[发明专利]用于烃转化的方法和反应器

说明书

本发明涉及用于烃气体转化的反应器(12,128,198)和方法，其利用了具有独特的进料组件(58,136,200)的反应器(12,128,198)，所述进料组件具有原始涡旋盘状入口流动空间(72,74,76,80,146,148,150,152,208,216,218)、会聚‑发散涡旋混合室(116)和圆柱形反应器室(40)。该设计产生了小燃烧区和通过具有收缩颈部(54)的会聚导管(48)的进料气体的向内涡旋流体流动模式。这提供了适合于烃诸如乙烷的有效裂解以形成烯烃的条件。

技术领域

本发明涉及用于将各种烃转化以生产更有价值的产物的转化方法以及 用于这种转化的反应器设计。

背景

BASF开发了一种用于生产乙炔的单级燃烧热解方法，该方法在美国专 利号5,789,644中进行了描述。该方法已在德国和美国使用多个反应器以50 KTA的规模工业化。在该方法中，天然气用作烃进料而纯氧用作氧化剂以 产生热，这对于生产乙炔至关重要。这两种料流在扩散器中预混合，并且 使用燃烧器单元通过部分氧化使经预混合的富含燃料的气体燃烧。这种设 计的主要缺点是在各种原料和操作条件下预混火焰的回火风险以及使用多 个燃烧器(这增加了总操作成本)、控热困难以及转化为烯烃产品的碳收率低。 此外，尽管乙炔曾经是化学品的构建单元，但在过去的六十到七十年中， 烯烃已成为化学工业的构建单元，人们希望直接生产烯烃，而不是使用乙 炔的间接加氢路线。

常规水蒸汽裂解器是工业上使长链烃断裂和将较小的烷烃(即，石脑油、 丁烷、乙烷)变为更小的分子和烯烃诸如乙烯和丙烯的必不可少的反应器。 在这样的裂解器中，重质气体(诸如石脑油、液化石油气(LPG)、丙烷和乙烷) 与水蒸汽一起进料到炉中并转化为更小的烯烃。将水蒸汽添加到该工艺中 以增加以合理转化率转化为烯烃的选择性。通常，该工艺在高温下(即，750℃ 至900℃)进行并且停留时间为约100-500毫秒。在过去的五十年中已经对 该工艺进行了优化，但是仍然存在明显的缺点。这些缺点包括与单独的放 热步骤(炉中的燃烧)和吸热步骤(工艺管道中的裂解)相关的热量损失和复杂 性。燃烧和工艺侧惰性化合物的存在也影响整体效率。反应器的冶金学限 制也限制了可以使用的温度。理想地，较高的温度和较短的接触时间导致 更好的选择性并转化为更小的烯烃。在这些常规工艺中还会发生焦化堵塞， 这会增加资本成本和操作费用，并且这还防止某些重质进料裂解。还缺乏 原料的灵活性，因为通常仅针对某些类型的原料对工艺裂解器进行优化。 通常，这些裂解器也在小于200kPa的工艺压力运行，这增加了下游操作的 资本成本。

提出的本发明解决了这些常规反应器的许多缺点。

概述

用于烃转化的反应器系统包括具有限定反应室的反应器壁的反应器容 器。反应器系统包括反应器入口组件，所述反应器入口组件具有会聚导管， 所述会聚导管具有围绕中心纵轴并从会聚导管的相对的上游端和下游端延 伸的圆周壁。圆周壁的宽度从下游端和上游端到位于会聚导管的下游端和 上游端之间的环形收缩颈部逐渐变细。会聚导管的下游端与反应器的反应 室流体连通。会聚导管的上游端形成反应器入口组件的入口。

反应器系统的进料组件与反应器入口组件的入口流体连通，其中中心 纵轴穿过进料组件。进料组件包括下游进料组件壁，下游进料组件壁周向围 绕反应器入口组件的上游端延伸并连接反应器入口组件的上游端，下游进 料组件壁定向成垂直或基本垂直于中心纵轴。上游进料组件壁沿中心纵轴 在下游进料组件壁的上游轴向间隔并且垂直或基本垂直于中心纵轴延伸。 上游气体分隔壁和下游气体分隔壁各自在下游进料组件壁和上游进料组件 壁之间轴向间隔并且轴向彼此间隔。上游气体分隔壁和下游气体分隔壁或 其圆周部分定向成垂直或基本垂直于中心纵轴。上游气体分隔壁和下游气 体分隔壁中的至少一个在会聚导管上游的某个位置处终止以限定围绕会聚 导管的中心纵轴的中心开口。上游环形入口流动空间被限定在上游进料组 件壁和上游分隔壁之间。下游环形入口流动空间被限定在下游进料组件壁 和下游气体分隔壁之间。