[发明专利]用于烯烃生产的方法

说明书

技术领域

本发明属于由相应烷烃的催化脱氢生产烯烃（烯类，olefin）的领域。本发明进一步涉及用于生产烯烃的装置，并且涉及膜反应器用于减少烷烃催化脱氢中焦炭形成（coke formation）的应用。本发明具体涉及由丙烷生产丙烯。

背景技术

链烯烃化合物（烯烃）在许多化学工业中广泛使用。仅举几个实例，用于生产石油化工产品，如合成橡胶、塑料、发动机燃料掺混添加剂。在烯烃中，丙烯是世界上第二大石油化学商品，其是聚丙烯的前体，其作为包装材料和户外衣物用于日用产品。

现今，通常通过轻油馏分的蒸汽裂化（SC）和流化催化裂化（FCC）得到轻烯烃（例如，乙烯、丙烯、异丁烯）。例如，大多数丙烯在蒸汽裂化器中作为副产物（co-product）（>55%）产生以及在FCC单元中作为副产品（约35%）产生，而只有小部分（<10%）是通过替代技术如丙烷脱氢产生的。

就SC和FCC而言，焦炭形成（coking）和副反应是其中的主要缺点。蒸汽裂化的另一个缺点是其对期望产品相对低的选择性。在受限的可能性下产生各种各样的产品。这是该方法的非催化性质所固有的。

根据反应方程式（1），烷烃的催化脱氢作为从低成本的饱和烃（烷烃）原料获得烯烃的途径逐渐成为石油化学工业中处于发展中的领域：

CnH2n+2↔CnH2n+H2---(1)]]>

与常规裂化技术相比，催化脱氢可以在较低的温度下提供更好的选择性，还降低积碳速率。

脱氢反应的具体性质决定了反应条件、工艺设计和催化剂的性质。链烷烃脱氢反应是高度吸热的（对于丙烷约30kcal/mol）并且目标产物的产率受热力学平衡的限制。根据勒沙特利耶（Le Chatelier’s）原理，较高的转化率将需要较高的温度或较低的压力。在用于生产单烯烃的有些简化形式中，其可以表示为下式（2）：

X32=KPKP+P---(2)]]>

其中，x_e是平衡转化率，P是总的绝对压力且K_p是用于脱氢反应的平衡常数。

图1显示了在大气压下用于总反应（1）的平衡状态图。获得等转化（iso-conversion）所必须的温度取决于分子中碳原子的数目：该值越低，温度越高。为了达到在平衡状态下乙烷和丙烷的90%转化率，分别需要高达900℃和750℃的温度（在大气压下）。为了获得70%的转化率，相应的温度是790℃和660℃。