[发明专利]利用催化氢燃烧加热的低碳烯烃制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备低碳烯烃的方法，更具体地说，本发明涉及一种利用催化氢燃烧直接加热方式的制备低碳烯烃的方法。

背景技术

石油化工是关系到国计民生的支柱型产业，石油化工规模和水平是一个国家整体实力的体现。现有的石油化工过程，如烃类蒸汽转化(合成气、制氢)、催化重整过程、脱氢过程、裂解裂化等过程，反应温度大多在500℃以上，而且是吸热反应，需要专门设置加热炉燃烧碳氢化合物采用间接外加热的方式，致使石油烃类物料加热至高温以满足物料达到反应温度及化学反应过程需热的要求。比如目前工业上制取低碳烯烃主要采用的管式反应器高温蒸汽裂解的方法中，石脑油物料被反应器外部燃烧大量碳氢化合物以间接外加热方式加热。利用烟气尾气余热可以将石脑油物料加热到550-650℃，这个温度仅是物料进入管式反应器的初始温度，在炉膛内还需要进一步提高石脑油温度到大约800-900℃并保证反应过程的热量需求。因此，石脑油进行蒸汽裂解需要消耗大量的碳氢燃料。随着科技的进步，采用间接外加热的方式中，乙烯裂解炉虽然热效率可以提高到94％左右，但为保证反应温度及反应吸热，管式反应器外壁需要能承受1100℃左右的高温，必须采用价格昂贵的极限耐高温合金材料，加大了设备投资的费用。碳氢化合物燃烧释放出大量的碳氧化物和氮氧化物，污染环境。正是因为以上的两个主要因素，蒸汽裂解制烯烃反应温度的继续提高和经济效益的提升都受到严重的限制。由此可见，以蒸汽热裂解为代表的石油化工中原料烃类的各种高温加热反应过程，都面临着高能耗、投资费用昂贵以及由于碳氢化合物燃烧产生碳氧化物和氮氧化物而带来的环境问题。在全球石化资源日趋紧张、环境问题日益严重的今天，如何改善石油化工过程中石油烃类物料高温加热过程的高温传热效果，提高传热效率，节约能量并减少环境污染已经成为制约石油加工过程继续发展的一个重要因素。

由于能源问题的重要性，人们一直在化石资源以外寻找新的能量来源，其中比较引人瞩目的是氢能。其原因在于：不仅氢燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍；而且燃烧的产物是水而不产生碳氧化物和氮氧化物，是世界上最干净的能源。更重要的是氢气来源广泛，可通过煤、石油、天然气、甲醇重整化工过程制氢；还可以通过生物方法制氢；将来还可以利用太阳能、风能等可再生能源发电，然后电解水制氢。正因为如此，国际上氢能研究从20世纪90年代以来受到特别的重视。通过近研究者们的不断努力，各国都在廉价方法制氢研究中取得了许多新成果，为氢能的广泛利用打下了坚实的基础。

本专利的目的是提供一种以催化氢燃烧直接供能方式加热石油烃类以制备低碳烯烃的方法，利用选择性催化氢燃烧技术采用直接加热方式加热石油烃类到所需温度以进行低碳烯烃制备的过程。与现有的低碳烯烃制备过程中石油烃类间接外加热过程相比，利用本专利提供的技术，采用内部直接供热方式，避免了能量在介质传递过程中的损失，将可以改善传热效果，提高传热效率，节约能量并保护环境，是促进低碳烯烃制备过程持续发展的有效途径之一。

本专利中所指的选择性催化氢燃烧技术，是指在石油烃类环境中，利用催化剂选择燃烧氢气释放能量用来加热共存的石油烃类，以达到提高石油烃类温度的目的。目前选择性催化氢燃烧技术的报道集中在烷烃/芳烃脱氢的过程中。

专利US4376225公开了一种丙烷的脱氢-氢燃烧工艺。反应原料和中间物流首先通过间接外加热方式升温至温度略低于脱氢反应床层所需的进料温度(约600℃)；其后，物料在接近脱氢床层处进行选择性氢燃烧反应，一方面消除中间物流中携带的氢气从化学平衡的角度提高丙烷的转化率，一方面进一步提高物流温度从热力学角度提高丙烷转化率。

专利CN8610619A、US4599471、US4739124分别公开了一种乙苯脱氢-氢燃烧工艺，反应器为一个多床层的轴向反应器，第一床层为脱氢反应区，第二床层为氢燃烧反应区，第三床层为脱氢反应区，第四床层为氢燃烧反应区，第五床层为脱氢反应区。在这个工艺过程中，原料乙苯进入脱氢反应器前是通过传统的间接外加热方式达到脱氢反应温度的，而氢燃烧反应发生在两个脱氢反应器之间，物流的温度从大约500℃升高到600℃。通过氢燃烧技术的采用，一方面消除了氢气有利于反应平衡的移动从而提高转化率，一方面也可以提高物流的温度从热力学角度提高转化率。