[发明专利]生产烯烃的绝热反应器

说明书

发明领域

本发明涉及改进的生产烯烃的方法。在一个方面，本发明的方法使用通过热解炉的旋管将烃进料部分地转化为烯烃，接着在绝热反应器中进一步转化烃进料。在另一个方面，使用高温反应器将甲烷或天然气转化为烯烃。

背景技术

烯烃，例如乙烯和丙烯，是用于生产例如聚乙烯和聚丙烯的有价值的烃。通常，通过热裂解烃进料来生产烯烃。在热裂解工艺中，较重的烃(例如石脑油)在升高的温度下进行裂解，从而生产含2-4个碳原子的烯烃。

有几种裂解较重的烃来生产烯烃的方法。在一种常用的方法中，让进料通过其中具有大量旋管的炉，从而在炉中加热要转化的进料。设置旋管来提高从炉内至旋管中进料的热传递。进料被加热和裂解，来自旋管的裂解料流在出口处骤冷以终止裂解反应。

用这种方式裂解烃导致形成包括焦炭的多种副产品。焦炭在旋管内表面形成，抑制从炉向烃进料的热传递。在旋管中形成焦炭的量与烃进料的转化程度直接相关。由于辐射热输送到金属旋管，焦炭沉积会抑制热传递并导致金属旋管温度升高，这可能导致旋管损坏。在某些时刻，焦炭污垢抑制热传递，必须将旋管从生产线上取出来除焦炭。通常，除焦炭通过使用蒸汽和空气烧掉旋管内的焦炭而进行。由于除焦过程需要关停设备，在除焦过程中反应器中烯烃的生产暂停。

为了减少形成的焦炭量，可向进料加入稀释蒸汽。例如，在一种现有方法中，烃进料进入热解炉，通过炉中对流工段中的一个或多个旋管。向每个旋管加入稀释蒸汽，从而维持恒定的蒸汽-进料比，通常为每磅烃进料提供0.3-0.6磅蒸汽。在进入辐射工段之前，蒸汽/进料混合物在炉的对流工段中可以进一步加热，将蒸汽/进料混合物加热至烃裂解和转化为烯烃所需的温度。混合物中的稀释蒸汽能减少管道中焦炭的形成。再将从旋管出来的料流骤冷，将粗产品送去存储或加工。

但即使使用稀释蒸汽，焦炭的形成仍是一个问题。在一些方法中，在热解炉的下游使用绝热反应器，使得烃向烯烃的转化得以改进，同时减少了辐射区中旋管的结垢。在这些方法中，使用上述类型的热解炉并控制反应条件(特别是温度和流速)，从而减少炉中旋管内烃向烯烃的转化。旋管内转化的减少使得焦炭的形成减少。使用下游绝热反应器来进一步将进料转化为烯烃，从而提高整体的转化。但即使在这些方法中，焦炭的形成仍需要定期停机来除焦炭。

在上述方法中，使用较重的烃(例如石脑油)作为进料。使用较轻的烃(例如甲烷或天然气)作为进料来生产烯烃受到限制，这是因为甲烷的转化需要引发剂或相对高的温度(高于1100℃)。所需的温度高于热解炉通常能达到的温度。例如，从甲烷生产烯烃的本森方法(Benson process)使用氯作为高温自由基引发剂。这种方法产生很强的腐蚀性条件，因此昂贵并难以操作。

另一种将甲烷转化为烯烃的方法是甲烷的氧化偶联。在这种方法中，甲烷部分燃烧，需要合适的催化剂来促进转化反应。

由于甲烷和天然气丰富并且与其它烃相比较便宜，人们希望有一种改进的将甲烷和天然气转化为烯烃的方法。还希望有一种裂解石脑油或其它烃的方法，使得反应器或热解炉除焦炭的停机时间减少。

发明概述

本发明涉及改进的从烃进料生产烯烃的方法。在所述方法的一个实施方式中，使用具有多个旋管的热解炉来裂解烃进料。在操作的第一时段中，所述多个旋管中的一个或多个载有烃进料和稀释蒸汽的混合物，所述多个旋管中其余的旋管仅载有蒸汽。在热解炉中，将旋管的内容物加热。在载有烃和蒸汽混合物的一个或多个旋管中，将烃加热至足以将烃部分转化为烯烃的温度。控制温度和停留时间，以达到理想的烃转化程度。

在仅载有蒸汽的旋管中，使旋管中的蒸汽过热。混合旋管料流并送至绝热反应器，进行进料向烯烃产物的进一步转化。混合旋管料流使得流体-流体热传递得以发生，在绝热反应器中烃进料向烯烃转化所需的能量由过热的蒸汽提供。将绝热反应器的产物送至骤冷单元，以降低气体温度并终止转化反应。骤冷单元的产物流可以送去存储或进一步加工。

由于单独的蒸汽可以用来对结垢的辐射旋管除焦，在选定的时间之后，通过管道的流通物可以切换，热解炉进行第二时段操作。在操作的第二时段中，只有蒸汽流通通过之前包含烃进料的旋管。这些旋管在操作的第一时段中沉积的焦炭减少或被消除，这是由于蒸汽温度高，且操作持续时间长。在操作的第二时段结束时，通过旋管的流通物可以再次切换，从而对在操作的第二时段中用于烃裂解的旋管进行除焦。通过这种方式可以按需要改变物料流，从而实现烃向烯烃的理想转化。通过依次改变旋管中载有的物料，可以对旋管在线除焦，使得停机离线除焦之间的运行时间更长。