[发明专利]一种低碳烷烃化学链氧化脱氢制烯烃工艺

说明书

本发明涉及一种低碳烷烃(C2‑C5)化学链氧化脱氢制烯烃工艺的设计。该工艺所用催化剂为一种新型双功能催化剂，使用一种具有携氧功能的金属氧化物作为氧载体为氧化脱氢反应提供晶格氧，其上负载具有脱氢功能的金属活性组分。该工艺可以用固定床、循环流化床或移动床为反应器，在氧化脱氢反应过程中，金属活性组分作为脱氢活性中心，在其上发生烷烃脱氢生成烯烃的反应，氧载体中携带的晶格氧可以选择性地与脱氢反应产生的H2反应，将其氧化为水蒸气，反应结束后，失去晶格氧的催化剂在空气中氧化再生，补充晶格氧的同时除去积炭，恢复反应活性。与传统工艺相比，本发明将脱氢产生的H2进行原位氧化，大大提高了烷烃的转化率和烯烃产率，本工艺能够同时满足催化反应和催化剂再生的要求，可使脱氢反应在较低的温度下进行，且氧化再生后的催化剂携带大量热量，可以供给脱氢反应，实现了脱氢过程自供热操作，这些设计将大大减少能量消耗。

技术领域

本发明涉及催化脱氢技术领域，具体涉及一种低碳烷烃化学链氧化脱氢制烯烃的工艺过程。

背景技术

近年来，石化行业对低碳烯烃需求量日益增长，传统石脑油裂解和催化裂化过程获得低碳烯烃的工艺已不能满足市场需求，因此，寻求合理高效的烯烃生产方法，已经成为我国和全球石化企业的迫切需要。低碳烷烃催化脱氢制烯烃技术备受关注，成功发展低碳烷烃脱氢制烯烃技术不仅可以提高油气资源的利用率，更能生产出高附加值的低碳烯烃产品，这项技术的发展与推广兼具社会效益与经济效益。因此，如何将利用率较低的低碳烷烃转化为低碳烯烃是炼化企业急需解决的一大难题。现有的工业化烷烃脱氢技术均为使用铂系(CN 105582919 A，CN 104588009 A)和铬系(CN 105749986 A，CN 103796078 A)催化剂的无氧脱氢工艺，但铂系催化剂成本高、易烧结失活且对原料中硫含量要求很高，少量的硫即可使铂系催化剂失活；铬系催化剂对人体和环境毒害过大且脱氢活性不如铂系催化剂，运行稳定性差。从工艺操作来说，无氧脱氢工艺受热力学平衡限制，需要在高温、低压的环境中才能达到较好的丙烷转化率和丙烯产率，操作能耗高，且在高温中烷烃和烯烃极易发生深度裂解和缩聚反应，造成烯烃选择性降低和催化剂积炭失活，需对催化剂进行频繁再生操作。与无氧脱氢相比，氧化脱氢反应是一个不受热力学平衡限制的放热反应，易于向正反应方向进行，可以在温度较低的条件下进行，降低了能量消耗和副反应发生，催化剂积炭少，从而使催化剂能够在较长时间内保持较高的活性。因此，氧化脱氢是低碳烷烃脱氢制烯烃更为理想的工艺。

专利CN 107428636 A，JP 2010-90083 A描述了由正丁烯氧化脱氢制造丁二烯的方法，两方法均采用正丁烯和氧气混合进料，同时通入大量惰性气体如氮气避免爆炸危险，此种进料方式需要大量高成本的浓缩氮气作为保护气体。同时，在氧气气氛中，高温下烃类极易发生多种副反应，如深度氧化反应或生成多种高沸点的沉积物组分，不仅导致烯烃选择性大幅下降，且反应后产物冷却、分离成本很高。

可以看出，目前氧化脱氢工艺中普遍存在的问题主要有：进料过程需要高能耗的空气压缩机；氧化脱氢反应路径复杂，对催化剂的性能要求很高；副产物难以分离，且分离设备复杂，操作能耗大，含氧原料在脱氢反应过程中存在安全隐患；烷烃、烯烃发生多种复杂的副反应，导致反应器内存在局部热点，目标产物的选择性大大降低。因此，迫切需要一种新型的氧化脱氢方法，克服目前氧化脱氢工艺中存在的诸多问题。