【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本公開涉及氧化脫氫(odh)反應(yīng)器系統(tǒng)以改善用于乙烯生產(chǎn)的odh設(shè)備的性能。
技術(shù)介紹
1、將烷烴催化氧化脫氫成相應(yīng)的烯烴是蒸汽裂化的替代方案。與蒸汽裂化相反，氧化脫氫(odh)可以在較低的溫度下操作并且通常不產(chǎn)生焦炭。對于乙烯生產(chǎn)，odh可以提供比蒸汽裂化更高的乙烯產(chǎn)率。odh可以在具有用于將烷烴轉(zhuǎn)化為相應(yīng)烯烴的催化劑的反應(yīng)容器中進行。在低級烷烴(例如乙烷)向相應(yīng)的烯烴(例如乙烯)的轉(zhuǎn)化中可能生成作為副產(chǎn)物的乙酸。產(chǎn)物烯烴和副產(chǎn)物乙酸可以各自從odh反應(yīng)器流出物中回收。
2、二氧化碳是通過人類活動排放的主要溫室氣體。二氧化碳(co2)可以在各種工業(yè)和化學(xué)工廠設(shè)施中產(chǎn)生。在此類設(shè)施處，更有效地利用能量可以減少該設(shè)施處的co2排放，并因此降低該設(shè)施的co2足跡。
3、專利技術(shù)概述
4、氧化脫氫(odh)反應(yīng)器系統(tǒng)和操作odh反應(yīng)器系統(tǒng)的方法。在操作中，提供具有乙烷、氧氣和稀釋劑的進料以產(chǎn)生流經(jīng)odh反應(yīng)器的管側(cè)的反應(yīng)混合物。乙烷經(jīng)由管側(cè)上的odh催化劑轉(zhuǎn)化為乙烯。冷卻劑被引導(dǎo)通過odh反應(yīng)器的殼側(cè)，以便在第一冷卻段中將管側(cè)保持在第一溫度，并在第二冷卻段中保持在第二溫度，其中第一溫度低于第二溫度。
5、該odh反應(yīng)器系統(tǒng)可以包括超過一個odh反應(yīng)器。對于具有串聯(lián)的超過一個odh反應(yīng)器的odh反應(yīng)器系統(tǒng)，可以在odh反應(yīng)器之間注入氧氣。可以將氧氣注入到上游odh反應(yīng)器的產(chǎn)物流出物中，所述產(chǎn)物流出物進料到下游odh反應(yīng)器中。在實施方式中，可以冷卻級間產(chǎn)物流出物以適應(yīng)氧氣注入。
7、附圖概述
8、圖1是具有將乙烷脫氫成乙烯的odh反應(yīng)器系統(tǒng)的odh設(shè)備的圖。
9、圖2和2a是示例性多管式固定床反應(yīng)器的示意圖。
10、圖3、4、4a、5、6、7、8、9、10、11和12是可以為圖1的odh反應(yīng)器系統(tǒng)的odh反應(yīng)器系統(tǒng)的圖。
11、圖13是乙烷、氧氣和水蒸氣的混合物在300℃和500千帕(kpa)絕對壓力下的可燃性圖的一個實例的三元圖。
12、圖14和15各自是操作具有至少一個odh反應(yīng)器的odh反應(yīng)器系統(tǒng)的相應(yīng)方法的方框流程圖。
13、實施方案詳述
14、本技術(shù)的實施方案涉及將烷烴(例如乙烷)脫氫成相應(yīng)的烯烴(例如乙烯)的氧化脫氫(odh)反應(yīng)器系統(tǒng)。多個方面涉及降低odh設(shè)備(設(shè)施)的能耗的odh反應(yīng)器系統(tǒng)的配置。例如，一些方面涉及降低烷烴進料中稀釋水蒸氣的量，由此降低odh設(shè)備的能耗的配置。
15、該odh反應(yīng)器可以在氧氣的存在下經(jīng)由odh催化劑將乙烷脫氫成乙烯。可以從odh反應(yīng)器流出物中分離乙烯以產(chǎn)生產(chǎn)物乙烯。
16、圖1是具有將乙烷脫氫成乙烯的odh反應(yīng)器系統(tǒng)102的odh設(shè)備100。乙烷脫氫成乙烯可以是乙烷與氧氣經(jīng)由odh催化劑反應(yīng)以產(chǎn)生乙烯。odh反應(yīng)器系統(tǒng)102可以是具有唯一的odh反應(yīng)器的單反應(yīng)器系統(tǒng)(例如下面討論的配置1-7)或具有在操作上串聯(lián)布置的超過一個odh反應(yīng)器的多反應(yīng)器系統(tǒng)(例如下面討論的配置8-13)。在配置1-13中可以并聯(lián)包含附加的odh反應(yīng)器，以便在odh設(shè)備處實現(xiàn)所需量的乙烯生產(chǎn)能力。該odh反應(yīng)器可以是在管側(cè)上具有odh催化劑的多管式固定床反應(yīng)器，并且其中冷卻劑(例如熔鹽)在殼側(cè)上流動以便從管側(cè)移除反應(yīng)熱。
17、除了配置odh反應(yīng)器系統(tǒng)102以試圖減少在進料104中實施的稀釋水蒸氣的量來降低odh設(shè)備的能量消耗之外，考慮因素還可以包括通過從odh反應(yīng)器回收熱量以產(chǎn)生用于odh設(shè)備100的水蒸氣106來提高能量效率。例如，來自從反應(yīng)器中排出的冷卻劑(如在殼側(cè)中加熱的)的熱量和/或來自從odh反應(yīng)器中(從管側(cè))排出的工藝流出物的熱量可用于加熱鍋爐給水并使其蒸發(fā)為水蒸氣。
18、odh反應(yīng)器系統(tǒng)102可以具有唯一的odh反應(yīng)器110，或者可以具有在操作上串聯(lián)的附加odh反應(yīng)器112。此外，可以在操作上并聯(lián)地包括附加的類似配置的odh反應(yīng)器，以提高乙烯生產(chǎn)能力。對于多反應(yīng)器系統(tǒng)，串聯(lián)的第一odh反應(yīng)器110可以將流出物作為進料排放至第二odh反應(yīng)器112。在具有odh反應(yīng)器系統(tǒng)102作為多反應(yīng)器系統(tǒng)的某些實施方式中，流出物108可以從串聯(lián)的最終odh反應(yīng)器112(例如第二odh反應(yīng)器、第三odh反應(yīng)器等)排出。進料104反應(yīng)器中的稀釋劑可以包括例如氮氣(n2)、二氧化碳氣體(co2)或水(水蒸氣)，或其任意組合。如果進料104中的稀釋劑包括水，則流出物108中的水可以包括未反應(yīng)的稀釋水和在odh反應(yīng)器中的odh反應(yīng)中產(chǎn)生的水。
19、在實施方式中，進料104可以包括乙烷和氧氣，并被提供(例如在導(dǎo)管中輸送)給odh反應(yīng)器110。該進料104可以包括稀釋劑(例如水蒸氣)以便將進料104置于可燃性極限之外。作為稀釋劑的水蒸氣可以標記為稀釋水蒸氣。在進料104的制備中，可以施加能量(加熱能力)來加熱或蒸發(fā)水，以將水蒸汽或水蒸氣作為稀釋水蒸氣并入進料104中。該進料104可以表征為包括乙烷、氧氣和稀釋水蒸氣的混合進料。
20、在進料104中進入odh反應(yīng)器系統(tǒng)102的稀釋水蒸氣可以在流出物108中從odh反應(yīng)器系統(tǒng)102中排出。在反應(yīng)器系統(tǒng)102下游的流出物108的處理中，可以施加能量(冷卻能力)以冷凝流出物108中的稀釋水蒸氣。
21、odh設(shè)備100中對能量的顯著需求可以是[1]加熱水(例如在進料準備系統(tǒng)114中)以提供進料104中的稀釋水蒸氣，[2]在下游流出物處理116中冷凝odh反應(yīng)器流出物108中的稀釋水蒸氣，和[3]將冷凝乙酸與冷凝水分離。因此，減少進料104中稀釋水蒸氣的量可以降低odh設(shè)備100處的能量消耗。減少進料104中稀釋水蒸氣的量的技術(shù)包括減少進料104中氧氣的量。有利地，對于具有較少氧氣的進料104，較少的稀釋水蒸氣將進料104置于可燃性極限之外。參見例如圖13。
22、減少進料104中氧氣量的技術(shù)可以包括提高乙烯選擇性，有利于在odh反應(yīng)器中形成乙烯超出形成一氧化碳(比乙烯形成消耗更多化學(xué)計量量的氧氣)和超出形成二氧化碳(比乙烯形成消耗更多化學(xué)計量量的氧氣)。有利于乙烯形成超出一氧化碳和二氧化碳的形成的技術(shù)可以包括在可行和/或有益的情況下在較低溫度下操作odh反應(yīng)器的一個或多個冷卻段。這是因為(管側(cè)上的反應(yīng)混合物和odh催化劑的)較高的溫度可以更容易地允許不合意地形成一氧化碳和二氧化碳。
23、不利于一氧化碳和二氧化碳的形成的技術(shù)可以包括提高odh反應(yīng)器中從管側(cè)向殼側(cè)的傳熱(和/或提高傳熱效率，例如經(jīng)由提高的傳熱系數(shù))。這可以避免或減少管側(cè)上溫度尖峰的發(fā)生，所述溫度尖峰可以有利于或引起(導(dǎo)致)一氧化碳和二氧化碳的(不希望的)形成。改善傳熱可以包括限制冷卻劑(例如熔鹽)通過odh反應(yīng)器的殼側(cè)的溫度升高，從而提高冷卻劑通過殼側(cè)的流速以提高傳熱系數(shù)的值。本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種操作氧化脫氫(ODH)反應(yīng)器系統(tǒng)的方法，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一溫度在300℃至450℃的范圍，所述第二溫度在350℃至500℃的范圍內(nèi)，所述第一閾值在2℃至8℃的范圍，并且所述第二閾值在2℃至8℃的范圍，其中所述第一冷卻劑和所述第二冷卻劑各自包含熔鹽，并且其中所述稀釋劑包含水蒸氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中通過第一冷卻劑、第二冷卻劑或流出物中的至少一種加熱水使所述水蒸發(fā)，由此從所述水生成水蒸氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，從所述ODH反應(yīng)器排出流出物，所述流出物包含乙烯、乙酸、水、二氧化碳和一氧化碳，其中第二冷卻段在反應(yīng)混合物的流動方向上在操作上位于第一冷卻段的下游，并且其中第二冷卻段通過殼側(cè)上的流動屏障與第一冷卻段隔開。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中第三冷卻段中的管側(cè)不包含催化劑，并且其中不用流出物加熱水。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中第一冷卻段和第二冷卻段通過殼側(cè)上的流動屏障隔離，其中第一溫度在300℃至450℃的范圍，并且第二溫度在350℃至500℃的范圍，其中第一冷卻段的閾值在2℃至8℃的范圍，并且第二冷卻段的閾值在2℃至8℃的范圍，并且其中所述進料中的水包含水蒸氣。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，包括：
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中反應(yīng)混合物中乙烷和氧氣的反應(yīng)包括包含將乙烷脫氫成乙烯的第一總反應(yīng)、產(chǎn)生乙酸的第二總反應(yīng)、產(chǎn)生一氧化碳的第三總反應(yīng)和產(chǎn)生二氧化碳的第四總反應(yīng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，包括通過有利于第一總反應(yīng)超出第三總反應(yīng)和第四總反應(yīng)來指定提高乙烯選擇性，其中第一總反應(yīng)比第三總反應(yīng)和第四總反應(yīng)中的每一個消耗更少化學(xué)計量量的氧氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，包括將反應(yīng)混合物作為流出物從ODH反應(yīng)器中排出，所述流出物包含乙烯、乙酸、水、二氧化碳、一氧化碳和未反應(yīng)的乙烷，其中保持第一溫度低于第二溫度是響應(yīng)于指定提高乙烯選擇性，并提高乙烯選擇性，由此減少進料中氧氣的量以減少進料中水的量。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括用第一冷卻劑、第二冷卻劑或流出物中的至少一種加熱鍋爐給水，其中保持第一冷卻劑的溫度升高低于第一閾值且保持第二冷卻劑的溫度升高低于第二閾值是響應(yīng)于指定提高乙烯選擇性并提高乙烯選擇性，由此減少進料中氧氣的量以減少進料中水的量。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中加熱鍋爐給水使所述鍋爐給水蒸發(fā)，由此從所述鍋爐給水生成水蒸氣。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，包括響應(yīng)于指定提高乙烯選擇性配置ODH反應(yīng)器以具有處于或小于指定直徑的管，由此提高乙烯選擇性。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中指定直徑為1.25英寸，其中反應(yīng)混合物在管中的線速度在150厘米/秒(cm/s)至500cm/s的范圍，并且其中反應(yīng)混合物通過管中的ODH催化劑的氣體時空速在1,500小時-1(hr-1)至10,000hr-1的范圍。
19.一種氧化脫氫(ODH)反應(yīng)器系統(tǒng)，其包含：
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中第一溫度在300℃至450℃的范圍，第二溫度在350℃至500℃的范圍，第一閾值在2℃至8℃的范圍，并且第二閾值在2℃至8℃的范圍，其中進料中的水蒸氣充當稀釋劑以便將進料置于可燃性極限之外，并且其中ODH反應(yīng)器配置為在管側(cè)上在反應(yīng)混合物中產(chǎn)生乙酸。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中水蒸氣生成包含配置為將第一水蒸發(fā)成水蒸氣的第一熱交換器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，包含水蒸氣鼓以接收來自第一熱交換器的水蒸氣并排出所述水蒸氣。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中用于加熱第一水的第一熱交換器包含配置為預(yù)熱第一水以便在水蒸氣鼓中蒸發(fā)第一水的第一熱交換器，并且其中所述第一水包含鍋爐給水。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，包含第二熱交換器，所述第二熱交換器用從第二冷卻段中排出的第二冷卻劑加熱第二水用于第二水的水蒸氣生成，其中將乙烷脫氫為乙烯包括在管側(cè)上乙烷與氧氣的第一總反應(yīng)，并且其中所述ODH反應(yīng)器配置為在管側(cè)上在所述反應(yīng)混合物中產(chǎn)生乙烷與氧氣的反應(yīng)，所述反應(yīng)包括產(chǎn)生乙酸的第二總反應(yīng)、產(chǎn)生一氧化碳的第三總反應(yīng)和產(chǎn)生二氧化碳的第四總反應(yīng)。
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【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
1.一種操作氧化脫氫(odh)反應(yīng)器系統(tǒng)的方法，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一溫度在300℃至450℃的范圍，所述第二溫度在350℃至500℃的范圍內(nèi)，所述第一閾值在2℃至8℃的范圍，并且所述第二閾值在2℃至8℃的范圍，其中所述第一冷卻劑和所述第二冷卻劑各自包含熔鹽，并且其中所述稀釋劑包含水蒸氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中通過第一冷卻劑、第二冷卻劑或流出物中的至少一種加熱水使所述水蒸發(fā)，由此從所述水生成水蒸氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，從所述odh反應(yīng)器排出流出物，所述流出物包含乙烯、乙酸、水、二氧化碳和一氧化碳，其中第二冷卻段在反應(yīng)混合物的流動方向上在操作上位于第一冷卻段的下游，并且其中第二冷卻段通過殼側(cè)上的流動屏障與第一冷卻段隔開。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中第三冷卻段中的管側(cè)不包含催化劑，并且其中不用流出物加熱水。
9.一種操作氧化脫氫(odh)反應(yīng)器系統(tǒng)的方法，所述方法包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中第一冷卻段和第二冷卻段通過殼側(cè)上的流動屏障隔離，其中第一溫度在300℃至450℃的范圍，并且第二溫度在350℃至500℃的范圍，其中第一冷卻段的閾值在2℃至8℃的范圍，并且第二冷卻段的閾值在2℃至8℃的范圍，并且其中所述進料中的水包含水蒸氣。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，包括：
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中反應(yīng)混合物中乙烷和氧氣的反應(yīng)包括包含將乙烷脫氫成乙烯的第一總反應(yīng)、產(chǎn)生乙酸的第二總反應(yīng)、產(chǎn)生一氧化碳的第三總反應(yīng)和產(chǎn)生二氧化碳的第四總反應(yīng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，包括通過有利于第一總反應(yīng)超出第三總反應(yīng)和第四總反應(yīng)來指定提高乙烯選擇性，其中第一總反應(yīng)比第三總反應(yīng)和第四總反應(yīng)中的每一個消耗更少化學(xué)計量量的氧氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，包括將反應(yīng)混合物作為流出物從odh反應(yīng)器中排出，所述流出物包含乙烯、乙酸、水、二氧化碳、一氧化碳和未反應(yīng)的乙烷，其中保持第一溫度低于第二溫度是響應(yīng)于指定提高乙烯選擇性，并提高乙烯選擇性，由此減少進料中氧氣的量以減少進料中水的量。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括用第一冷卻劑、第二冷卻劑或流出物中的至少一種加熱鍋爐給水，其中保持第一冷卻劑的溫度升高低于第一閾值...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：M·凱什卡爾，B·奧拉依沃拉，D·根特，V·西曼真科夫，
申請(專利權(quán))人：諾瓦化學(xué)品國際股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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