[发明专利]将正丁烷转化为异丁烷的系统和方法

说明书

公开了用于使正丁烷异构化以形成异丁烷的系统和方法。将分段反应器系统用于异构化正丁烷。该分段反应器系统包含分段反应器，该分段反应器包含通过第一热交换器分开的第一催化剂床和第二催化剂床。第一催化剂床中的催化剂不与第二催化剂床中的催化剂接触。在使正丁烷异构化的放热过程中，第一热交换器从由第一催化剂床流到第二催化剂床的中间产物中提取热量，以提高正丁烷的转化率。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年8月28日提交的美国临时专利申请第62/551180号的优先权的权益，该临时申请的全部内容通过引用并入本文。

发明领域

本发明总体上涉及化学转化方法和相关的反应器设计。更具体地，本发明涉及使用分段催化剂床而使烷烃异构化的系统和方法。

发明背景

异丁烷用于生产甲基叔丁基醚(MTBE)，这是一种常见的汽油辛烷值提升剂。通常，异丁烷是通过使用铂浸渍的铝氧化物或氧化铝的双官能催化剂使正丁烷异构化而生产的。因为用于正丁烷异构化的催化过程在气相中进行，所以通常对主要包含正丁烷的进料流进行加热，直到其完全气化，然后再与催化剂接触。正丁烷异构化反应是放热的。因此，为了实现正丁烷向异丁烷的高转化率，期望在反应过程中除去热。

为了在整个异构化过程中保持进料正丁烷气化并除去由正丁烷异构化产生的反应热，常规系统通常利用两个串联的分离的固定床反应器来使正丁烷异构化。在每个反应器的出口处除去反应热。然而，由于催化剂性能和反应热的不断变化，独立控制每个反应器入口的温度可能很复杂。通常在整个过程中对反应器入口的温度进行连续调节。因此，为了在除去由异构化反应产生的热量的同时，准确且独立地控制每个反应器的温度，在每个反应器的出口处安装了多个热交换列。因此，这些系统的过程控制可能非常复杂，从而使用常规系统的使正丁烷异构化的设备成本和操作成本可能是很高的。需要对用于使正丁烷异构化的系统和方法进行改进。

发明内容

已经发现一种使正丁烷异构化以形成异丁烷的方法。通过使用包括第一催化剂床和第二催化剂床的分段反应器，其中在第一催化剂床和第二催化剂床之间设置有热交换器，可以使用改进的过程控制和过程优化来有效地除去反应热，与用于丁烷异构化的常规系统相比，这可以降低设备成本。

本发明的实施方案包括使正丁烷异构化以形成异丁烷的方法。该方法可以包括使包含正丁烷的进料流流入反应器。反应器可包括第一催化剂床、第二催化剂床和设置在它们之间的热交换器。第一催化剂床和第二催化剂床可以是分开的，以使得第一催化剂床中的催化剂不与第二催化剂床中的催化剂接触。该方法还可以包括在第一催化剂床中使进料流中的至少一些正丁烷异构化以形成第一量的异丁烷。该方法还可以包括使包含第一量的异丁烷的中间产物从第一催化剂床流到热交换器。该方法还可以包括通过热交换器冷却中间产物以形成冷却的中间产物，并使冷却的中间产物流到第二催化剂床。该方法还可以包括在第二催化剂床中使冷却的中间产物中的至少一些正丁烷异构化以形成第二量的异丁烷。甚至，该方法可以包括使包含第一量的异丁烷和第二量的异丁烷的产物流从第二催化剂床流出。