本发明专利技术属于石油化工生产领域，具体地，涉及一种乙烷氧化脱氢制乙烯的装置及方法。乙烷氧化脱氢制乙烯的装置包括主反应管，主反应管的侧面设有1～8根支管，催化剂填装于主反应管内形成催化剂床层，催化剂床层的侧面覆盖所有支管的出口；氧气气源、乙烷气源、惰性气体气源合并成一路流入主反应管进气口；氧气气源通过氧气支管截止阀后、乙烷气源通过乙烷支管截止阀后合并成一路流向多个支管。乙烷氧化脱氢制乙烯的方法，包括以下步骤：填装催化剂、控制主管道的工艺参数、控制支管道的工艺参数。本发明专利技术可在催化剂床层中提供多个节点调节氧气和乙烷的流速之比，乙烯产率得到明显的提高，可高达18％；同时可降低催化剂的结碳速率、延长其使用周期。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于石油化工生产领域，具体地，涉及一种。乙烷氧化脱氢制乙烯的装置包括主反应管，主反应管的侧面设有1～8根支管，催化剂填装于主反应管内形成催化剂床层，催化剂床层的侧面覆盖所有支管的出口；氧气气源、乙烷气源、惰性气体气源合并成一路流入主反应管进气口；氧气气源通过氧气支管截止阀后、乙烷气源通过乙烷支管截止阀后合并成一路流向多个支管。乙烷氧化脱氢制乙烯的方法，包括以下步骤：填装催化剂、控制主管道的工艺参数、控制支管道的工艺参数。本专利技术可在催化剂床层中提供多个节点调节氧气和乙烷的流速之比，乙烯产率得到明显的提高，可高达18％；同时可降低催化剂的结碳速率、延长其使用周期。【专利说明】
本专利技术属于石油化工领域，具体地，涉及一种，利用该装置及方法制乙烯。
技术介绍
小分子烯烃，尤其是乙烯(C2H4)，是众多化工产品生产的基本原料。以氧气(O2)和乙烷(C2H6)为原料的乙烷氧化脱氢(ODHE)制取乙烯相对于目前的工业生产方式来说具有一些明显的优点和良好的应用前景。虽然该方法目前还没有实现工业化，然而其潜在的巨大经济价值仍然刺激了人们对其进行巨大的研发投入。由ODHE生产乙烯亟待解决的一个核心问题是，如何使得整个催化反应体系(反应管道+催化剂)同时给出较高的乙烷转化率和乙烯选择性，解决这个问题具有很大的挑战性。大量基础研究表明，如果要得到较高的乙烷转化率，必须提高o2/c2H6的量比。然而由于副反应的存在，提高F(O2)/F(C2H6)比值往往导致副反应的增加，从而降低了产物中乙烯的选择性。由于乙烯产率是乙烷转化率和乙烯选择性之积，因此必须选择合适的F(O2)/F(C2H6)比值，以使得乙烯产率达到最大。通常情况下F(O2)/F(C2H6)比值小于I。传统的固定床反应器(具有一个进气口和一个出气口)是ODHE反应最常用的反应器类型，其特点是催化剂床层为固定于反应管的中间，反应气流流经催化剂床层后发生反应得到产物气流。如上所述，对于一个固定的催化剂床层，理论上要得到最佳的乙烯产率，存在一个最合适的F(O2)/F(C2H6)比值。但是由于氧气和乙烷反应之间的计量关系并不是按照初始的F (O2)/F (C2H6)比值进行的，因此从催化剂床层不同截面上看流过的气流组成，F(O2)/F(C2H6)比值必然存在着不断的变化。因此，如何在固定床反应器中调控者不同截面上的F(O2)/F(C2H6)比值，使其总是保持在最佳F (O2)/F (C2H6)比值附近，从而提高乙烯产率，成为一个关键问题。ODHE属于烷烃氧化脱氢(ODH)反应的一种，现有的技术信息中可看到大量关于ODH反应器改进和相关反应工艺的研究，目前尚无对上述类似问题进行解决的工艺。中国专利CN100404481C公开了一种在微孔道进行烷烃或乙苯进行氧化脱氢的方法，专利技术人发现使用微孔道比使用更大的反应器相比，前者氧化脱氢性能更优越。该专利主要是通过反应器的几何尺寸去影响烷烃氧化脱氢的催化性能，但是在单一的微孔道中，烷烃和氧气的进料比例将决定于其进入反应管的初始值以及催化剂自身的性能，无法再催化剂床层中进行进料比例的调控。而且，微通道反应器相对于常规尺寸的反应器价格昂贵，这限制了其应用前景。美国专利US4939124公开了一种多种催化剂区间的烷烃脱氢-氧化反应器。反应器被隔成多个区间，交替填装着脱氢催化剂和氧化催化剂。该反应器同时利用氧化反应的放热效应和脱氢反应的吸热效应，以达到对能量的有效利用。该反应器结构和操作都比较复杂，工艺参数众多。然而也无法实现催化剂床层中进行进料比例的调控。类似地，美国专利US5997826公开了通过顺序反应器将C4烷烃转化成烯烃的方法，其反应器至少包括三个区，即催化脱氢工艺区、氧气混合区和催化氧化区。其中，混合区中的流速大于催化剂区。Tonkovich 等人在文献(Chemical Enoineerin O Science, Vol.51, N0.5, pp.789-806, 1996)中报道使用膜反应器来实现对ODHE反应的乙烯选择性和乙烯产率的提高。其中关于反应器部分的描述可见其中PP.793-794的文字和附图。该反应器主要通过多孔性Al2O3膜实现O2在轴向上的分布。然而这种分布主要决定于初始的O2浓度和膜的性质，无法实现催化剂床层中多点的任意气体组分调节。综上所述，尽管人们针对烷烃的氧化脱氢生成工艺改进进行了巨大努力，然而目前尚缺乏在固定床反应器的单一催化剂床层内，对于烷烃的ODH反应进行氧气和烷烃流速比进行调控的技术和相关工艺。特别是对于ODHE生产过程来说，如何在固定床反应器中调控者不同截面上的F(O2)/F(C2H6)比值，使其总是保持在最佳F (O2)/F (C2H6)比值附近，从而提闻乙稀广率，成为一个关键技术问题。
技术实现思路
为克服现有乙烷氧化脱氢制取乙烯的反应器所存在的缺陷，本专利技术提供一种；该装置可以实现在催化剂床层的有限个截面上独立调控氧气与乙烷流速比的目的，从而使得乙烯产率相对于传统的固定床反应器得到提闻。为实现上述目的，本专利技术采用下述方案:一种乙烷氧化脱氢制乙烯的装置，包括:主反应管，主反应管具有主反应管进气口、主反应管出气口 ；主反应管的侧面设有I?8根支管，多个支管允许气体从主反应管的侧面流入主反应管；催化剂填装于主反应管内形成催化剂床层，催化剂床层的侧面覆盖所有支管的出口，保证从支管进入的气体必定经过催化剂床层；氧气气源通过第一主管流量控制器后、乙烷气源通过第二主管流量控制器后、惰性气体气源通过第三主管流量控制器后合并成一路流入主反应管进气口，从主反应管出气口流出；氧气气源、乙烷气源、惰性气体气源的流量分别通过第一主管流量控制器，第二主管流量控制器和第三主管流量控制器来控制；氧气气源通过氧气支管截止阀后、乙烷气源通过乙烷支管截止阀后合并成一路，流向上述支管，并由支管的出口从主反应管的侧面流入主反应管；所有流经催化剂床层的气体最终都从主反应管出气口流出，形成产物气。乙烷氧化脱氢制乙烯的方法，使用上述乙烷氧化脱氢制乙烯的装置，其特征在于，包括以下步骤:步骤一、填装催化剂；步骤二、控制主管道的工艺参数；步骤三、控制支管道的工艺参数。相对于现有技术，本专利技术具有如下有益效果:(I)、解决了乙烷氧化脱氢制取乙烯的一个工艺难点，即可在固定床反应器装置中，催化剂床层中存在多个节点可以自由调节氧气和乙烷的流速之比。(2)、对于相同的负载型N1、V、Mo类催化剂床层，在优化的操作方法下，使用本专利技术的固定床反应器装置与使用传统的固定床反应器装置相比，乙烯产率得到明显的提高，目iu提闻程度可闻达18%。(3)、由于使用本专利技术的固定床反应器装置可以在催化剂下游床层加入一定量的氧气，因此降低了催化剂的结碳速率，延长了其使用周期。虽然该效果本身不是本专利技术的目的，但是专利技术人在执行过程中预计并证实了这个积极效果的存在。(4)、该型固定床反应器装置从原理上看，具有较好的普适性，即类似工艺较容易移植到其它烷烃的氧化脱氢体系；催化剂的类型也可以自由选择。因此本专利技术具有很好的拓展应用空间。【专利附图】【附图说明】图1为乙烷氧化脱氢制乙烯的装置结构示意图。图中，1、主反应管；2、主反应管进气口 ；3、主反应管出本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种乙烷氧化脱氢制乙烯的装置，包括：主反应管，主反应管具有主反应管进气口、主反应管出气口；其特征在于：主反应管的侧面设有1～8根支管，所有支管允许气体从主反应管的侧面流入主反应管；催化剂填装于主反应管内形成催化剂床层，催化剂床层的侧面覆盖所有支管的出口，保证从支管进入的气体必定经过催化剂床层；氧气气源通过第一主管流量控制器后、乙烷气源通过第二主管流量控制器后、惰性气体气源通过第三主管流量控制器后合并成一路流入主反应管进气口，从主反应管出气口流出；氧气气源、乙烷气源、惰性气体气源的流量分别通过第一主管流量控制器，第二主管流量控制器和第三主管流量控制器来控制；氧气气源通过氧气支管截止阀后、乙烷气源通过乙烷支管截止阀后合并成一路，流向上述各个支管，并由支管的出口从主反应管的侧面流入主反应管；所有流经催化剂床层的气体最终都从主反应管出气口流出，形成产物气。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林旭锋，席燕燕，鲁晓明，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。