[发明专利]一种制备丁二烯用流化床反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种流化床反应器，尤其是一种实现丁烯高效氧化脱氢生成丁二烯的流化床反应器。

背景技术

丁二烯是最简单的共轭二烯烃，其结构式为：CH₂=CH-CH=CH₂，属于有机化合物，它是许多石化产品的中间体。丁二烯是一种重要的石油化工产品，是生产合成橡胶及其他高分子合成材料的重要单体，在工程塑料和有机化工产品的合成方面也有广泛应用。利用丁二烯和苯乙烯共聚可以生产各种用途的树脂，使得丁二烯在树脂生产中也逐渐占有重要地位。此外，丁二烯还用于生产己二腈、四氢呋喃等，因而也是重要的基础化工原料。丁二烯在精细化学品生产中也有很多用处，以丁二烯为原料可制得四氢苯酐、环丁烯砜等精细化学品。

目前，丁二烯的生产方法主要有碳四馏分分离法及合成法(包括催化脱氢和氧化脱氢)。

以石脑油或柴油为裂解原料生产乙烯时，副产的碳四馏分中丁二烯含量高达50%，工业上均采用萃取精馏方法来分离其中的丁二烯。该法曾提供了90%以上的丁二烯供应量，但其缺陷也很明显：成本较高，能耗过大，不是生产丁二烯的独立工艺。随着丁二烯需求的迅猛增加，分离法已不能满足需要，因此需要发展专门生产丁二烯的独立工艺。

催化脱氢法是一种生产丁二烯的独立工艺，但该法存在诸多问题：反应转化率较低，能耗高，蒸汽用量大，高温导致裂解、二次反应以及催化剂积炭问题严重。所以该法并不适于丁二烯的商业化生产。

氧化脱氢法也是一种生产丁二烯的独立工艺，它利用氧气夺取丁烯中的两个氢原子，生成丁二烯和水。与催化脱氢法相比，氧化脱氢法的优势明显：由于生成了稳定的水，氧化脱氢中丁烯的平衡转化率理论上接近100%，这比催化脱氢有大幅提高；氧化脱氢为放热反应，无需额外的热量供应，减小了能耗；氧化脱氢在较低温度即可获得较高的丁二烯产率，且低温和氧气能有效抑制裂解反应以及催化剂表面焦炭的沉积；氧化脱氢反应还生成了水，减小了该工艺对水资源的消耗。该方法是制备丁二烯的先进有效独立工艺，它问世后便逐渐取代催化脱氢法，成为商业化制备丁二烯的重要技术路线。

丁烯氧化脱氢制丁二烯的反应器目前主要采用两种床型，即固定床和挡板流化床。

固定床结构相对简单，其突出的问题是：易出现局部高温区而导致催化剂积炭严重，转化率和收率低，生产成本过高，操作条件苛刻，工业放大困难。

挡板流化床反应器操作于鼓泡或湍动流态化状态，与固定床相比其优势在于：反应器内气固传热、传质速率高，温度分布均匀；床内换热管传热效果很好，易于控制床温处于最佳反应温度；工业放大性能优异，宜于大规模操作；催化剂的装卸补充比较方便。这些优点使得挡板流化床反应器特别适用于氧化脱氢法的工艺体系，因此挡板流化床氧化脱氢制丁二烯技术得到了普遍应用，是目前工业制备丁二烯的主流技术。挡板流化床反应器中设置的挡板能够抑制气泡生长、破碎大气泡、提高流化质量，这改善了气体和催化剂的接触，抑制了气体的轴向返混，有利于提高转化率和选择性。但挡板流化床氧化脱氢法仍存在一些问题：挡板对气泡的抑制作用有限，挡板床中仍存在气泡，导致挡板床反应器中的丁烯转化率(～69%)和丁二烯收率(～62%)仍相对较低；挡板的存在限制了催化剂颗粒的轴向混合，进而造成反应器轴向温度分布不均，对反应不利；设置挡板使反应器结构非常复杂，设备制造和检修困难，初投资费用高。

发明内容

本发明的目的是针对现有挡板流化床丁烯氧化脱氢制丁二烯技术中存在的丁烯转化率和丁二烯收率低的问题，提供一种具有丁烯转化率高、丁二烯收率高、结构简单的流化床反应器。

为了达到本发明的目的，采用的技术方案如下：

本发明的流化床反应器，它是由提升段、旋风分离器、伴床和连接段构成，提升段底端设有卸料口，在提升段中部和下部内置上换热器和下换热器，在下换热器下方设有下进气喷嘴，在上换热器和下换热器之间设有中进气喷嘴，在上换热器上方设有上进气喷嘴，提升段顶端出口与旋风分离器的进口连接，旋风分离器的固体出口通过回料管与伴床相连，在回料管上设有进料口，伴床底端设有卸料口，伴床下部内置气体分布器，气体分布器之上有外置换热器，在伴床的气体分布器下方设有流化气入口，位于下进气喷嘴上方的提升段通过连接段与位于气体分布器上方的伴床相连。