[发明专利]改进的吸热烃转化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及改进的循环的、吸热的烃转化工艺以及涉及用于实现该工艺的催化剂床系统。具体地，改进工艺包括使烃原料与多组分催化剂床接触，其中催化剂床包括第一组分和第二组分，所述第一组分为被特定地设计为将烃进料转化为预定产物或产物混合物的催化剂，所述第二组分在被暴露于还原反应条件和/或氧化反应条件之后产生热。

背景技术

多种吸热烃转化工艺被用于商业操作。这些工艺包括Houdry循环固定床脱氢工艺、流化床链烷烃脱氢工艺、流化床乙苯脱氢工艺和流化床催化裂化工艺、以及其他工艺。由于这些工艺是吸热的，必须从周围消耗热以便发生烃转化反应。在这些工艺的每一种中，至少一种反应是通过使烃进料与催化剂接触来促进的。此外，在这些工艺的每一种中，存在再生催化剂的至少一种还原反应和/或氧化反应。发生吸热反应所需要的热部分地通过在转化工艺期间沉积在催化剂上的焦炭和其他不期望的副反应物的燃烧来提供。这一燃烧在再生工艺期间发生。然而，通常需要另外的热，且这由在烃转化循环之间从外部源被供给到催化剂床的热空气或蒸汽提供。

作为例子，在美国专利2,419,997中教导的典型Houdry脱氢工艺中，脂族烃经过脱氢催化剂床。当脂族烃通过催化剂床时，该烃被脱氢成其互补烯烃。然后，从催化剂床除掉该烯烃，该催化剂被再生且被还原，且重复此循环。这一脱氢反应是高度吸热的。因此，在脱氢步骤期间，接近于催化剂床入口(脂族烃最初进入催化剂床的地方)的温度可被降低多达100℃。这一温度降低引起烃转化的降低。此外，在脱氢步骤期间，焦炭通常形成并沉积在催化剂上，这进一步降低了催化剂的活性。

为了再加热催化剂床并移除已经沉积在催化剂上的焦炭，使用被加热到高达700℃的温度的空气，反应器被清除烃，且然后经历再生步骤。由通过该床的热空气且也由沉积在催化剂上的焦炭的燃烧来向该床提供热。使用诸如氢气的还原气体，在脱氢步骤之前的催化剂的还原也提供一些热。在再生期间，热空气从催化剂床的入口流到出口。这一再生循环通常相对短，因此存在该床的入口显著地比该床的出口热的倾向，但由于Houdry脱氢工艺中的循环之间的定时，催化剂床并没有时间来进行热平衡。因而，当脂族烃被再次供给到反应器中时，该床的出口区域仍比该床的入口区域冷。该床的入口的高温易于引起不期望的副产物的形成，且因而降低了所期望的烯烃的选择性和收率。另一方面，该床的出口的较低温度并不允许催化剂的完全利用，且因而烯烃收率低于另外预期或期望的收率。而且，由于催化剂床中的焦炭分布并不是独立可控参数，所以该床内的热分布也不容易控制。这些因素中的每一种影响所得到的催化剂床温度分布并使得难以控制该床内的温度分布。

在美国专利2,423,835中，Houdry教导，通过在催化剂床内包括能够吸收或储存热的、可以随后按照期望或需要被释放的“惰性”物质，催化剂床温度可以被控制在适于进行反应的温度范围内，而不要求外部加热流或冷却流循环通过或环绕反应室。在用于固定床反应器的商业实践中，这通常通过把脱氢催化剂和粒状α-氧化铝“惰性”物质的物理混合物用作催化剂床来获得。尽管惰性物质的添加为该工艺提供可逆的吸热装置，并帮助稳定反应器中的全局温度振荡，但该惰性物质并既不能为该工艺提供额外的热，也不能在该工艺的任何阶段期间产生热。因此，即使有催化剂和惰性物质的组合使用，仍然需要额外的热源。

难题在于识别用于控制吸热工艺的催化剂床中的温度分布的商业可行方法。理想地，任何此类方法将允许把热增加到催化剂床的预定部分而不需要使用产生大量不需要的副产物的催化活性材料。

发明内容

本发明是改进的吸热的烃转化工艺以及用于实现该工艺的催化剂床系统。具体地，改进工艺包括使烃与多组分催化剂床以这样的方式反应，该方式使得催化剂床内的温度在整个工艺的所有阶段中保持在受控温度范围内。多组分催化剂床包括与产热材料物理混合的反应特异性催化剂。任选地，可以将如本领域已知的惰性物质与催化剂和产热材料进一步物理地组合。产热材料以这样的方式将热添加到催化剂床，该方式使得出口区域的床被保持在足够高的温度以有效地将烃转化为烯烃。在一个示例性的实施方案中，所述工艺为Houdry脱氢工艺，反应特异性催化剂为常规铬基脱氢催化剂，且产热材料为载于铝酸钙载体上的氧化铜，且任选地存在的惰性物质为α-氧化铝。

附图说明

图1为在将丙烷转化为丙烯期间装载有55vol.％(体积百分比)标准催化剂和45vol.％α-氧化铝的绝热反应器中温度分布的图示。