一種烷烴脫氫制烯烴循環(huán)流化床反應(yīng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及一種烷烴脫氫制烯烴反應(yīng)裝置，具體的，涉及一種烷烴脫氫制烯烴循 環(huán)流化床反應(yīng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 丙烯、丁烯等是重要的基本有機化工原料，以丙烷、丁烷為原料，經(jīng)脫氫生產(chǎn)丙烯 和丁烯，理論上屬于原子經(jīng)濟反應(yīng)，且產(chǎn)物除了高附加值的丙烯和丁烯外，還有煉廠需求更 為迫切的氫氣。
[0003] 丙烷、丁烷脫氫制丙烯和丁烯，反應(yīng)有以下三方面的特點：反應(yīng)為較強的吸熱反 應(yīng)，在0.lMPa、25°C的反應(yīng)熱分別高達(dá)124. 3和117. 6kJ/mol;在典型的反應(yīng)溫度條件下，反 應(yīng)受熱力學(xué)平衡的限制，平衡轉(zhuǎn)化率不高，且壓力升高平衡轉(zhuǎn)化率明顯下降；催化劑結(jié)焦失 活較快。
[0004] 烷烴脫氫反應(yīng)是較強的吸熱反應(yīng)；受熱力學(xué)平衡的限制，單程轉(zhuǎn)化率不高，大量的 未反應(yīng)的烷烴需要跟產(chǎn)物分離后再循環(huán)回反應(yīng)器，需要重復(fù)進行氣化、升溫、反應(yīng)、冷卻和 分離這些消耗能量的過程。這些都導(dǎo)致脫氫反應(yīng)能耗較高。
[0005] 此外，反應(yīng)需要吸收大量的熱量，高效率地給反應(yīng)供熱，是反應(yīng)器選擇、設(shè)計必須 注意的問題。
[0006] 烷烴脫氫制烯烴催化劑結(jié)焦失活快，意味著催化劑需要頻繁燒焦再生。
[0007] 無論從催化劑的燒焦再生，還是從給反應(yīng)高效率供熱的角度看，循環(huán)流化床都是 最理想的，盡管循環(huán)流化床無法解決熱力學(xué)平衡限制的問題。多年來研宄人員一直努力，試 圖開發(fā)氧化脫氫過程，以打破熱力學(xué)平衡，然而，直至今日，仍然看不到突破的希望。
[0008] 丙烷、丁烷脫氫成熟的技術(shù)只有俄羅斯的FBD-4技術(shù)采用了類似于IV型催化裂化 的循環(huán)流化床技術(shù)，STAR、Catofin用的是固定床，UOP的Oleflex采用的是移動床。FBD-4 技術(shù)最大的問題在于采用Cr系催化劑，存在嚴(yán)重的環(huán)保問題。這也是無可奈何的事情，因 為目前的脫氫催化劑只有兩個選擇，要么Cr系的，要么Pt系的，前者有毒，后者昂貴。顯然， 循環(huán)流化床是不可能選擇昂貴的Pt系催化劑的。
[0009] 在丙烷、丁烷脫氫催化劑和循環(huán)流化床反應(yīng)裝置方面，中國專利ZL20111012 3675. 1公開了環(huán)保型金屬氧化物脫氫催化劑及循環(huán)流化床反應(yīng)裝置，中國專利申請 CN201310102624、CN201310102680、CN201310014789 和CN201210536414 公開了金屬硫化物 催化劑及循環(huán)流化床反應(yīng)裝置。
[0010] 這些循環(huán)流化床反應(yīng)裝置都存在著如何避免反應(yīng)器結(jié)焦，鑒于此，特提出本申請。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本申請的一個目的是提供一種烷烴脫氫制烯烴的流化床反應(yīng)裝置，該反應(yīng)裝置可 以很好地避免沉降器和油氣管線出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。
[0012] 本申請的另一個目的提供上述反應(yīng)裝置內(nèi)進行的烷烴脫氫制烯烴的方法。
[0013] 本申請的再一個目的提供一種脫氫催化劑再生器，該再生器提高了氣體燃料燃燒 的安全性，保證燃料充分燃燒和催化劑充分燒焦，減小煙氣與催化劑的溫差，提高能量的利 用率。
[0014] 本申請的最后一個目的提供一種催化劑再生的方法。
[0015] 為實現(xiàn)本申請的目的，采用如下技術(shù)方案：
[0016] 一種烷烴脫氫制烯烴的流化床反應(yīng)裝置，所述的反應(yīng)裝置為變徑的罐體，罐體自 下而上分為氣提段、反應(yīng)段和催化劑沉降段，其中，催化劑沉降段的直徑大于反應(yīng)段的直 徑，在沉降段內(nèi)設(shè)有換熱組件。
[0017] 進一步，換熱組件設(shè)在催化劑沉降段的內(nèi)部，原料與高溫油氣換熱，利用原料的氣 化、升溫迅速為高溫油氣降溫。
[0018] 本申請的反應(yīng)裝置中，為了達(dá)到降低氣速以使催化劑沉降的目的，沉降段的直徑 要大于反應(yīng)段的直徑，沉降段的最大直徑與反應(yīng)段的直徑之比為4/1?1. 1/1，優(yōu)選2/1? 1. 3/1〇
[0019] 進一步，所述的換熱組件可以為蛇管換熱器或串聯(lián)換熱箱式換熱器，優(yōu)選串聯(lián)換 熱箱式換熱器。
[0020] 進一步，本申請所述的換熱器組件包括1?20組換熱器，優(yōu)選2?8組換熱器。
[0021] 其中，每組換熱器有1-50個換熱箱串聯(lián)方式連通，其優(yōu)選3-15個換熱箱串聯(lián)方式 連通。
[0022] 所述的串聯(lián)換熱箱式換熱器包括幾個并列放置的箱體，每個箱體的相對側(cè)面設(shè)有 進、出口，箱體的頂部設(shè)有出氣口，各箱體側(cè)面的進、出口通過連接管相連通，所述的每個箱 體頂部的出氣口通過集氣管相連通。
[0023] 所述的箱體的形狀優(yōu)選為板式箱體，采用其他形狀也可以。
[0024] 所述的氣提段的直徑與密相流化反應(yīng)段的直徑比為1/10?2/1，其優(yōu)選1/3? 1/1〇
[0025] 具體的，氣提段的長度根據(jù)反應(yīng)器和再生器的壓力平衡來確定，是本領(lǐng)域技術(shù)人 員根據(jù)實際情況可以確定的。
[0026] 進一步，在氣提段內(nèi)設(shè)有擋板。優(yōu)選的，所述的擋板的形狀為人字形。
[0027] 進一步，在氣提段下端設(shè)有氣體介質(zhì)分布器，優(yōu)選的，氣體介質(zhì)分布器為環(huán)形管， 在環(huán)形管上設(shè)有噴嘴。
[0028] 進一步，擋板設(shè)在氣體介質(zhì)分布器的上方。
[0029] 進一步，在氣提段內(nèi)設(shè)有兩層以上的擋板。
[0030] 本申請在氣提段內(nèi)設(shè)置的人字形擋板用于改善氣提介質(zhì)從催化劑孔道中置換出 油氣的效果。
[0031] 進一步，經(jīng)換熱器出來的氣態(tài)原料經(jīng)進料口進入反應(yīng)器，所述的進料口位于在密 相流化反應(yīng)段底部。進料可以直接用噴嘴噴入反應(yīng)器，也可以用帶有若干個噴嘴的環(huán)管，即 原料先經(jīng)環(huán)管分布后再從噴嘴噴入反應(yīng)器。
[0032] 在密相流化反應(yīng)段內(nèi)、進料口的上部設(shè)有格柵。
[0033] 進一步，在密相流化反應(yīng)段內(nèi)、進料口的上部設(shè)有2?10層格柵。格柵的設(shè)置可 以促進原料與催化劑充分接觸反應(yīng)。
[0034] 在反應(yīng)器頂端設(shè)有油氣出口，催化劑沉降段內(nèi)設(shè)有旋風(fēng)分離器，旋風(fēng)分離器與油 氣出口相連。
[0035] 本申請?zhí)峁┑耐闊N脫氫制烯烴的反應(yīng)器可以與現(xiàn)有技術(shù)公開的催化劑再生器結(jié) 合進行循環(huán)流化脫氫反應(yīng)。
[0036] 在現(xiàn)有的循環(huán)流化床脫氫裝置沉降段和油氣線（高溫油氣從反應(yīng)器到后續(xù)分離 系統(tǒng)的連接管線）存在著嚴(yán)重的結(jié)焦現(xiàn)象，影響裝置的正常運轉(zhuǎn)。結(jié)焦快的，一個星期到一 個月，就必須停產(chǎn)清焦，不僅影響經(jīng)濟效益，還存在著嚴(yán)重的安全和環(huán)境風(fēng)險。
[0037] 裝置結(jié)焦的主要原因是在沉降段內(nèi)脫氫生成的烯烴在高溫條件下與催化劑繼續(xù) 長時間接觸發(fā)生深度脫氫反應(yīng)，生成二烯烴，二烯烴在高溫條件下迅速縮聚，生成不易揮發(fā) 的化合物，沉積在裝置的器壁上。這些不易揮發(fā)的化合物在高溫條件下逐漸炭化，積累到一 定程度，就會影響裝置的正常運轉(zhuǎn)?？梢?，沉降器內(nèi)的高溫，是裝置生焦的決定性因素。
[0038] 采用本申請的烷烴脫氫反應(yīng)裝置，對沉降段油氣降溫措施，可迅速將離開反應(yīng)器 床層的高溫油氣，迅速降溫至500°C以下，可有效阻斷烯烴深度脫氫生成二烯烴的反應(yīng)，且 大幅度降低二烯烴的縮聚反應(yīng)。實驗室中試裝置運行結(jié)果表明，采用沉降段油氣冷卻措施 后，裝置連續(xù)運行1個月，沉降段和油氣管線內(nèi)沒有焦炭；而不采取冷卻措施，運行兩天就 有大量的焦炭沉積在沉降段的器壁和油氣管線內(nèi)。因而，采用高溫油氣冷卻措施，可以從根 本上解決在一個運行周期（1?3年）內(nèi)因裝置結(jié)焦而導(dǎo)致的非計劃停工問題。同時，高溫 油氣的熱能也能重新利用用來氣化或加熱原料，節(jié)約了能耗。
[0039] 一種利用上述反應(yīng)裝置的烷烴脫氫制烯烴的方法，包括：原料進入熱交換器內(nèi)，經(jīng) 換熱后進入密相流化反應(yīng)段，在密相流化反應(yīng)段，原料與催化劑接觸進行催化脫氫反應(yīng)，油 氣在密相流化反應(yīng)段內(nèi)的平均停留時間在0. 2s?30s，反應(yīng)溫度在400?670°C之間。
[0040] 進一步，在密相流化反應(yīng)段內(nèi)，油氣在密相流化反應(yīng)段內(nèi)的平均停留時間在 1.Os?8. 0sD
[0041] 進一步，在密相流化反應(yīng)段內(nèi)，反應(yīng)溫度在550?620°C之間。
[0042] 本申請中，在密相流化反應(yīng)段內(nèi)，氣體表觀速率在0. 05?3m/s，優(yōu)選的，氣體表觀 速率在0. 2?1. 2m/s。
[0043] 所述的脫氫催化劑可以為現(xiàn)有技術(shù)公開的用于烷烴脫氫制烯烴的催化劑，譬