一種由烷烴制備芳烴的流化床裝置及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種由烷烴制備芳烴的流化床裝置及其制備方法。所述裝置包括氣體入口、氣體出口、氣體分布器以及催化劑回收系統(tǒng)，還包括分布板、加熱管、外溢流管、催化劑入口和失活催化劑出口，其中：分布板橫向放置于所述裝置中，加熱管設(shè)置在分布板下方及上方，且加熱管進出口與所述裝置內(nèi)壁相連，外溢流管下部開口通入最底層催化劑床層內(nèi)，外溢流管上部與所述裝置縱向平行，催化劑入口下部與所述裝置左側(cè)壁相連，上部從所述裝置左側(cè)壁傾斜向上伸出，失活催化劑上部與所述裝置右側(cè)壁相連，下部從所述裝置右側(cè)壁傾斜向下伸出。所述制備方法包括：加入催化劑的同時通入氣體；通電或通入介質(zhì)至加熱管；通入原料氣體；分離氣體產(chǎn)品和催化劑；回收催化劑；得到氣體產(chǎn)品；催化劑再生；循環(huán)上述過程。
【專利說明】一種由烷烴制備芳烴的流化床裝置及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種由烷烴制備芳烴的流化床裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]芳烴是重要的基礎(chǔ)化學(xué)品之一，在傳統(tǒng)的化工制備中，芳烴主要通過石油煉制與煤干餾處理得到。通過石油得到的芳烴純度高，適于制備各種優(yōu)質(zhì)化學(xué)品。通過煤干餾得到的芳烴由于含有噻吩類雜質(zhì)，品質(zhì)相對較低，應(yīng)用受到局限。隨著石油資源日益短缺，芳烴的供應(yīng)呈緊張趨勢，價格高居不下，極大提高了生產(chǎn)后續(xù)化學(xué)品的生產(chǎn)成本，使其銷售受到影響。將甲烷、液化氣或甲醇等原料轉(zhuǎn)化為芳烴的技術(shù)，可以對芳烴重整與乙烯裂解等石油制芳烴方式形成有益的補充。
[0003]特別地，液化氣組分既可以來源于石油裂解制備芳烴過程，也可以來源于甲醇制備烯烴、汽油或芳烴過程。同時，由于轉(zhuǎn)化過程的溫度較高，催化劑易失活，移動床與流化床反應(yīng)器能夠方便地將催化劑移出，進行反應(yīng)再生，逐漸成為液化氣轉(zhuǎn)化的主流反應(yīng)器。但是除少量技術(shù)外，大部分技術(shù)的實質(zhì)轉(zhuǎn)化是轉(zhuǎn)換液化氣中的烯烴組分，而無法轉(zhuǎn)化烷烴，特別是丙烷和/或丁烷，或是與C5-C7非芳烴的混合物。
[0004]最近專利報道了可以同時將醇醚或C3-C4烴轉(zhuǎn)換為芳烴的催化劑和流化床反應(yīng)器。然而，其中C3-C4烴仍為烷烴和烯烴的混合物，其轉(zhuǎn)化為微吸熱或微入熱反應(yīng)。而丙烷和/或丁烷，或丙烷和/或丁烷與C5-C7非芳烴的混合物轉(zhuǎn)化為芳烴的過程為強吸熱反應(yīng)，溫度高的工程供熱問題變得非常嚴(yán)重。同時，單段流化床反應(yīng)器中氣固返混嚴(yán)重。對于難轉(zhuǎn)化的丙烷和/或丁烷，或丙烷和/或丁烷與C5-C7非芳烴的混合物來說，過程推動力不高，轉(zhuǎn)化率與芳烴收率不易提高，需要循環(huán)的原料量增大，過程能耗高。而且，目前雖然加熱管已應(yīng)用在高溫條件下對不同體系供熱，但是由于流化床反應(yīng)器中存在大量運動顆粒，對高溫條件下加熱管的強度將造成影響。因此，流化床反應(yīng)器的加熱管既不能過長，又不能過多，導(dǎo)致加熱能力受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種由烷烴制備芳烴的流化床裝置及其方法，既能夠提高流化床反應(yīng)器的供熱能力，又能夠?qū)崿F(xiàn)大型工業(yè)生產(chǎn)。為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種由烷烴制備芳烴的流化床裝置包括:氣體入口、氣體出口、氣體分布器以及催化劑回收系統(tǒng)，其中:所述氣體入口上部與所述裝置底部相連，下部從所述裝置底部伸出；所述氣體分布器在氣體入口上方，與所述裝置內(nèi)部相連；所述氣體出口上部從所述裝置頂部伸出，下部與催化劑回收系統(tǒng)上部相連；所述催化劑回收系統(tǒng)上部與氣體出口相連，下部不接觸所述裝置內(nèi)壁。上述裝置還包括分布板、加熱管、外溢流管、催化劑入口、失活催化劑出口，其中:所述分布板與所述裝置內(nèi)壁相連，橫向放置于上述裝置中；所述加熱管設(shè)置在分布板下方及上方，且加熱管進出口與所述裝置內(nèi)壁相連，所述外溢流管下部開口通入最底層催化劑床層內(nèi)，外溢流管上部與所述裝置縱向平行；所述催化劑入口其下部與所述裝置左側(cè)壁相連，上部從所述裝置左側(cè)壁傾斜向上伸出；所述失活催化劑出口上部與所述裝置右側(cè)壁相連，下部從所述裝置右側(cè)壁傾斜向下伸出。
[0007]上述裝置的分布板將所述裝置分為2— 4個催化劑床層，用于堆放催化劑，催化劑床層從下至上為第一催化劑層，第二催化劑層，第三催化劑層，第四催化劑床層，每個催化劑床層有I個催化劑入口，且最頂層催化劑入口位置在其相鄰裝置外側(cè)外溢流管上部出口位置上方為0.4-1.5m，每個催化劑入口進入所述裝置的再生催化劑質(zhì)量分別均占催化劑總質(zhì)量的10-50%。
[0008]上述裝置的分布板為橫向多孔分布板，數(shù)量為I一3個，其中第一與第二催化劑床層間所述分布板開孔率是第二與第三催化劑床層間所述分布板開孔率的I一1.4倍，是第三與第四催化劑床層間所述分布板開孔率的I一2倍。
[0009]上述裝置的加熱管的管束與所述裝置橫向平行，加熱管外表面為翅片結(jié)構(gòu)，且各個翅片間隔一米分布，相鄰兩端翅片上的槽道不完全對應(yīng)，加熱管橫截面積占裝置徑向橫截面積的20—35%。
[0010]上述裝置的外溢流管上部出口位置與其下方相鄰分布板距離是所述裝置直徑的0.1-2倍，所有外溢流管下部進口位置都在最底層催化劑床層內(nèi)，在三段床裝置與四段床裝置中，外溢流管上部橫截面積是其下部橫截面積的1.2-1.5倍，從外溢流管上部出口進入的催化劑中所含氣體經(jīng)過管線引至所述裝置內(nèi)催化劑回收系統(tǒng)附近。
[0011]本發(fā)明還提供一種使用上述流化床裝置由烷烴制備芳烴的方法，包括如下步驟:
[0012](I)加入催化劑同時通入氣體；
[0013]( 2 )通電或通入介質(zhì)至加熱管；
[0014](3)通入原料氣體；
[0015](4)分離氣體產(chǎn)品和催化劑；
[0016](5)回收催化劑；
[0017](6)得到氣體產(chǎn)品；
[0018](7)催化劑再生；
[0019](8)循環(huán)上述過程。
[0020]上述方法步驟(I)裝入催化劑的同時，由氣體入口經(jīng)氣體分布器通入300— 600°C
氮氣或空氣。
[0021]上述方法步驟(2)的介質(zhì)為輕質(zhì)碳納米材料與惰性氣體。
[0022]上述方法步驟(2)的介質(zhì)溫度為700-900°C，直接加熱至催化劑床層溫度為530—650。。。
[0023]上述方法步驟(3 )通入原料氣體前，由氣體入口經(jīng)氣體分布器通入氮氣進行置換。
[0024]上述方法步驟中所述烷烴是丙烷和/或丁烷，或是丙烷和/或丁烷與C5-C7非芳烴的混合物。
[0025]上述方法步驟(4)前，原料氣體經(jīng)過催化劑床層后，在530— 650°C時，丙烷轉(zhuǎn)化率為45% — 80%，芳烴選擇性烴基為46% — 55% ;丁烷轉(zhuǎn)化率為58% — 80%，芳烴選擇性烴基大于55%。[0026]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及有益效果:
[0027]1.設(shè)置加熱管，使本發(fā)明裝置的熱量供給不依賴于再生后催化劑所帶熱量，增加了反應(yīng)過程的獨立性與操作彈性。
[0028]2.采用翅片的加熱管，比表面積大，既能有效向流化床中傳熱，又能破碎氣泡，增加氣固接觸與轉(zhuǎn)化效果。因此，帶翅片的加熱管可替代傳統(tǒng)流化床反應(yīng)器中的加熱管，既節(jié)省制造成本，又使高溫條件下加熱管的機械形變小，操作更加安全，易于實現(xiàn)大型工業(yè)生產(chǎn)。
[0029]3.使用輕質(zhì)碳納米材料與高溫惰性氣體供熱介質(zhì)在翅片加熱管中，可以有效利用輕質(zhì)碳納米材料的良好導(dǎo)熱性與流動性，從而增加高溫惰性氣體供熱介質(zhì)一側(cè)向流化床側(cè)的傳熱系數(shù)，使高溫惰性氣體供熱介質(zhì)用量降低，節(jié)約原料成本約10-20%。同時，減少加熱管面積，可降低設(shè)備成本約5-10%，并增加反應(yīng)過程的安全性。
[0030]4.與單段流化床裝置相比，本發(fā)明中多段流化床裝置可以提高烷烴或烷烴與非芳烴催化轉(zhuǎn)化成芳烴的轉(zhuǎn)化率與芳烴的收率，特別針對提高丙烷和/或丁烷，或丙烷和/或丁烷與C5-C7非芳烴的轉(zhuǎn)化率與芳烴的收率，使循環(huán)轉(zhuǎn)化的物料變少，分離能耗降低
10-20%O
[0031]5.設(shè)置多個催化劑入口，可方便調(diào)整不同催化劑床層中的催化劑活性，使殘留的烷烴能夠與高活性催化劑接觸，提高烷烴轉(zhuǎn)化率又不增加催化劑磨損量。
[0032]6.由于從下至上催化劑床層間分布板的開孔率依次減少，使得流化床氣體體積增大時，分布板上方氣體通過分布板的過孔氣速增快，因此，增大了分布板上方氣體與催化劑的接觸效果與轉(zhuǎn)化效果，特別適用于丙烷和/或丁烷，或丙烷和/或丁烷與C5-C7非芳烴難轉(zhuǎn)化的特性。同時在三段、四段流化床裝置中，由于外溢流管上部比其下部橫截面積大，因此可以使催化劑循環(huán)流通，最底層催化劑床層中始終有大量催化劑存在，從而保證大型工業(yè)設(shè)備重心下移，提高了設(shè)備操作的安全性。
[0033]7.將不同段間的外溢流管下部均伸入最底層催化劑床層，使不同段壓力平衡更加容易控制，有利于大型化反應(yīng)器床層的平穩(wěn)操作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1a為本發(fā)明兩段流化床裝置示意圖，包含一個外溢流管。
[0035]圖1b為本發(fā)明翅片加熱管示意圖。
[0036]圖2為本發(fā)明三段流化床裝置示意圖，包含兩個外溢流管。
[0037]圖3為本發(fā)明四段流化床裝置示意圖，包含三個外溢流管。
[0038]圖中:1.氣體入口 ；2.氣體分布器；3.分布板；4.加熱管；5.外溢流管；6.催化劑回收系統(tǒng)；7.氣體出口 ；8.催化劑入口 ；9.失活催化劑出口。
【具體實施方式】
[0039]下面通過【具體實施方式】說明本發(fā)明。
[0040]實施例1:
[0041]如圖1所示兩段流化床裝置，外溢流管上部出口位置與其相鄰下方分布板間距離是裝置直徑的0.1倍。外溢流管下部進口位置在第一層催化劑床層內(nèi)。兩個催化劑入口分別通入兩個催化劑床層中，第二層催化劑床層催化劑入口位置比裝置外側(cè)外溢流管上部出口高0.4m。從外溢流管上部出口進入的催化劑中所含氣體經(jīng)過管線引至裝置內(nèi)催化劑回收系統(tǒng)附近。所設(shè)置的翅片加熱管橫截面積占裝置徑向橫截面積的20%。
[0042]由氣體入口 I經(jīng)氣體分布器2通入600°C空氣的同時，將流態(tài)化型催化劑從催化劑入口 8裝入裝置，其中催化劑主要活性成分為鋅與ZSM-5分子篩，鋅與ZSM-5分子篩的質(zhì)量比例為1:10，其顆粒直徑20-50111，堆積密度為6501/1113。將催化劑加熱至300°C后，向加熱管4通入700°C高溫?zé)煔?，控制第一、第二催化劑床層溫度分別為650°C、530°C。從氣體入口 I經(jīng)氣體分布器2通入氮氣進行置換，當(dāng)氣體出口 7氣體中氧氣體積分?jǐn)?shù)小于0.5%時，通入原料氣體100%丙烷，控制進入氣體入口丙烷的重量空速為0.1h，反應(yīng)壓力為0.1MPa,氣速為0.5m/s。原料氣體經(jīng)過兩個催化劑床層后，其轉(zhuǎn)化率大于62%，單程芳烴選擇性烴基大于50%，再經(jīng)催化劑回收系統(tǒng)分離后，從裝置流出得到氣體產(chǎn)品。
[0043]將失活催化劑由失活催化劑出口 9連續(xù)移出進行再生，再生后的催化劑經(jīng)催化劑入口 8連續(xù)返回流化床裝置。從第一、第二催化劑床層的催化劑入口 8進入裝置再生的催化劑質(zhì)量各占催化劑總質(zhì)量的50%。重復(fù)上述過程，使過程連續(xù)進行。
[0044]本發(fā)明與單段流化床轉(zhuǎn)化技術(shù)相比，原料氣體100%丙烷轉(zhuǎn)化率大于60%，芳烴選擇性烴基大于50%的催化劑壽命時間延長50%。
[0045]實施例2
[0046]如圖1所示兩段流化床裝置，外溢流管5上部出口位置與其相鄰下方分布板間距離是裝置直徑的I倍。外溢流管下部進口位置在第一催化劑床層內(nèi)。兩個催化劑入口分別通入兩個催化劑床層中，第二層催化劑床層催化劑入口 8位置比裝置外側(cè)外溢流管5上部出口高1.5m。從外溢流管上部出口進入的催化劑中所含氣體經(jīng)過管線引至裝置內(nèi)催化劑回收系統(tǒng)6附近。所設(shè)置的翅片加熱管橫截面積占裝置徑向橫截面積的35%。
[0047] 由裝置氣體入口經(jīng)氣體分布器通入300°C空氣的同時，將流態(tài)化型催化劑從催化劑入口裝入裝置，其中催化劑主要活性成分為銅與ZSM-5分子篩，銅與ZSM-5分子篩的質(zhì)量比例為1:100，其顆粒直徑40-300 μ m，堆積密度為1300kg/m3。將催化劑加熱至250°C后，向加熱管通入750°C含50%碳納米粉體的高溫氮氣，控制第一、第二催化劑床層的溫度分別為530°C、530°C。從氣體入口經(jīng)氣體分布器通入氮氣進行置換，當(dāng)氣體出口的氣體中氧氣體積分?jǐn)?shù)小于0.5%時，通入原料氣體100%丙烷，控制氣體入口丙烷的重量空速為3h-1，反應(yīng)壓力為0.3MPa，氣速0.5m/s。原料氣體經(jīng)過兩個催化劑床層后，其轉(zhuǎn)化率大于45%，單程芳烴選擇性烴基大于55%，再經(jīng)催化劑回收系統(tǒng)分離后，從裝置流出得到氣體產(chǎn)品。
[0048]將失活催化劑由失活催化劑出口連續(xù)移出進行再生，再生后的催化劑經(jīng)催化劑入口連續(xù)返回流化床裝置。從第一、第二催化劑床層的催化劑入口進入流化床的再生的催化劑質(zhì)量分別占催化劑總質(zhì)量的60%與40%。重復(fù)上述過程，使過程連續(xù)進行。
[0049]本發(fā)明與單段流化床轉(zhuǎn)化技術(shù)相比，原料氣體100%丙烷轉(zhuǎn)化率大于45%，芳烴選擇性烴基大于55%的催化劑壽命時間延長60%。
[0050]實施例3
[0051]如圖1所示兩段流化床裝置，外溢流管上部出口位置與其相鄰下方分布板間距離是裝置直徑的2倍。外溢流管下部進口位置在第一催化劑床層內(nèi)。兩個催化劑入口分別通入兩個催化劑床層中，第二層催化劑床層催化劑入口的位置比裝置外側(cè)外溢流管的上部出口高lm。從外溢流管上部出口進入的催化劑中所含氣體經(jīng)過管線引至裝置內(nèi)催化劑回收系統(tǒng)附近。所設(shè)置的翅片加熱管橫截面積占裝置徑向橫截面積的25%。
[0052]由氣體入口經(jīng)氣體分布器通入600°C氮氣的同時，將流態(tài)化型催化劑從催化劑入口裝入裝置，其中催化劑主要活性成分為鋅、鉬與ZSM-5分子篩，鋅、鉬與ZSM-5分子篩的質(zhì)量比例分別為1:15與1:1000，其顆粒直徑20-500 μ m,堆積密度為450kg/m3。將催化劑加熱至300°C后，向加熱管通入900°C高溫?zé)煔?，控制第一、第二催化劑床層的溫度分別為530°C與600°C。從氣體入口經(jīng)氣體分布器通入氮氣進行置換，當(dāng)氣體出口的氣體中氧氣體積分?jǐn)?shù)小于0.5%時，通入原料氣體100% 丁烷，控制氣體入口丁烷的重量空速為1H-1，反應(yīng)壓力為IMPa,氣速0.8m/s。原料氣體經(jīng)過兩個催化劑床層后，其轉(zhuǎn)化率大于70%，單程芳烴選擇性烴基大于60%，再經(jīng)催化劑回收系統(tǒng)分離后，從裝置流出得到氣體產(chǎn)品。[0053]將失活催化劑由失活催化劑出口連續(xù)移出進行再生，再生后的催化劑經(jīng)催化劑入口連續(xù)返回流化床裝置。從第一、第二催化劑床層的催化劑入口進入流化床的再生的催化劑質(zhì)量分別占催化劑總質(zhì)量的10%與90%。重復(fù)上述過程，使過程連續(xù)進行。
[0054]本發(fā)明與單段流化床轉(zhuǎn)化技術(shù)相比，原料氣體100% 丁烷轉(zhuǎn)化率大于70%，芳烴選擇性烴基大于60%的催化劑壽命時間延長40%。
[0055]實施例4:
[0056]如圖1所示兩段流化床裝置，外溢流管上部出口位置與其相鄰下方分布板間距離是裝置直徑的1.2倍。外溢流管下部進口位置在第一催化劑床層內(nèi)。兩個催化劑入口分別通入兩個催化劑床層中，第二層催化劑床層催化劑入口位置比裝置外側(cè)外溢流管的上部出口高0.Sm。從外溢流管上部出口進入的催化劑中所含氣體經(jīng)過管線引至裝置內(nèi)催化劑回收系統(tǒng)附近。所設(shè)置的翅片加熱管橫截面積占流化床徑向橫截面積的30%。
[0057]由氣體入口經(jīng)氣體分布器通入300°C氮氣的同時，將流態(tài)化型催化劑從催化劑入口裝入裝置，其中催化劑主要活性成分為鋅與ZSM-5分子篩，鋅與ZSM-5分子篩的質(zhì)量比例為1:10，其顆粒直徑20-20(^111，堆積密度為6501^/1113。將催化劑加熱至250°C后，向加熱管通電加熱，控制第一、第二催化劑床層的溫度分別為650°C與600°C。從氣體入口經(jīng)氣體分布器通入氮氣進行置換，當(dāng)氣體出口的氣體中氧氣體積分?jǐn)?shù)小于0.5%時，通入原料氣體50%丙烷與50% 丁烷(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，控制氣體入口丙烷的重量空速為0.5H-1，反應(yīng)壓力為IMPa，氣速0.2m/s。原料氣體50%丙烷經(jīng)過兩個催化劑床層后，其轉(zhuǎn)化率大于68%，單程芳烴收率碳基大于50%，再經(jīng)催化劑回收系統(tǒng)分離后，從裝置流出得到氣體產(chǎn)品。
[0058]將失活催化劑由失活催化劑出口連續(xù)移出進行再生，再生后的催化劑經(jīng)催化劑入口連續(xù)返回裝置。從第一、第二催化劑床層的催化劑入口進入流化床的再生的催化劑質(zhì)量分別占催化劑總質(zhì)量的90%與10%。重復(fù)上述過程，使過程連續(xù)進行。
[0059]本發(fā)明與單段流化床轉(zhuǎn)化技術(shù)相比，原料氣體50%丙烷轉(zhuǎn)化率大于68%，芳烴選擇性烴基大于50%的催化劑壽命時間延長50%。
[0060]實施例5
[0061]如圖2所示三段流化床裝置，第一與第二催化劑床層間分布板開孔率是第二與第三催化劑床層間分布板開孔率的1.2倍。外溢流管上部出口位置與其相鄰下方分布板間距離是裝置直徑的0.1倍。外溢流管下部進口的位置在第一催化劑床層內(nèi)。三個催化劑入口分別通入三個催化劑床層中，第三層催化劑床層催化劑入口位置比其相鄰裝置外側(cè)外溢流管的上部出口高0.6m。從外溢流管上部出口進入的催化劑中所含氣體經(jīng)過管線引至裝置內(nèi)催化劑回收系統(tǒng)附近。外溢流管上部橫截面積是其下部橫截面積的1.3倍。所設(shè)置的翅片加熱管橫截面積占流化床徑向橫截面積的20%。
[0062]由氣體入口經(jīng)氣體分布器通入600°C氮氣的同時，將流態(tài)化型催化劑從催化劑入口裝入裝置，其中催化劑主要活性成分為銅、銀與ZSM-5分子篩，銅、銀與ZSM-5分子篩的質(zhì)量比例分別為1:12與1: 100，其顆粒直徑20-250 μ m，堆積密度為650kg/m3。將催化劑加熱至300°C后，向加熱管通入900°C高溫?zé)煔?，控制第一、第二、第三催化劑床層的溫度分別為650°C、600°C、530°C。從氣體入口經(jīng)氣體分布器通入氮氣進行置換，當(dāng)氣體出口的氣體中氧 氣體積分?jǐn)?shù)小于0.5%時，通入原料氣體100%丙烷，控制氣體入口丙烷的重量空速為31-11，反應(yīng)壓力為IMPa，氣速0.2m/s。原料氣體經(jīng)過三個催化劑床層后，其轉(zhuǎn)化率大于66%，單程芳烴選擇性烴基大于50%，再經(jīng)催化劑回收系統(tǒng)分離后，從裝置流出得到氣體產(chǎn)品。
[0063]將失活催化劑由失活催化劑出口連續(xù)移出進行再生，再生后的催化劑經(jīng)催化劑入口連續(xù)返回裝置。從第一、第二、第三催化劑床層的催化劑入口進入流化床的再生的催化劑質(zhì)量分別占催化劑總質(zhì)量的50%、40%、10%。重復(fù)上述過程，使過程連續(xù)進行。
[0064]本發(fā)明與單段流化床轉(zhuǎn)化技術(shù)相比，原料氣體100%丙烷轉(zhuǎn)化率大于66%，芳烴選擇性烴基大于50%的催化劑壽命時間延長50%。
[0065]實施例6
[0066]如圖2所示三段流化床裝置，第一與第二催化劑床層間分布板開孔率是第二與第三催化劑床層間分布板開孔率的I倍。外溢流管上部出口的位置與其相鄰下方分布板間距離是裝置直徑的0.8倍。外溢流管下部進口的位置在第一催化劑床層內(nèi)。三個催化劑入口分別通入三個催化劑床層中，第三層催化劑入口位置比其相鄰裝置外側(cè)外溢流管的上部出口高1.5m。從外溢流管上部出口進入的催化劑中所含氣體經(jīng)過管線引至裝置內(nèi)催化劑回收系統(tǒng)附近。外溢流管上部橫截面積是其下部橫截面積的1.2倍。所設(shè)置的翅片加熱管橫截面積占裝置徑向橫截面積的35%。
[0067]由氣體入口經(jīng)氣體分布器通入600°C空氣的同時，將流態(tài)化型催化劑從催化劑入口裝入裝置，其中催化劑主要活性成分為鎵、鉬與ZSM-5及ZSM-1l分子篩，鎵、鉬與ZSM-5分子篩的質(zhì)量比例分別為1:20與1:500，鎵與ZSM-1l分子篩的質(zhì)量比例為1:80，其顆粒直徑30-300 μ m，堆積密度為850kg/m3。將催化劑加熱至300°C后，向加熱管通入700°C高溫?zé)煔猓刂频谝?、第二，第三催化劑床層的溫度分別為600°C、650°C、530°C。從氣體入口經(jīng)氣體分布器通入氮氣進行置換，當(dāng)氣體出口的氣體中氧氣體積分?jǐn)?shù)小于0.5%后，通入原料氣體40%丙烷、30% 丁烷以及30%C5-C7烴，控制氣體入口丙烷的重量空速為0.31-11，反應(yīng)壓力為0.5MPa，氣速0.4m/s。原料氣體40%丙烷經(jīng)過三個催化劑床層后，其轉(zhuǎn)化率大于69%，單程芳烴選擇性烴基大于50%，再經(jīng)催化劑回收系統(tǒng)分離后，從裝置流出得到氣體產(chǎn)品。
[0068]將失活催化劑由失活催化劑出口連續(xù)移出進行再生，再生后的催化劑經(jīng)催化劑入口連續(xù)返回裝置。從第一、第二、第三催化劑床層的催化劑入口進入流化床的再生的催化劑質(zhì)量分別占催化劑總質(zhì)量的50%、30%、20%。重復(fù)上述過程，使過程連續(xù)進行。
[0069]本發(fā)明與單段流化床轉(zhuǎn)化技術(shù)相比，原料氣體40%丙烷轉(zhuǎn)化率大于69%，芳烴選擇性烴基大于50%的催化劑壽命時間延長45%。
[0070]實施例7[0071]如圖2所示三段流化床裝置，第一與第二催化劑床層間分布板的開孔率是第二與第三催化劑床層間分布板的開孔率的1.1倍。外溢流管上部出口的位置與其下方分布板間距離是裝置直徑的1.3倍。從外溢流管上部出口進入的催化劑中所含氣體經(jīng)過管線引至裝置內(nèi)催化劑回收系統(tǒng)附近。外溢流管上部橫截面積是其下部橫截面積的1.5倍。外溢流管下部進口的位置在第一催化劑床層內(nèi)。三個催化劑入口分別通入三個催化劑床層中，第三層催化劑床層催化劑入口的位置比其相鄰裝置外側(cè)外溢流管的上部出口高1.5m。所設(shè)置的翅片加熱管橫截面積占裝置徑向橫截面積的28%。[0072]由氣體入口經(jīng)氣體分布器通入500°C空氣的同時，將流態(tài)化型催化劑從催化劑入口裝入裝置，其中催化劑主要活性成分為鋅、銀、ZSM-5、ZSM-1l分子篩，鋅、銀與ZSM-5分子篩的質(zhì)量比例為1:30與1:20，鋅與ZSM-1l的質(zhì)量比為1:50，其顆粒直徑20-400 μ m，堆積密度為1050kg/m3。將催化劑加熱至280°C，向加熱管通入700°C含80%碳納米粉體的氬氣，控制第一、第二、第三催化劑床層的溫度分別為530°C、570°C與650°C。從氣體入口經(jīng)氣體分布器通入氮氣進行置換，當(dāng)氣體出口的氣體中氧氣體積分?jǐn)?shù)小于0.5%時，通入原料氣體70% 丁烷和30%C5-C7g，控制氣體入口丁烷的重量空速為21，反應(yīng)壓力為0.8MPa，氣速0.6m/s。原料氣體70% 丁烷經(jīng)過兩個催化劑床層后，其轉(zhuǎn)化率大于80%，單程芳烴選擇性烴基大于60%，再經(jīng)催化劑回收系統(tǒng)分離后，從裝置流出得到氣體產(chǎn)品。
[0073]將失活催化劑由失活催化劑出口連續(xù)移出進行再生，再生后的催化劑經(jīng)催化劑入口連續(xù)返回裝置。從第一、第二、第三催化劑床層的催化劑入口進入流化床的再生的催化劑質(zhì)量分別占催化劑總質(zhì)量的10%、40%、50%。重復(fù)上述過程，使過程連續(xù)進行。
[0074]本發(fā)明與單段流化床轉(zhuǎn)化技術(shù)相比，原料氣體70% 丁烷轉(zhuǎn)化率大于80%，芳烴選擇性烴基大于60%的催化劑壽命時間延長50%。
[0075]實施例8
[0076]如圖2所示三段流化床裝置，第一與第二催化劑床層間分布板的開孔率是第二與第三催化劑床層間分布板開孔率的1.4倍。外溢流管上部出口的位置與其相鄰下方分布板間距離是裝置直徑的2倍。從外溢流管上部出口進入的催化劑中所含氣體經(jīng)過管線引至裝置內(nèi)催化劑回收系統(tǒng)附近。外溢流管上部橫截面積是其下部橫截面積的1.4倍。外溢流管下部進口的位置在第一催化劑床層內(nèi)。三個催化劑入口分別通入三個催化劑床層中，第三層催化劑床層催化劑入口的位置比其相鄰裝置外側(cè)外溢流管上部出口高0.4m。所設(shè)置的翅片加熱管的橫截面積占裝置徑向橫截面積的20%。
[0077]由氣體入口經(jīng)氣體分布器通入500°C氮氣的同時，將流態(tài)化型催化劑從催化劑入口裝入裝置，其中催化劑主要活性成分為鋅、銀、ZSM-5、ZSM-11分子篩，鋅、銀與ZSM-5分子篩的質(zhì)量比例為1:30與1:20，鋅與ZSM-1l的質(zhì)量比為1:50，其顆粒直徑20-400 μ m，堆積密度為750kg/m3。將催化劑加熱至250°C，向加熱管通入700°C高溫?zé)煔?，控制第一、第二、第三催化劑床層的溫度分別為620°C、600°C、530°C。從氣體入口經(jīng)氣體分布器通入氮氣進行置換，當(dāng)氣體出口的氣體中氧氣體積分?jǐn)?shù)小于0.5%時，通入原料氣體100%丙烷，控制氣體入口丙烷的重量空速為31，反應(yīng)壓力為IMPa，氣速0.2m/s。原料氣體經(jīng)過三個催化劑床層后，其轉(zhuǎn)化率大于60%，單程芳烴選擇性烴基大于54%，再經(jīng)催化劑回收系統(tǒng)分離后，從裝置流出得到氣體產(chǎn)品。
[0078]將失活催化劑由失活催化劑出口連續(xù)移出進行再生，再生后的催化劑經(jīng)催化劑入口連續(xù)返回裝置。從第一、第二、第三催化劑床層的催化劑入口進入流化床的再生的催化劑質(zhì)量分別占催化劑總質(zhì)量的10%、50%、40%。重復(fù)上述過程，使過程連續(xù)進行。
[0079]本發(fā)明與單段流化床轉(zhuǎn)化技術(shù)相比，原料氣體100%丙烷轉(zhuǎn)化率大于60%，芳烴選擇性烴基大于54%的催化劑壽命時間延長50%。
[0080]實施例9
[0081]如圖3所示四段流化床裝置，第一與第二催化劑床層間分布板的開孔率是第二與第三催化劑床層間分布板的開孔率的I倍，是第三與第四催化劑床層間分布板開孔率的2倍。外溢流管上部出口的位置與其相鄰下方分布板間距離是裝置直徑的0.1倍。從外溢流管上端出口進入的催化劑中所含氣體經(jīng)過管線引至流化床頂部催化劑回收系統(tǒng)附近，進入流化床內(nèi)部。上段的外溢流管的橫截面積是相鄰下段外溢流管橫截面積的1.5倍。外溢流管下端進口的位置在第一催化劑床層內(nèi)。三個催化劑入口分別通入三個催化劑床層中，第四層催化劑床層催化劑入口的位置比其相鄰裝置外側(cè)外溢流管的上端出口高0.4m。所設(shè)置的翅片加熱管橫截面積占裝置徑向橫截面積的20%。
[0082]由氣體入口經(jīng)氣體分布器通入450°C空氣的同時，將流態(tài)化型催化劑從催化劑入口裝入裝置，其中催化劑主要活性成分為銀、ZSM-5、ZSM-11分子篩，銀與ZSM-5分子篩的質(zhì)量比例為1: 20，銀與ZSM-1l分子篩的質(zhì)量比例為1:60，其顆粒直徑30-240 μ m，堆積密度為1070kg/m3。將催化劑加熱至300°C，向加熱管通入800°C含50%碳納米粉體的氬氣，控制第一、第二、第三、第四催化劑床層的溫度分別為6000C，6000C、580°C、530°C。從氣體入口經(jīng)氣體分布器通入氮氣進行置換，當(dāng)氣體出口的氣體中氧氣體積分?jǐn)?shù)小于0.5%時，通入原料氣體100% 丁烷，控制氣體入口 丁烷的重量空速為ItT1，反應(yīng)壓力為0.5MPa，氣速0.4m/
S。原料氣體經(jīng)過四個催化劑床層后，其轉(zhuǎn)化率大于82%，單程芳烴選擇性烴基大于55%，再經(jīng)催化劑回收系統(tǒng)分離后，從裝置流出得到氣體產(chǎn)品。
[0083]將失活催化劑由失活催化劑出口連續(xù)移出進行再生，再生后的催化劑經(jīng)催化劑入口連續(xù)返回裝置。從第一、第二、第三、第四催化劑床層的催化劑入口進入裝置的再生催化劑質(zhì)量分別占催化劑總質(zhì)量的30%、10%、50%，10%。重復(fù)上述過程，使過程連續(xù)進行。
[0084]本發(fā)明與單段流化床轉(zhuǎn)化技術(shù)相比，原料氣體100% 丁烷轉(zhuǎn)化率大于82%，芳烴選擇性烴基大于55%的催化劑壽命時間延長50%。
[0085]實施例10
[0086]如圖3所示四段流化床裝置，第一與第二催化劑床層間分布板的開孔率是第二與第三催化劑床層間分布板的開孔率的1.4倍，是第三與第四催化劑床層間分布板的開孔率的I倍。外溢流管上部出口位置與其相鄰下方分布板間距離是裝置直徑的0.5倍。從外溢流管上部出口進入的催化劑中所含氣體經(jīng)過管線引至裝置內(nèi)催化劑回收系統(tǒng)附近。外溢流管上部橫截面積是其下部橫截面積的1.5倍。外溢流管下部進口的位置在第一催化劑床層內(nèi)。三個催化劑入口分別通入三個催化劑床層中，第四層催化劑床層催化劑量入口位置比其相鄰裝置外側(cè)外溢流管上部出口高0.5m。所設(shè)置的翅片加熱管橫截面積占裝置徑向橫截面積的35%。
[0087]由氣體入口經(jīng)氣體分布器通入550°C空氣的同時，將流態(tài)化型催化劑從催化劑入口裝入裝置，其中催化劑主要活性成分為鎵、ZSM-5、ZSM-11分子篩，鎵與ZSM-5分子篩的質(zhì)量比例分別為1:20，鎵與ZSM-1l分子篩的質(zhì)量比例為1:20，其顆粒直徑30-180 μ m，堆積密度為1300kg/m3。將催化劑加熱至280°C后，向加熱管通電，控制第一、第二，第三，第四催化劑床層的溫度均為600°C。從氣體入口經(jīng)氣體分布器通入氮氣進行置換，當(dāng)氣體出口的氣體中氧氣體積分?jǐn)?shù)小于0.5%時，通入原料氣體100%丙烷，控制氣體入口丙烷的重量空速為2h-1，反應(yīng)壓力為0.8MPa，氣速0.2m/s。原料氣體經(jīng)過四個催化劑床層后，其轉(zhuǎn)化率大于60%，單程芳烴選擇性烴基大于50%，再經(jīng)催化劑回收系統(tǒng)分離后，從裝置流出得到氣體產(chǎn)品O
[0088]將失活催化劑由失活催化劑出口連續(xù)移出進行再生，再生后的催化劑經(jīng)催化劑入口連續(xù)返回裝置。從第一、第二、第三、第四催化劑床層的催化劑入口進入裝置的再生催化劑質(zhì)量分別占催化劑總質(zhì)量的30%、50%、10%, 10%。重復(fù)上述過程，使過程連續(xù)進行。
[0089]本發(fā)明與單段流化床轉(zhuǎn)化技術(shù)相比，原料氣體100%丙烷轉(zhuǎn)化率大于60%，芳烴選擇性烴基大于50%的催化劑壽命時間延長50%。
[0090]實施例11
[0091]如圖3所示四段流化床裝置，第一與第二催化劑床層間分布板的開孔率是第二與第三催化劑床層間分布板的開孔率的1.2倍，是第三與第四催化劑床層間分布板的開孔率的1.5倍。外溢流管上部出口的位置與其相鄰下方分布板間距離是裝置直徑的0.8倍。從外溢流管上部出口進入的催化劑中所含氣體經(jīng)過管線引至裝置內(nèi)催化劑回收系統(tǒng)附近。外溢流管上部橫截面積是其下部橫截面積的1.2倍。外溢流管下部進口位置在第一催化劑床層內(nèi)。三個催化劑入口分別通入三個催化劑床層中，第四層催化劑床層催化劑入口位置比其相鄰裝置外側(cè)外溢流管的上部出口高1.5m。所設(shè)置的翅片加熱管橫截面積占裝置徑向橫截面積的23%。
[0092]由氣體入口經(jīng)氣體分布器通入500°C氮氣的同時，將流態(tài)化型催化劑從催化劑入口裝入裝置，其中催化劑主要活性成分為鋅，鉬，銀與ZSM-5分子篩，鋅、鉬、銀與ZSM-5分子篩的質(zhì)量比例分別為1:30與1:600與1:80，其顆粒直徑30-500 μ m，堆積密度為1050kg/m3。將催化劑加熱至30(TC后，向加熱管(4)通入90(TC高溫?zé)煔?，控制第一、第二，第三，第四催化劑床層的溫度分別為600°C，600°C，58(rC與550°C。從氣體入口經(jīng)氣體分布器通入氮氣進行置換，當(dāng)氣體出口的氣體中氧氣體積分?jǐn)?shù)小于0.5%時，通入原料氣體50%丙烷、45% 丁烷以及5%C5-C7烴，控制流化床中丙烷的重量空速為0.51h-1，反應(yīng)壓力為0.15MPa，氣速0.8m/s。原料氣體50%丙烷經(jīng)過四個催化劑床層后，轉(zhuǎn)化率大于58%，單程芳烴選擇性烴基大于53%，再經(jīng)催化劑回收系統(tǒng)分離后，從裝置流出得到氣體產(chǎn)品。
[0093]將失活催化劑由失活催化劑出口連續(xù)移出進行再生，再生后的催化劑經(jīng)催化劑入口連續(xù)返回裝置。從第一、第二、第三、第四催化劑床層的催化劑入口進入裝置的再生催化劑質(zhì)量分別占催化劑總質(zhì)量的20%、20%、10%, 50%。重復(fù)上述過程，使過程連續(xù)進行。
[0094]本發(fā)明與單段流化床轉(zhuǎn)化技術(shù)相比，原料氣體50%丙烷轉(zhuǎn)化率大于58%，芳烴選擇性烴基大于53%的催化劑壽命時間延長50%。
[0095]實施例12
[0096]如圖3所示四段流化床裝置，第一與第二催化劑床層間分布板的開孔率是第二與第三催化劑床層間分布板的開孔率的1.4倍，是第三與第四催化劑床層間分布板的開孔率的1.4倍。外溢流管上部出口的位置與其相鄰下方分布板間距離是反應(yīng)器直徑的2倍。從外溢流管上端出口進入的催化劑中所含氣體經(jīng)過管線引至流化床頂部催化劑回收系統(tǒng)附近，進入流化床內(nèi)部。上段的外溢流管的橫截面積是相鄰下段外溢流管橫截面積的1.3倍。外溢流管下端進口的位置在第一催化劑床層內(nèi)。三個催化劑入口分別通入三個催化劑床層中，第四層催化劑床層催化劑入口位置比其相鄰裝置外側(cè)外溢流管的上部出口高1.2m。所設(shè)置的翅片加熱管橫截面積占裝置徑向橫截面積的30%。
[0097]由氣體入口經(jīng)氣體分布器通入400°C氮氣的同時，將流態(tài)化型催化劑從催化劑入口裝入四段流化床，其中催化劑主要活性成分為鋅、銅、鉬、ZSM-5分子篩，鋅、銅、銀與ZSM-5分子篩的質(zhì)量比例分別為1:20與1:80與1:300，其顆粒直徑20-350 μ m，堆積密度為680kg/m3。將催化劑加熱至300°C，向加熱管通入800°C高溫?zé)煔?，控制第一、第二，第三，第四催化劑床層的溫度分別為600°C，580°C，55(TC與530°C。從氣體入口經(jīng)氣體分布器通入氮氣進行置換，當(dāng)氣體出口的氣體中氧氣體積分?jǐn)?shù)小于0.5%時，通入原料氣體30%丙烷、60% 丁烷，10%(:5-(:7烴，控制氣體入口丙烷的重量空速為0.31h-1，反應(yīng)壓力為0.5MPa，氣速
0.4m/s。原料氣體30%丙烷經(jīng)過四個催化劑床層后，轉(zhuǎn)化率大于60%，單程芳烴選擇性烴基大于60%，再經(jīng)催化劑回收系統(tǒng)分離后，從裝置流出得到氣體產(chǎn)品。
[0098]將失活催化劑由失活催化劑出口連續(xù)移出進行再生，再生后的催化劑經(jīng)催化劑入口連續(xù)返回裝置。從第一、第二、第三、第四催化劑床層的催化劑入口進入裝置的再生催化劑質(zhì)量分別占催化劑總質(zhì)量的10%、50%、10%, 30%。重復(fù)上述過程，使過程連續(xù)進行。
[0099]本發(fā)明與單段流化床轉(zhuǎn)化技術(shù)相比，原料氣體30%丙烷轉(zhuǎn)化率大于60%，芳烴選擇性烴基大于60%的催化劑壽命時間延長60%。
【權(quán)利要求】
1.一種由烷烴制備芳烴的流化床裝置，包括:氣體入口(I)、氣體出口(7)、氣體分布器(2)以及催化劑回收系統(tǒng)(6)，其中: 所述氣體入口(I)上部與所述裝置底部相連，下部從所述裝置底部伸出， 所述氣體分布器(2)在氣體入口上方，與所述裝置內(nèi)部相連， 所述氣體出口(7)上部從所述裝置頂部伸出，下部與催化劑回收系統(tǒng)(6)上部相連， 所述催化劑回收系統(tǒng)(6)上部與氣體出口相連，下部不接觸所述裝置內(nèi)壁， 其特征在于，所述裝置還包括分布板(3)、加熱管(4)、外溢流管(5)、催化劑入口(8)、失活催化劑出口(9)，其中: 所述分布板(3)與所述裝置內(nèi)壁相連，橫向放置于所述裝置中， 所述加熱管(4)設(shè)置在分布板下方及上方，且加熱管進出口與所述裝置內(nèi)壁相連，所述外溢流管(5 )下部開口通入最底層催化劑床層內(nèi)，外溢流管上部與所述裝置縱向平行， 催化劑入口(8)下部與所述裝置左側(cè)壁相連，上部從所述裝置左側(cè)壁傾斜向上伸出，所述失活催化劑出口(9)上部與所述裝置右側(cè)壁相連，下部從所述裝置右側(cè)壁傾斜向下伸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述分布板將所述裝置分為2—4個催化劑床層，用于堆放催化劑；催化劑床層從下至上為第一催化劑層，第二催化劑層，第三催化劑層，第四催化劑床層；每.個催化劑床層有I個催化劑入口，且最頂層催化劑入口位置在外溢流管上部出口位置上方0.4-1.5m，每個催化劑入口進入所述裝置的再生催化劑質(zhì)量占該層催化劑總質(zhì)量的10-50%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于，所述分布板為橫向多孔分布板，數(shù)量為I一3個，其中第一與第二催化劑床層間所述分布板開孔率是第二與第三催化劑床層間所述分布板開孔率的I 一 1.4倍，是第三與第四催化劑床層間所述分布板開孔率的I一 2倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述加熱管的管束與所述裝置橫向平行，加熱管外表面為翅片結(jié)構(gòu)，且各個翅片間隔一米分布，相鄰兩端翅片上的槽道不完全對應(yīng)，加熱管橫截面積為所述裝置徑向橫截面積的20— 35%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述外溢流管上部出口位置與其下方相鄰分布板距離是所述裝置直徑的0.1-2倍，所有外溢流管下部進口位置都在最底層催化劑床層內(nèi)，在三段床裝置與四段床裝置中，外溢流管上部橫截面積是其下部橫截面積的1.2-1.5倍，從外溢流管上部出口進入的催化劑中所含氣體經(jīng)過管線引至所述裝置內(nèi)催化劑回收系統(tǒng)附近。
6.一種使用權(quán)利要求1所述流化床裝置由烷烴制備芳烴的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)加入催化劑的同時通入氣體； (2)通電或通入介質(zhì)至加熱管； (3)通入原料氣體； (4)分離氣體產(chǎn)品和催化劑； (5)回收催化劑； (6)得到氣體產(chǎn)品；(7)催化劑再生； (8)循環(huán)上述過程。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，所述步驟(I)裝入催化劑的同時，由氣體入口經(jīng)氣體分布器通入300— 600°C氮氣或空氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，所述步驟(2)的介質(zhì)為輕質(zhì)碳納米材料和惰性氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，所述步驟(2)的介質(zhì)溫度為700-900°C，直接加熱催化劑床層溫度為530— 650°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，所述步驟(3)通入原料氣體前，由氣體入口經(jīng)氣體分布器通入氮氣進行置換。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，所述烷烴是丙烷和/或丁烷，或是丙烷和/或丁烷與C5-C7非芳烴的混合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述方法，其特征在于，所述步驟(4)前，原料氣體經(jīng)過催化劑床層后，在530—650°C時，丙烷轉(zhuǎn)化率為45% — 80%，芳烴選擇性烴基為46% — 55% ;丁烷轉(zhuǎn)化率為58% — 80%，芳烴選擇性烴.基大于55%。
【文檔編號】C07C15/00GK103464061SQ201310392479
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】騫偉中, 湯效平, 魏飛, 王彤, 崔宇, 高長平, 黃曉凡, 丁煥德 申請人:清華大學(xué), 華電煤業(yè)集團有限公司