乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于石油化工生產(chǎn)領(lǐng)域，具體地，涉及一種乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置及方法。乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置包括主反應(yīng)管，主反應(yīng)管的側(cè)面設(shè)有1～8根支管，催化劑填裝于主反應(yīng)管內(nèi)形成催化劑床層，催化劑床層的側(cè)面覆蓋所有支管的出口；氧氣氣源、乙烷氣源、惰性氣體氣源合并成一路流入主反應(yīng)管進(jìn)氣口；氧氣氣源通過(guò)氧氣支管截止閥后、乙烷氣源通過(guò)乙烷支管截止閥后合并成一路流向多個(gè)支管。乙烷氧化脫氫制乙烯的方法，包括以下步驟：填裝催化劑、控制主管道的工藝參數(shù)、控制支管道的工藝參數(shù)。本發(fā)明可在催化劑床層中提供多個(gè)節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)氧氣和乙烷的流速之比，乙烯產(chǎn)率得到明顯的提高，可高達(dá)18％；同時(shí)可降低催化劑的結(jié)碳速率、延長(zhǎng)其使用周期。
【專利說(shuō)明】乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油化工領(lǐng)域，具體地，涉及一種乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置及方法，利用該裝置及方法制乙烯。
【背景技術(shù)】
[0002]小分子烯烴，尤其是乙烯(C2H4)，是眾多化工產(chǎn)品生產(chǎn)的基本原料。以氧氣(O2)和乙烷(C2H6)為原料的乙烷氧化脫氫(ODHE)制取乙烯相對(duì)于目前的工業(yè)生產(chǎn)方式來(lái)說(shuō)具有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)和良好的應(yīng)用前景。雖然該方法目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，然而其潛在的巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值仍然刺激了人們對(duì)其進(jìn)行巨大的研發(fā)投入。由ODHE生產(chǎn)乙烯亟待解決的一個(gè)核心問(wèn)題是，如何使得整個(gè)催化反應(yīng)體系(反應(yīng)管道+催化劑)同時(shí)給出較高的乙烷轉(zhuǎn)化率和乙烯選擇性，解決這個(gè)問(wèn)題具有很大的挑戰(zhàn)性。
[0003]大量基礎(chǔ)研究表明[如文獻(xiàn):R.Grabowski, Catal.Rev.48 (2006) 199.]，如果要得到較高的乙烷轉(zhuǎn)化率，必須提高o2/c2H6的量比[在固定床反應(yīng)器中，可用二者的流速比，即F(O2)/F(C2H6)來(lái)表示]。然而由于副反應(yīng)的存在，提高F(O2)/F(C2H6)比值往往導(dǎo)致副反應(yīng)的增加，從而降低了產(chǎn)物中乙烯的選擇性。由于乙烯產(chǎn)率是乙烷轉(zhuǎn)化率和乙烯選擇性之積，因此必須選擇合適的F(O2)/F(C2H6)比值，以使得乙烯產(chǎn)率達(dá)到最大。通常情況下F(O2)/F(C2H6)比值小于I。傳統(tǒng)的固定床反應(yīng)器(具有一個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)出氣口)是ODHE反應(yīng)最常用的反應(yīng)器類型，其特點(diǎn)是催化劑床層為固定于反應(yīng)管的中間，反應(yīng)氣流流經(jīng)催化劑床層后發(fā)生反應(yīng)得到產(chǎn)物氣流。如上所述，對(duì)于一個(gè)固定的催化劑床層，理論上要得到最佳的乙烯產(chǎn)率，存在一個(gè)最合適的F(O2)/F(C2H6)比值。但是由于氧氣和乙烷反應(yīng)之間的計(jì)量關(guān)系并不是按照初始的F (O2)/F (C2H6)比值進(jìn)行的，因此從催化劑床層不同截面上看流過(guò)的氣流組成，F(xiàn)(O2)/F(C2H6)比值必然存在著不斷的變化。因此，如何在固定床反應(yīng)器中調(diào)控者不同截面上的F(O2)/F(C2H6)比值，使其總是保持在最佳F (O2)/F (C2H6)比值附近，從而提高乙烯產(chǎn)率，成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
[0004]ODHE屬于烷烴氧化脫氫(ODH)反應(yīng)的一種，現(xiàn)有的技術(shù)信息中可看到大量關(guān)于ODH反應(yīng)器改進(jìn)和相關(guān)反應(yīng)工藝的研究，目前尚無(wú)對(duì)上述類似問(wèn)題進(jìn)行解決的工藝。
[0005]中國(guó)專利CN100404481C公開(kāi)了一種在微孔道進(jìn)行烷烴或乙苯進(jìn)行氧化脫氫的方法，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)使用微孔道比使用更大的反應(yīng)器相比，前者氧化脫氫性能更優(yōu)越。該專利主要是通過(guò)反應(yīng)器的幾何尺寸去影響烷烴氧化脫氫的催化性能，但是在單一的微孔道中，烷烴和氧氣的進(jìn)料比例將決定于其進(jìn)入反應(yīng)管的初始值以及催化劑自身的性能，無(wú)法再催化劑床層中進(jìn)行進(jìn)料比例的調(diào)控。而且，微通道反應(yīng)器相對(duì)于常規(guī)尺寸的反應(yīng)器價(jià)格昂貴，這限制了其應(yīng)用前景。
[0006]美國(guó)專利US4939124公開(kāi)了一種多種催化劑區(qū)間的烷烴脫氫-氧化反應(yīng)器。反應(yīng)器被隔成多個(gè)區(qū)間，交替填裝著脫氫催化劑和氧化催化劑。該反應(yīng)器同時(shí)利用氧化反應(yīng)的放熱效應(yīng)和脫氫反應(yīng)的吸熱效應(yīng)，以達(dá)到對(duì)能量的有效利用。該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和操作都比較復(fù)雜，工藝參數(shù)眾多。然而也無(wú)法實(shí)現(xiàn)催化劑床層中進(jìn)行進(jìn)料比例的調(diào)控。[0007]類似地，美國(guó)專利US5997826公開(kāi)了通過(guò)順序反應(yīng)器將C4烷烴轉(zhuǎn)化成烯烴的方法，其反應(yīng)器至少包括三個(gè)區(qū)，即催化脫氫工藝區(qū)、氧氣混合區(qū)和催化氧化區(qū)。其中，混合區(qū)中的流速大于催化劑區(qū)。
[0008]Tonkovich 等人在文獻(xiàn)(Chemical Enoineerin O Science, Vol.51, N0.5, pp.789-806, 1996)中報(bào)道使用膜反應(yīng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)ODHE反應(yīng)的乙烯選擇性和乙烯產(chǎn)率的提高。其中關(guān)于反應(yīng)器部分的描述可見(jiàn)其中PP.793-794的文字和附圖。該反應(yīng)器主要通過(guò)多孔性Al2O3膜實(shí)現(xiàn)O2在軸向上的分布。然而這種分布主要決定于初始的O2濃度和膜的性質(zhì)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)催化劑床層中多點(diǎn)的任意氣體組分調(diào)節(jié)。
[0009]綜上所述，盡管人們針對(duì)烷烴的氧化脫氫生成工藝改進(jìn)進(jìn)行了巨大努力，然而目前尚缺乏在固定床反應(yīng)器的單一催化劑床層內(nèi)，對(duì)于烷烴的ODH反應(yīng)進(jìn)行氧氣和烷烴流速比進(jìn)行調(diào)控的技術(shù)和相關(guān)工藝。特別是對(duì)于ODHE生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)，如何在固定床反應(yīng)器中調(diào)控者不同截面上的F(O2)/F(C2H6)比值，使其總是保持在最佳F (O2)/F (C2H6)比值附近，從而提聞乙稀廣率，成為一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為克服現(xiàn)有乙烷氧化脫氫制取乙烯的反應(yīng)器所存在的缺陷，本發(fā)明提供一種乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置及方法；該裝置可以實(shí)現(xiàn)在催化劑床層的有限個(gè)截面上獨(dú)立調(diào)控氧氣與乙烷流速比[F(O2)/F(C2H6)]的目的，從而使得乙烯產(chǎn)率相對(duì)于傳統(tǒng)的固定床反應(yīng)器得到提聞。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述方案:
[0012]一種乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置，包括:主反應(yīng)管，主反應(yīng)管具有主反應(yīng)管進(jìn)氣口、主反應(yīng)管出氣口 ；主反應(yīng)管的側(cè)面設(shè)有I?8根支管，多個(gè)支管允許氣體從主反應(yīng)管的側(cè)面流入主反應(yīng)管；催化劑填裝于主反應(yīng)管內(nèi)形成催化劑床層，催化劑床層的側(cè)面覆蓋所有支管的出口，保證從支管進(jìn)入的氣體必定經(jīng)過(guò)催化劑床層；氧氣氣源通過(guò)第一主管流量控制器后、乙烷氣源通過(guò)第二主管流量控制器后、惰性氣體氣源通過(guò)第三主管流量控制器后合并成一路流入主反應(yīng)管進(jìn)氣口，從主反應(yīng)管出氣口流出；氧氣氣源、乙烷氣源、惰性氣體氣源的流量分別通過(guò)第一主管流量控制器，第二主管流量控制器和第三主管流量控制器來(lái)控制；氧氣氣源通過(guò)氧氣支管截止閥后、乙烷氣源通過(guò)乙烷支管截止閥后合并成一路，流向上述支管，并由支管的出口從主反應(yīng)管的側(cè)面流入主反應(yīng)管；所有流經(jīng)催化劑床層的氣體最終都從主反應(yīng)管出氣口流出，形成產(chǎn)物氣。
[0013]乙烷氧化脫氫制乙烯的方法，使用上述乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置，其特征在于，包括以下步驟:
[0014]步驟一、填裝催化劑；
[0015]步驟二、控制主管道的工藝參數(shù)；
[0016]步驟三、控制支管道的工藝參數(shù)。
[0017]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0018](I)、解決了乙烷氧化脫氫制取乙烯的一個(gè)工藝難點(diǎn)，即可在固定床反應(yīng)器裝置中，催化劑床層中存在多個(gè)節(jié)點(diǎn)可以自由調(diào)節(jié)氧氣和乙烷的流速之比。
[0019](2)、對(duì)于相同的負(fù)載型N1、V、Mo類催化劑床層，在優(yōu)化的操作方法下，使用本發(fā)明的固定床反應(yīng)器裝置與使用傳統(tǒng)的固定床反應(yīng)器裝置相比，乙烯產(chǎn)率得到明顯的提高，目iu提聞程度可聞達(dá)18%。
[0020](3)、由于使用本發(fā)明的固定床反應(yīng)器裝置可以在催化劑下游床層加入一定量的氧氣，因此降低了催化劑的結(jié)碳速率，延長(zhǎng)了其使用周期。雖然該效果本身不是本發(fā)明的目的，但是發(fā)明人在執(zhí)行過(guò)程中預(yù)計(jì)并證實(shí)了這個(gè)積極效果的存在。
[0021](4)、該型固定床反應(yīng)器裝置從原理上看，具有較好的普適性，即類似工藝較容易移植到其它烷烴的氧化脫氫體系；催化劑的類型也可以自由選擇。因此本發(fā)明具有很好的拓展應(yīng)用空間。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中，1、主反應(yīng)管；2、主反應(yīng)管進(jìn)氣口 ；3、主反應(yīng)管出氣口 ；4、第一支管；5、第二支管；6、第三支管；7、第四支管；8、氧氣氣源；9、乙燒氣源；10、惰性氣體氣源；11、第一主管流量控制器；12、第二主管流量控制器；13、第三主管流量控制器；14、產(chǎn)物氣；15、氧氣支管總截止閥；16、乙烷支管總截止閥；17、第一支管截止閥；18、第二支管截止閥；19、第三支管截止閥；20、第四支管截止閥；21、第一支管流量控制器；22、第二支管流量控制器；23、第三支管流量控制器；24、第四支管流量控制器；25、催化劑床層；粗線上的箭頭代表氣體的流動(dòng)方向。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1所示，乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置，包括:主反應(yīng)管1，主反應(yīng)管I具有主反應(yīng)管進(jìn)氣口 2、主反應(yīng)管出氣口 3 ;主反應(yīng)管I的側(cè)面由主反應(yīng)管進(jìn)氣口 2向主反應(yīng)管出氣口 3的方向依次設(shè)有第一支管4、第二支管5、第三支管6、第四支管7，第一支管4、第二支管
5、第三支管6、第四支管7允許氣體從主反應(yīng)管的側(cè)面流入主反應(yīng)管；催化劑填裝于主反應(yīng)管I內(nèi)形成催化劑床層25,催化劑床層25的側(cè)面覆蓋第一支管4、第二支管5、第三支管6、第四支管7的出口，保證從這四根支管進(jìn)入的氣體必定經(jīng)過(guò)催化劑床層25 ；
[0025]氧氣氣源8通過(guò)第一主管流量控制器11后、乙烷氣源9通過(guò)第二主管流量控制器12后、惰性氣體氣源10通過(guò)第三主管流量控制器13后合并成一路流入主反應(yīng)管進(jìn)氣口 2，從主反應(yīng)管出氣口 3流出；氧氣氣源8、乙烷氣源9、惰性氣體氣源10的流量分別通過(guò)第一主管流量控制器11，第二主管流量控制器12和第三主管流量控制器13來(lái)控制；氧氣氣源8提供純氧氣；乙烷氣源9提供純乙烷氣體；惰性氣體氣源10提供N2氣、He氣、Ar氣中的一種或者多種氣體的混合物；氧氣氣源8、乙烷氣源9、惰性氣體氣源10構(gòu)成乙烷氧化脫氫的原料氣；
[0026]氧氣氣源8通過(guò)氧氣支管截止閥15后、乙烷氣源9通過(guò)乙烷支管截止閥16后合并成一路，流向第一支管4、第二支管5、第三支管6或第四支管7，并由第一支管4、第二支管5、第三支管6或第四支管7的出口從主反應(yīng)管I的側(cè)面流入主反應(yīng)管I ;
[0027]第一支管4上設(shè)有第一支管截止閥17、第一支管流量控制器21，第一支管截止閥17控制第一支管4是否有氣體流入主反應(yīng)管I，第一支管流量控制器21控制第一支管4內(nèi)氣體的流速；第二支管5上設(shè)有第二支管截止閥18、第二支管流量控制器22，第二支管截止閥18控制第二支管5是否有氣體流入主反應(yīng)管I，第二支管流量控制器22控制第二支管5內(nèi)氣體的流速；第三支管6上設(shè)有第三支管截止閥19、第三支管流量控制器23，第三支管截止閥19控制第三支管6是否有氣體流入主反應(yīng)管I，第三支管流量控制器23控制第三支管6內(nèi)氣體的流速；第四支管7上設(shè)有第四支管截止閥20、第四支管流量控制器24，第四支管截止閥20控制第四支管7是否有氣體流入主反應(yīng)管I，第四支管流量控制器24控制第四支管7內(nèi)氣體的流速；
[0028]所有流經(jīng)催化劑床層25的氣體最終都從主反應(yīng)管出氣口 3流出，形成產(chǎn)物氣14。
[0029]乙烷氧化脫氫制乙烯的方法，使用上述乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置，包括以下步驟:
[0030]步驟一、填裝催化劑；具體方法如下:
[0031]催化劑采用負(fù)載型金屬催化劑，催化劑載體采用Al2O3、沸石分子篩、水滑石、SiO2,MgO、TiO2, ZrO2、無(wú)定形硅酸鋁或活性碳中的一種或多種的混合物，催化劑的活性金屬組分含有過(guò)渡金屬元素V、Mo、Ni中的一種或者多種組合；催化劑中上述過(guò)渡金屬元素總質(zhì)量占整個(gè)催化劑的質(zhì)量的比例為I~30% ;負(fù)載型金屬催化劑的形狀為顆粒狀，顆粒大小在10~100 ;將催化劑床層的總體積記為Vcat ；
[0032]將催化劑填裝于主反應(yīng)管I內(nèi)形成催化劑床層25，催化劑床層25充滿主反應(yīng)管I的截面；催化劑床層25的側(cè)面覆蓋第一支管4、第二支管5、第三支管6和第四支管7的出口，保證從第一支管4、第二支管5、第三支管6和第四支管7進(jìn)入的氣體必定經(jīng)過(guò)催化劑床層25。 [0033]步驟二、控制主管道的工藝參數(shù)；具體方法如下:
[0034]關(guān)閉氧氣支管截止閥15和乙烷支管截止閥16，打開(kāi)氧氣氣源8、乙烷氣源9和惰性氣體氣源10，并通過(guò)第一主管流量控制器11、第二主管流量控制器12和第三主管流量控制器13分別控制氧氣、乙烷和惰性氣體的流速；記乙烷的流速為F(C2H丄，氧氣的流速為F (O2)0,惰性氣體的流速為F (Inert) Q ;控制F (C2H6)。在80~ZOOOVeat^r1范圍內(nèi)；控制F (O2) Q為F(C2H6)0的0.1~2.0倍;控制F (Inert)。為F (C2H6) 0的I~15倍;控制催化劑床層25的溫度在300~700°C之間的一個(gè)目標(biāo)值。
[0035]步驟三、控制支管道的工藝參數(shù)；具體方法如下:
[0036]當(dāng)步驟二中選取的參數(shù)F(02)q/F(C2H6)Q〈0.85時(shí)，打開(kāi)截止閥15讓氧氣氣體流向支管方向；通過(guò)第一支管截止閥17和第一支管流量控制器21共同控制第一支管4中的氧氣流速，該流速記為F(O2)cu ;通過(guò)第二支管截止閥18和第二支管流量控制器22共同控制第二支管5中的氧氣流速，該流速記為F(O2)cui ;通過(guò)第三支管截止閥19和第三支管流量控制器23共同控制第三支管6中的氧氣流速，該流速記為F(O2)cuii ;通過(guò)第四支管截止閥20和第四支管流量控制器24共同控制第四支管7中的氧氣流速，該流速記為F(O2)cuv ；F(O2)。，1、F(O2)0；ii,F(O2)。，m和F(O2)。，iv四個(gè)值的取值范圍都是主管道氧氣氣體流速F(O2)Q值的O~15% ；
[0037]當(dāng)步驟二中選取的參數(shù)F (O2) o/F (C2H6) ^≥0.85時(shí)，打開(kāi)截止閥16讓乙烷氣體流向支管方向；通過(guò)第一支管截止閥17和第一支管流量控制器21共同控制第一支管4中的乙烷流速，該流速記為F(C2H6)cu ;通過(guò)第二支管截止閥18和第二支管流量控制器22共同控制第二支管5中的乙烷流速，該流速記為F(C2H6)cui ;通過(guò)第三支管截止閥19和第三支管流量控制器23共同控制第三支管6中的乙烷流速，該流速記為F(C2H6)cuii ;通過(guò)第四支管截止閥20和第四支管流量控制器24共同控制第四支管7中的乙烷流速，該流速記為F (C2H6) 0, iv ；F(C2H6)0, 1、F(C2H6)0jii, F(C2H6)cuii和F(C2H6)。，iv四個(gè)值的取值范圍是主管道乙烷氣體流速F(C2H6)tl 值的 O ~10% ；
[0038]當(dāng)所有管道的氣體流速和催化劑床層25的溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，裝置調(diào)節(jié)完畢，開(kāi)始連續(xù)生產(chǎn)。
[0039]要驗(yàn)證本發(fā)明的效果，可以對(duì)步驟二產(chǎn)生的產(chǎn)物氣14和步驟三產(chǎn)生的產(chǎn)物氣14分別進(jìn)行取樣并定量分析，計(jì)算乙烯產(chǎn)率并比較結(jié)果。
[0040]實(shí)施例一
[0041]如圖1所示，乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置，主反應(yīng)管I的內(nèi)徑為12mm，長(zhǎng)度為50cm,內(nèi)部為圓形；第一支管4、第二支管5、第三支管6和第四支管7與主管道的四個(gè)連接點(diǎn)，將催化劑床層25分為五等分；其中惰性氣體氣源10提供含N2氣9.8%、He氣90.2%的混合氣。
[0042]乙烷氧化脫氫制乙烯的方法，采用上述乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置，包括以下步驟:
[0043]步驟一、填裝催化劑；具體方法是:
[0044]催化劑為混合物，第一部分是Y型分子篩負(fù)載的Ni催化劑，具體制備方法可參見(jiàn)文獻(xiàn)[X.Lin，et al., Journal of Catalysis265 (2009) 54 - 62];催化劑顆粒大小為 20 ~40目；催化劑體積為1.5mL ;第二部分是體積為1.5mL、顆粒大小為20~40目的SiO2顆粒；二者均有混合；
[0045]將催化劑填裝于主反應(yīng)管I內(nèi)形成催化劑床層25，催化劑床層25充滿主反應(yīng)管I的截面；催化劑床層25的側(cè)面覆蓋第一支管4、第二支管5、第三支管6和第四支管7的出口，保證從這四根支管中的任何一根支管進(jìn)入的氣體必定經(jīng)過(guò)催化劑；催化劑床層的總體積 Vcat = 3.0mL0
[0046]步驟二、控制主管道的工藝參數(shù)；具體方法如下:
[0047]關(guān)閉氧氣支管截止閥15和乙烷支管截止閥16 ;打開(kāi)氧氣氣源8、乙烷氣源9和惰性氣體氣源10，并分別通過(guò)第一主管流量控制器11、第二主管流量控制器12和第三流量控制器13分別控制氧氣、乙烷和惰性氣體的流速；控制乙烷氣體的流速F (C2H丄為
10.2mL.mirT1 (也就是 204^0 ;控制氧氣氣體的流速 F (O2) Q = 4.3mL.mirT1,則 F(O2)0/F(C2H6)0為0.42 ;控制惰性氣體的流速F(Inert)。= 65mL.min—1 ;控制催化劑床層25的溫度為585°C。
[0048]步驟三、控制支管道的工藝參數(shù)；具體方法如下:
[0049]本例F(O2)cZF(C2H6)tl = 0.42<0.85 ;打開(kāi)截止閥15讓氧氣氣體流向支管方向；通過(guò)第一支管截止閥17和第一支管流量控制器21共同控制第一支管4中的氧氣流速，該流速記為F(O2)cu ;通過(guò)第二支管截止閥18和第二支管流量控制器22共同控制第二支管5中的氧氣流速，該流速記為F(O2)cui ;控制這四個(gè)流速值分別是=F(O2)cu = 0.9mL.mirT1、F(O2)cui = 0.9mL.Iiiirf^F(O2)cuii = 0.6mL.mirT1 和 F(O2)cuv = 0.6mL.min'
[0050]當(dāng)所有管道的氣體流速和催化劑床層25的溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，裝置調(diào)節(jié)完畢，開(kāi)始連續(xù)生產(chǎn)。[0051]為了驗(yàn)證本實(shí)施例的效果，本例使用氣相色譜儀，對(duì)上述步驟二的產(chǎn)物氣14和步驟三的產(chǎn)物氣14組成進(jìn)行定量分析，并計(jì)算乙烷氧化脫氫制乙烯的產(chǎn)率(Y% )，計(jì)算方法是:
[0052]
【權(quán)利要求】
1.一種乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置，包括:主反應(yīng)管，主反應(yīng)管具有主反應(yīng)管進(jìn)氣口、主反應(yīng)管出氣口 ；其特征在于:主反應(yīng)管的側(cè)面設(shè)有I~8根支管，所有支管允許氣體從主反應(yīng)管的側(cè)面流入主反應(yīng)管；催化劑填裝于主反應(yīng)管內(nèi)形成催化劑床層，催化劑床層的側(cè)面覆蓋所有支管的出口，保證從支管進(jìn)入的氣體必定經(jīng)過(guò)催化劑床層；氧氣氣源通過(guò)第一主管流量控制器后、乙烷氣源通過(guò)第二主管流量控制器后、惰性氣體氣源通過(guò)第三主管流量控制器后合并成一路流入主反應(yīng)管進(jìn)氣口，從主反應(yīng)管出氣口流出；氧氣氣源、乙烷氣源、惰性氣體氣源的流量分別通過(guò)第一主管流量控制器，第二主管流量控制器和第三主管流量控制器來(lái)控制；氧氣氣源通過(guò)氧氣支管截止閥后、乙烷氣源通過(guò)乙烷支管截止閥后合并成一路，流向上述各個(gè)支管，并由支管的出口從主反應(yīng)管的側(cè)面流入主反應(yīng)管；所有流經(jīng)催化劑床層的氣體最終都從主反應(yīng)管出氣口流出，形成產(chǎn)物氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置，其特征在于:每根支管上設(shè)有支管截止閥、支管流量控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置，其特征在于:氧氣氣源提供純氧氣；乙烷氣源提供 純乙烷氣體；惰性氣體氣源提供N2氣、He氣、Ar氣中的一種或者多種氣體的混合物；氧氣氣源、乙烷氣源、惰性氣體氣源構(gòu)成乙烷氧化脫氫的原料氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置，其特征在于:由主反應(yīng)管進(jìn)氣口向主反應(yīng)管出氣口的方向依次設(shè)有第一支管、第二支管、第三支管、第四支管，第一支管、第二支管、第三支管、第四支管允許氣體從主反應(yīng)管的側(cè)面流入主反應(yīng)管；催化劑填裝于主反應(yīng)管內(nèi)形成催化劑床層，催化劑床層的側(cè)面覆蓋第一支管、第二支管、第三支管、第四支管的出口，保證從這四根支管進(jìn)入的氣體必定經(jīng)過(guò)催化劑床層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置，其特征在于:氧氣氣源通過(guò)氧氣支管截止閥后、乙烷氣源通過(guò)乙烷支管截止閥后合并成一路，流向第一支管、第二支管、第三支管或第四支管，并由第一支管、第二支管、第三支管或第四支管的出口從主反應(yīng)管的側(cè)面流入主反應(yīng)管； 第一支管上設(shè)有第一支管截止閥、第一支管流量控制器，第一支管截止閥控制第一支管是否有氣體流入主反應(yīng)管，第一支管流量控制器控制第一支管內(nèi)氣體的流速；第二支管上設(shè)有第二支管截止閥、第二支管流量控制器，第二支管截止閥控制第二支管是否有氣體流入主反應(yīng)管，第二支管流量控制器控制第二支管內(nèi)氣體的流速；第三支管上設(shè)有第三支管截止閥、第三支管流量控制器，第三支管截止閥控制第三支管是否有氣體流入主反應(yīng)管，第三支管流量控制器控制第三支管內(nèi)氣體的流速；第四支管上設(shè)有第四支管截止閥、第四支管流量控制器，第四支管截止閥控制第四支管是否有氣體流入主反應(yīng)管，第四支管流量控制器控制第四支管內(nèi)氣體的流速。
6.一種乙烷氧化脫氫制乙烯的方法，使用權(quán)利要求1-5所述乙烷氧化脫氫制乙烯的裝置，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、填裝催化劑； 步驟二、控制主管道的工藝參數(shù)； 步驟三、控制支管道的工藝參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具體方法如下乙烷氧化脫氫制乙烯的方法，其特征在于，步驟一的具體方法如下:催化劑采用負(fù)載型金屬催化劑，負(fù)載型金屬催化劑的形狀為顆粒狀，顆粒大小在10~100 ;將催化劑床層的總體積記為Veat ； 將催化劑填裝于主反應(yīng)管內(nèi)形成催化劑床層，催化劑床層充滿主反應(yīng)管的截面；催化劑床層的側(cè)面覆蓋所有支管的出口，保證從支管進(jìn)入的氣體必定經(jīng)過(guò)催化劑床層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6-7所述的具體方法如下乙烷氧化脫氫制乙烯的方法，其特征在于，步驟二的具體方法如下: 關(guān)閉氧氣支管截止閥和乙烷支管截止閥，打開(kāi)氧氣氣源、乙烷氣源和惰性氣體氣源，并通過(guò)第一主管流量控制器、第二主管流量控制器和第三主管流量控制器分別控制氧氣、乙烷和惰性氣體的 流速；記乙烷的流速為F(C2H丄，氧氣的流速為F(O2)^，惰性氣體的流速為F (Inert)。；控制 F (C2H6)。在 80 ~2000^^1^ 范圍內(nèi)；控制 F (O2)。為 F (C2H6)。的 0.1 ~2.0倍；控制F(Inert)ci為F(C2H6)0的1~15倍；控制催化劑床層25的溫度在300~700。。之間的一個(gè)目標(biāo)值。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8所述的具體方法如下乙烷氧化脫氫制乙烯的方法，其特征在于，步驟三的具體方法如下: 當(dāng)步驟二中選取的參數(shù)F(O2)CZF(C2H6)Z0.85時(shí)，打開(kāi)截止閥讓氧氣氣體流向支管方向；通過(guò)第一支管截止閥和第一支管流量控制器共同控制第一支管中的氧氣流速，該流速記為F(O2)cu ;通過(guò)第二支管截止閥和第二支管流量控制器共同控制第二支管中的氧氣流速，該流速記為F(O2);通過(guò)第三支管截止閥和第三支管流量控制器共同控制第三支管中的氧氣流速，該流速記為F(O2)cuii ;通過(guò)第四支管截止閥和第四支管流量控制器共同控制第四支管中的氧氣流速，該流速記為F (O2)。，iv ；F (O2)。，1、F (O2) 0；ii,F (O2)。，m和F (O2)。，iv四個(gè)值的取值范圍都是主管道氧氣氣體流速F(O2)tl值的O~15% ; 當(dāng)步驟二中選取的參數(shù)F(O2)cZF(C2H6)0≥0.85時(shí)，打開(kāi)截止閥讓乙烷氣體流向支管方向；通過(guò)第一支管截止閥和第一支管流量控制器共同控制第一支管中的乙烷流速，該流速記為F (C2H6) ο, i ;通過(guò)第二支管截止閥和第二支管流量控制器共同控制第二支管中的乙烷流速，該流速記為F(C2H6)cui ;通過(guò)第三支管截止閥和第三支管流量控制器共同控制第三支管中的乙烷流速，該流速記為F(C2H6)cuii ;通過(guò)第四支管截止閥和第四支管流量控制器共同控制第四支管中的乙烷流速，該流速記為F(C2H6)iv ；F(C2H6)F(C2H6)F(C2H6)m和F(C2H6)cuv四個(gè)值的取值范圍是主管道乙烷氣體流速F (C2H丄值的O~10% ； 當(dāng)所有管道的氣體流速和催化劑床層的溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，裝置調(diào)節(jié)完畢，開(kāi)始連續(xù)生產(chǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9所述的具體方法如下乙烷氧化脫氫制乙烯的方法，其特征在于: 催化劑載體采用Al2O3、沸石分子篩、水滑石、SiO2, MgO, TiO2, ZrO2、無(wú)定形硅酸鋁或活性碳中的一種或多種的混合物，催化劑的活性金屬組分含有過(guò)渡金屬元素V、Mo、Ni中的一種或者多種組合；催化劑中上述過(guò)渡金屬元素總質(zhì)量占整個(gè)催化劑的質(zhì)量的比例為I~30% ； 催化劑床層的側(cè)面覆蓋第一支管、第二支管、第三支管和第四支管的出口，保證從第一支管、第二支管、第三支管和第四支管進(jìn)入的氣體必定經(jīng)過(guò)催化劑床層。
【文檔編號(hào)】C07C11/04GK103933898SQ201410193452
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】林旭鋒, 席燕燕, 魯曉明 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)