烃的气流与包含钼、钒、铌和任选的碲的混合金属氧化物催化剂接触，并且其中气流的线速度为至少10cm/s。
[0012]根据WO 93/01155A1，已知一种通过直链中具有至少四个碳原子的非芳族烃的催化氧化来生产马来酸酐的方法，其中使包含氧气和烃的气体通过管式反应器中的固定催化剂床。催化剂床的活性是分级的。
[0013]总之，可以说迄今为止已知的催化剂优化和工艺优化仅导致有限程度的乙烯产率的改善。因此，需要超越现有技术的进一步措施，迄今为止，现有技术仅允许在一定限度内根据需要调整联产物或在下游工艺中使用两种产物。
[0014]因此，本专利技术的目的是提供能够在大规模条件下实现最大ODH
‑
E工艺强化的反应器设置和操作条件，特别是关注于优化的乙烯产率。

技术实现思路

[0015]上述目的通过具有相应独立权利要求的特征的方法和系统来实现。本专利技术的优选实施方案分别是从属专利权利要求和以下描述的主题。
[0016]在解释本专利技术的特征和优点之前，首先解释本专利技术的其他基本原理并介绍用于描述本专利技术的术语。
[0017]如本领域惯常的，催化剂质量在此理解为是指例如以kg表示的活性催化剂材料的质量(即没有惰性颗粒或载体材料和/或惰性粘合剂组分)，另请参见下面关于所用催化剂床的解释。
[0018]重时空速(weight hourly space velocity，WHSV)是在一小时内通过一定量的催化剂(以kg表示)的气体(包含待反应的反应物，包括可能的惰性气体添加剂)的量(以kg表示)。因此，WHSV等于质量流量(以kg/h表示)与活性催化剂的质量(以kg表示)的商或kg气体/(kg催化剂...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于使用具有在第一端(11A)和第二端(11B)之间延伸的反应管(11)的壳管式反应器(10)通过乙烷的氧化脱氢生产乙烯的方法，其中每个所述反应管(11)内设置有一个或多个催化剂床，并且在每个所述反应管(11)中，在所述第一端(11A)和所述第二端(11B)之间的所述一个或多个催化剂床的总长度与每个所述反应管(11)的直径的比率的值为150至400，其特征在于，所述壳管式反应器(10)以250cm/s至800cm/s的线速度操作，并且所述一个或多个催化剂床被配置为使得，每个所述反应管(11)中的所述一个催化剂床的活性催化剂质量与有效冷却面积的比率或每个所述反应管(11)中的所述多个催化剂床的活性催化剂质量与有效冷却面积的平均比率在1.5kg/m2至5kg/m2的范围内。2.根据权利要求1所述的方法，其中
–
每个所述反应管(11)中的所述一个催化剂床处的活性催化剂质量与有效冷却表面的比率分别是相应催化剂床中的活性催化剂质量与围绕这个催化剂床的所述反应管(11)的内表面之间的商，或者
–
每个所述反应管(11)中的所述多个催化剂床中的活性催化剂质量与有效冷却表面的平均比率分别是所有相应催化剂床中的活性催化剂质量的总和与围绕这些催化剂床的所述反应管(11)的所有内表面的总和之间的商。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述壳管式反应器(10)以大于3或5kg且小于20kg进料每小时每kg催化剂的重时空速操作。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述壳管式反应器(10)以大于300、400或500cm/s的线...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修，
申请(专利权)人：林德有限公司，
类型：发明
国别省市：