[发明专利]一种结合选择性氢燃烧技术的烃类裂解制取低碳烯烃的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种烃类裂解制取低碳烯烃的方法，更具体地说，本发明涉及一种结合选择性氢燃烧技术的烃类催化裂解制取低碳烯烃的方法。

背景技术

众所周知，由石油烃裂解生产低碳烯烃是一个高温强吸热过程。目前最常见的石油饱和烃生产低碳烯烃如乙烯、丙烯和丁二烯等的方法为蒸汽裂解法。世界上大约99％的乙烯和50％以上的丙烯通过该方法生产。由于蒸汽裂解方法生产目前已经在非常苛刻的条件下进行操作，例如裂解炉辐射段炉管的末期温度达到或者超过1125℃，物料在辐射段炉管中的停留时间缩短到0.2s甚至更短。因此在现有的技术水平下，石油饱和烃蒸汽裂解方法生产乙烯、丙烯和丁二烯等低碳烯烃的改进的可能性已经很小。

鉴于这种情况，目前正在研究适用于石脑油的固定床催化裂解技术，如CN1480255A、CN1380898A、CN1915920A、CN1565732A。相对于蒸汽热裂解，由于催化剂的存在，不仅可以降低裂解温度，而且可以提高低碳烯烃的选择性，因而受到广泛的重视。但是，固体催化剂加入反应管后所造成的外部能量供应效率的降低以及由此带来的反应温度分布不均匀的缺点，导致固定床催化裂解工业应用中放大过程的能量供应难以解决，成为固定床催化裂解技术发展过程中的一个难题。

可见，由于石油烃裂解过程的高温强吸热特性，现有工业上采用的蒸汽热裂解工艺和正在研究中的催化裂解工艺过程，分别面临着由于外部间接加热方式造成超高温的巨大能量需求和传热效率低下的问题。为了继续推动石油烃转化制备低碳烯烃技术的发展，仍需要提供一种以石油饱和烃为原料生产低碳烯烃，同时能够解决催化裂解工艺放大过程中能量供应问题的方法。

从能量供应的方式角度看，以US4812597、US4914249等专利形成的SMART苯乙烯工艺提供了有益的借鉴。该工艺采用氢燃烧催化剂使乙苯部分脱氢后反应物流中的氢气在乙苯/苯乙烯等碳氢物种存在的情况下选择性燃烧，利用氢燃烧产生的能量以直接加热的方式把物流的温度提高到能够发生脱氢反应的温度(大约600℃)再次脱氢，从而取代了传统的段间间接外加热方式。SMART苯乙烯工艺成功实施的关键是开发出了高性能的氢燃烧催化剂，可以在芳烃存在的情况下选择性的燃烧氢气，以直接加热的方式提供能量从而改善物流高温供热过程的传热效果，提高传热效率，节约能量。

基于以上事实，利用选择性氢燃烧直接加热技术供应烃类裂解制低碳烯烃过程的能量所需，在选择性氢燃烧催化剂作用下通过选择燃烧氢气的方式释放其化学能，以直接加热的方式来提高石油烃原料的温度到可以进行后续烃类转化反应的程度，将是改善传热效果，提高传热效率，节约能量，改进石油烃转化制备低碳烯烃技术的有效途径之一。

发明内容

为解决现有技术中存在的能量供应问题，本发明提供一种结合选择性氢燃烧技术的烃类催化裂解制取低碳烯烃的方法，即利用氢燃烧反应产生的热量直接加热烃类裂解原料并提供裂解反应所需能量的制备低碳烯烃的方法。

本发明提供的一种结合选择性氢燃烧技术的烃类催化裂解制取低碳烯烃的方法是这样实现的，

本发明的方法包含以下步骤：

a)烃类裂解原料和氢气组成的物流通过常规换热达到200℃后进入氢燃烧加热器；

b)在氢燃烧加热器中装有选择性氢燃烧催化剂，在该催化剂的作用下，氢气与外部供给的氧气或空气发生燃烧反应将物流加热至550℃；其中，氧气或空气入口处氢气与氧气的摩尔比范围为2～10∶1；在离开氢燃烧加热器的物流中，氧气的摩尔浓度小于1％；

c)来自b步骤的物流进入绝热式氢燃烧催化裂解反应器；在所述绝热式氢燃烧催化裂解反应器中装有混合均匀的选择性氢燃烧催化剂和催化裂解催化剂；在所述绝热式氢燃烧催化裂解反应器中，氧气或空气入口处氢气与氧气的摩尔比范围为2～10∶1，在离开绝热式氢燃烧催化裂解反应器的物流中，氧气的摩尔浓度小于1％；

d)从所述绝热式氢燃烧催化裂解反应器中流出的物流，经分离和提纯得到低碳烯烃。

在步骤b)、c)中，外部供给的氧气或者空气必须和含有氢气的裂解烃类原料分开进入氢燃烧加热器和绝热式氢燃烧催化裂解反应器。

在具体实施中，

在步骤b)中：

氢燃烧加热器中外部供给的氧气或空气的进料口为沿物流方向平行分布；

氧气或空气入口处氢气与氧气的摩尔比范围为2～6∶1；

每个进料口加入的氧气或空气的量使本段物流的温度升高不超过50℃，物流不断吸收氢燃烧反应放出的热量逐步升高至550℃左右；

在离开氢燃烧加热器的物流中，氧气的摩尔浓度小于0.5％；