專利名稱：制備丙烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備丙烯的方法，特別是關(guān)于一種用于碳四及以上烯烴催化裂解使用臥式絕熱固定床反應(yīng)器制備丙烯的方法。
背景技術(shù)：
固定床反應(yīng)器的主要優(yōu)點是床層內(nèi)流體的流動接近活塞流，化學(xué)反應(yīng)速度較快；可用較少量的催化劑和較小的反應(yīng)器容積獲得較大的生產(chǎn)能力；流體的停留時間可以嚴(yán)格控制，溫度分布可以適當(dāng)調(diào)節(jié)，有利于提高化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性。此外，軸向固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，投資費用低，床中催化劑機(jī)械磨損小，可在高溫高壓下操作，因此在石油化工中獲得了廣泛的應(yīng)用。
近年來隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展和規(guī)模的擴(kuò)大，軸向固定床反應(yīng)器的直徑不斷增大，反應(yīng)器內(nèi)流體的均布問題就成為工程開發(fā)的關(guān)鍵問題之一，特別是對于要求壓力低或負(fù)壓的薄催化劑床層的反應(yīng)系統(tǒng)，其反應(yīng)器內(nèi)的流體均布問題就更困難。床層內(nèi)的流體分布直接影響床層中的傳熱傳質(zhì)以及化學(xué)反應(yīng)等過程，影響催化劑及反應(yīng)器的利用效率，影響催化劑的選擇性和轉(zhuǎn)化率。因此，固定床反應(yīng)器內(nèi)的流體均布技術(shù)越來越為人們所重視?，F(xiàn)在出現(xiàn)的流體分布結(jié)構(gòu)主要是在固定床反應(yīng)器的流體進(jìn)口處設(shè)置流體分布器，如CN2075277U、US4938422、US368597，其優(yōu)點是即能使流體較均勻地分布于反應(yīng)器截面上，又不導(dǎo)致過大的能量損耗。但對大直徑薄層反應(yīng)器，其反應(yīng)器進(jìn)口處設(shè)置的流體分布器要求比較高，分布器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中隨著軸向固定床反應(yīng)器直徑的擴(kuò)大，薄床層的反應(yīng)器流體分布器要求比較高，分布器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，工程放大困難，影響反應(yīng)器利用率及催化劑選擇性和轉(zhuǎn)化率及床層壓降的問題，提供一種新的制備丙烯的方法，該方法采用臥式固定床反應(yīng)器，具有流體在反應(yīng)器截面上分布均勻，使催化劑能發(fā)揮出其良好選擇性和轉(zhuǎn)化率以及床層壓降小的優(yōu)點。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種制備丙烯的方法，以含有一種或多種碳四及以上烯烴的富烯烴為原料，使烯烴原料通過反應(yīng)器與硅鋁摩爾比SiO2/Al2O3至少為10的結(jié)晶硅鋁酸鹽催化劑接觸生成含有丙烯的流出物，其中所用的反應(yīng)器包括進(jìn)料口5、反應(yīng)器殼體6和出料口10，反應(yīng)器殼體6內(nèi)自上而下包括氣體預(yù)分布器1、均化空間7、氣體分布板2、催化劑床層3和支撐格柵4，氣體預(yù)分布器1與進(jìn)料口5下部相連，并伸入均化空間7內(nèi)，氣體分布板2位于上部惰性填料層8上部是一個沿水平方向具有不同開孔率的多孔板，多孔板開孔率為5～60％。
上述技術(shù)方案中，一種或多種碳四或以上烯烴的富烯烴混合物原料來自煉廠催化裂解裝置、乙烯廠中蒸汽裂解裝置的碳四及其以上餾分或a-烯烴聯(lián)產(chǎn)、MTO(甲醇制烯烴)及MTP(甲醇制丙烯)等副產(chǎn)的碳四及其以上的富烯烴餾分；富烯烴混合物優(yōu)選方案為C4～C12的直鏈烯烴；進(jìn)料口5和出料口10的位置優(yōu)選方案為中心對稱，進(jìn)料口和出料口的水平距離為反應(yīng)器切線長度L的65～95％；氣體預(yù)分布器1包括圓弧形擋板12和底部篩板14，底部篩板14呈水平放置，圓弧形擋板12在底部篩板14外部，且與底部篩板14緊密相連，圓弧形擋板12的半徑R為反應(yīng)器直徑D的5～40％，優(yōu)選范圍為10～20％；底部篩板14的寬度L1為反應(yīng)器直徑D的5～30％，優(yōu)選范圍為10～15％；底部篩板14的長度L2為反應(yīng)器切線長度L的10～40％，優(yōu)選范圍為15～30％；底部篩板14的開孔率為2～10％，優(yōu)選范圍為3～6％；底部篩板14上篩孔的直徑Φ為反應(yīng)器直徑D的0.1～0.8％，優(yōu)選范圍為0.3～0.5％；圓弧形擋板12上開有一長條形的空隙13，長條形空隙13的面積為底部篩板14面積的2～15％，優(yōu)選范圍為4～8％；長條形空隙13與垂直位置的夾角α為30°；氣體預(yù)分布器1與反應(yīng)器殼體6間縫隙的寬度h1為反應(yīng)器直徑D的1～1.5％；氣體分布板2是為了控制流體沿反應(yīng)器水平方向的均勻分布，沿反應(yīng)器水平方向從進(jìn)料口到出料口方向，分布板上的開孔率的從小到大變化，開孔率分2～10擋，開孔率優(yōu)選范圍為30～50％；催化劑床層的高度為反應(yīng)器直徑D的20～70％，優(yōu)選范圍為25～50％；在氣體分布板2與催化劑床層3之間為上部惰性填料層8，在催化劑床層3與支撐格柵4之間為下部惰性填料層9；反應(yīng)器操作條件如下反應(yīng)溫度為500～600℃，重量空速為10～40小時-1，反應(yīng)壓力為0.1～0.6MPa。
生產(chǎn)丙烯的方法中臥式絕熱固定床反應(yīng)器由反應(yīng)器殼體、進(jìn)料口、氣體預(yù)分布器、氣體分布板、上部惰性填料層、催化劑床層、下部惰性填料層、支撐格柵和出料口等構(gòu)成，見附圖1。
針對碳四及以上烯烴催化裂解生產(chǎn)丙烯方法的臥式絕熱固定床反應(yīng)器，提出了氣體預(yù)分布器，見附圖2和附圖3。該分布器由圓弧形擋板12，底部篩板14，圓弧形擋板12上的長條形的空隙13和氣體預(yù)分布器1與反應(yīng)器殼體6間的縫隙11和組成。為了保證氣體分布器具有比較理想的氣體分布效果，需要控制長條形空隙13的面積為底部篩板14面積的比例，底部篩板14的開孔率，底部篩板14的直徑，氣體預(yù)分布器1與反應(yīng)器殼體6之間縫隙11的寬度等參數(shù)。從而使氣體能按合適的比例從氣體預(yù)分布器不同的部位流入反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)形成比較均勻的氣體分布，取得了較好的技術(shù)效果。


圖1是本發(fā)明臥式絕熱固定床反應(yīng)器示意圖；圖2是本發(fā)明分布器結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明分布器俯視結(jié)構(gòu)圖；在圖1中，1為氣體預(yù)分布器；2為氣體分布板；3為催化劑床層；4為支撐格柵；5為進(jìn)料口；6為反應(yīng)器殼體；7為均化空間；8為上部惰性填料層。9為下部惰性填料層；10為出料口。D是反應(yīng)器直徑，L是反應(yīng)器切線長度，l是氣體進(jìn)料口和出料口的水平距離，H是催化劑床層高度。
在圖2中，5為進(jìn)料口；6為反應(yīng)器殼體；11為氣體預(yù)分布器與反應(yīng)器殼體之間的縫隙；12為圓弧形擋板；13為長條形空隙；14為底部篩板。L1是反底部篩板的寬度，Φ是篩板上篩孔的直徑，R是圓弧形擋板的半徑，h是長條形空隙的寬度，h1是氣體預(yù)分布器與反應(yīng)器殼體之間縫隙的寬度，α是長條形空隙與垂直位置的夾角。
在圖3中，5為進(jìn)料口；6為反應(yīng)器殼體；12為圓弧形擋板；13為長條形空隙。L2是底部篩板的長度，L3是長條形空隙的長度。
下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
具體實施例方式
實施例1碳四或以上烯烴生產(chǎn)丙烯采用如圖1所示臥式固定床反應(yīng)器，反應(yīng)器直徑D＝2600毫米，切線長度L＝6940毫米，催化劑床層高度H＝1000毫米，氣體預(yù)分布器和出口氣體收集器的水平距離l＝5400毫米，底部篩板寬度L1＝320毫米，底部篩板長度L2＝1400毫米，底部篩板上篩孔的直徑Φ＝8毫米，底部篩板上的開孔率為5.4％，圓弧形擋板的半徑R＝160毫米，圓弧形擋板上長條形空隙的長度L3＝1300毫米，長條形空隙的寬度h＝20毫米，長條形空隙與垂直位置的夾角α＝30°，氣體預(yù)分布器與反應(yīng)器殼體之間縫隙的寬度h1＝30毫米，分布板分三檔，開孔率分別為35％、40％、48％。
在以上條件和結(jié)構(gòu)參數(shù)下，按本發(fā)明所述方法進(jìn)行臥式反應(yīng)器設(shè)計，就可得到比較理想的氣體流動效果。
實施例2碳四或以上烯烴生產(chǎn)丙烯采用如圖1所示臥式固定床反應(yīng)器，反應(yīng)器直徑D＝2400毫米，切線長度L＝5030毫米，催化劑床層高度H＝800毫米，氣體預(yù)分布器和出口氣體收集器的水平距離l＝3700毫米，底部篩板寬度L1＝300毫米，底部篩板長度L2＝1200毫米，底部篩板上篩孔的直徑Φ＝8毫米，底部篩板上的開孔率為5.8％，圓弧形擋板的半徑R＝150毫米，圓弧形擋板上長條形空隙的長度L3＝1100毫米，長條形空隙的寬度h＝15毫米，長條形空隙與垂直位置的夾角α＝30°，氣體預(yù)分布器與反應(yīng)器殼體之間縫隙的寬度h1＝25.5毫米，分布板分三檔，開孔率分別為30％、38％、45％。
在以上條件和結(jié)構(gòu)參數(shù)下，按本發(fā)明所述方法進(jìn)行臥式反應(yīng)器設(shè)計，就可得到比較理想的氣體流動效果。
實施例3碳四或以上烯烴生產(chǎn)丙烯采用如圖1所示臥式固定床反應(yīng)器，反應(yīng)器直徑D＝2400毫米，切線長度L＝5030毫米，催化劑床層高度H＝800毫米，氣體預(yù)分布器和出口氣體收集器的水平距離l＝4400毫米，底部篩板寬度L1＝300毫米，底部篩板長度L2＝1000毫米，底部篩板上篩孔的直徑Φ＝8毫米，底部篩板上的開孔率為3.6％，圓弧形擋板的半徑R＝150毫米，圓弧形擋板上長條形空隙的長度L3＝1000毫米，長條形空隙的寬度h＝18毫米，長條形空隙與垂直位置的夾角α＝30°，氣體預(yù)分布器與反應(yīng)器殼體之間縫隙的寬度h1＝25.5毫米，分布板分三檔，開孔率分別為30％、38％、45％。
在以上條件和結(jié)構(gòu)參數(shù)下，按本發(fā)明所述方法進(jìn)行臥式反應(yīng)器設(shè)計，就可得到比較理想的氣體流動效果。
實施例4碳四或以上烯烴生產(chǎn)丙烯采用如圖1所示臥式固定床反應(yīng)器，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和反應(yīng)器參數(shù)同實施例3，常壓，反應(yīng)溫度500℃，空速18小時-1，采用鋁摩爾比(SiO2/Al2O3)為200的ZSM型分子篩催化劑，反應(yīng)原料為乙烯廠醚化碳四，反應(yīng)產(chǎn)物組成見表1，丙烯收率為26.19％，乙烯收率6.64％，轉(zhuǎn)化率65.83％。
比較例1某碳四及以上烯烴催化裂解制丙烯軸向絕熱固定床反應(yīng)器的條件與實施例1相同，不同之處是反應(yīng)器直徑D＝4760毫米，切線高度6200毫米，催化劑床層高度H＝1000毫米。通過模擬計算，按本實用新型所述方法設(shè)計的臥式反應(yīng)器，其催化劑截面均勻度最大偏差小于4.8％，采用軸向反應(yīng)器，其催化劑截面均勻度最大偏差為11.8％。
比較例2某碳四及以上烯烴催化裂解制丙烯軸向絕熱固定床反應(yīng)器的條件與實施例1相同，不同之處是反應(yīng)器直徑D＝3900毫米，切線高度＝5000毫米，催化劑床層高度H＝800毫米。通過模擬計算，按本實用新型所述方法設(shè)計的臥式反應(yīng)器，其催化劑截面均勻度最大偏差小于4.2％，采用軸向反應(yīng)器，其催化劑截面均勻度最大偏差為9.5％。
比較例3某碳四及以上烯烴催化裂解制丙烯軸向絕熱固定床反應(yīng)器的條件與實施例1相同，不同之處是反應(yīng)器直徑D＝3900毫米，切線高度＝5000毫米，催化劑床層高度H＝800毫米。通過模擬計算，按本實用新型所述方法設(shè)計的臥式反應(yīng)器，其催化劑截面均勻度最大偏差小于4.6％，采用軸向反應(yīng)器，其催化劑截面均勻度最大偏差為9.5％。
比較例4某碳四及以上烯烴催化裂解制丙烯工藝條件與實施例4相同，不同之處是采用軸向絕熱固定床反應(yīng)器，反應(yīng)器直徑D＝3900毫米，切線高度＝5000毫米，催化劑床層高度H＝800毫米。采用鋁摩爾比(SiO2/Al2O3)為200的ZSM型分子篩催化劑，反應(yīng)原料為乙烯廠醚化碳四，反應(yīng)產(chǎn)物組成見表1，丙烯收率為23.73％，乙烯收率5.72％，轉(zhuǎn)化率67.54％。
表1反應(yīng)產(chǎn)物組成

權(quán)利要求
1.一種制備丙烯的方法，以含有一種或多種碳四及以上烯烴的富烯烴為原料，使烯烴原料通過反應(yīng)器與硅鋁摩爾比SiO2/Al2O3至少為10的結(jié)晶硅鋁酸鹽催化劑接觸生成含有丙烯的流出物，其特征在于所用的反應(yīng)器包括進(jìn)料口(5)、反應(yīng)器殼體(6)和出料口(10)，反應(yīng)器殼體(6)內(nèi)自上而下包括氣體預(yù)分布器(1)、均化空間(7)、氣體分布板(2)、催化劑床層(3)和支撐格柵(4)，其中氣體預(yù)分布器(1)與進(jìn)料口(5)下部相連，并伸入均化空間(7)內(nèi)，氣體分布板(2)位于上部惰性填料層(8)上部是一個沿水平方向具有不同開孔率的多孔板，多孔板開孔率為5～60％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備丙烯的方法，其特征在于一種或多種碳四或以上烯烴的富烯烴混合物原料來自煉廠催化裂解裝置、乙烯廠中蒸汽裂解裝置的碳四及其以上餾分或a-烯烴聯(lián)產(chǎn)、MTO及MTP等副產(chǎn)的碳四及其以上的富烯烴餾分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備丙烯的方法，其特征在于富烯烴混合物為C4～C12的直鏈烯烴。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備丙烯的方法，其特征在于進(jìn)料口(5)和出料口(10)的位置為中心對稱，進(jìn)料口(5)和出料口(10)的水平距離為反應(yīng)器切線長度L的65～95％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備丙烯的方法，其特征在于氣體預(yù)分布器(1)包括圓弧形擋板(12)和底部篩板(14)，底部篩板(14)呈水平放置，圓弧形擋板(12)在底部篩板(14)外部，且與底部篩板(14)緊密相連，圓弧形擋板(12)的半徑R為反應(yīng)器直徑D的5～40％，底部篩板(14)的寬度L1為反應(yīng)器直徑D的5～30％，底部篩板(14)的長度L2為反應(yīng)器切線長度L的10～40％，底部篩板(14)的開孔率為2～10％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述制備丙烯的方法，其特征在于氣體預(yù)分布器(1)的圓弧形擋板(12)的半徑R為反應(yīng)器直徑D的10～20％，底部篩板(14)的寬度L1為反應(yīng)器直徑D的10～15％，底部篩板(14)的長度L2為反應(yīng)器切線長度L的15～30％，底部篩板(14)的開孔率為3～6％，底部篩板(14)上篩孔的直徑Φ為反應(yīng)器直徑D的0.1～0.8％，圓弧形擋板(12)上開有一長條形的空隙(13)，長條形空隙(13)的面積為底部篩板(14)面積的2～15％，長條形空隙(13)與垂直位置的夾角α為30°。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述制備丙烯的方法，其特征在于氣體預(yù)分布器(1)的底部篩板(14)上篩孔的直徑Φ為反應(yīng)器直徑D的0.3～0.5％，長條形空隙(13)的面積為底部篩板(14)面積的4～8％，氣體預(yù)分布器(1)與反應(yīng)器殼體(6)之間縫隙(11)的寬度h1為反應(yīng)器直徑D的1～1.5％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備丙烯的方法，其特征在于氣體分布板(2)是為了控制流體沿反應(yīng)器水平方向的均勻分布，沿反應(yīng)器水平方向從進(jìn)料口(5)到出料口(10)方向，分布板上的開孔率的從小到大變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述制備丙烯的方法，其特征在于氣體分布板(2)的開孔率分2～10擋，開孔率為30～50％。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備丙烯的方法，其特征在于催化劑床層(3)的高度為反應(yīng)器直徑D的20～70％，在氣體分布板(2)與催化劑床層(3)之間為上部惰性填料層(8)，在催化劑床層(3)與支撐格柵(4)之間為下部惰性填料層(9)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備丙烯的方法，主要解決隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，目前薄床層的軸向絕熱固定床反應(yīng)器工程放大困難的問題。本發(fā)明通過采用以含有一種或多種碳四及以上烯烴的富烯烴為原料，使烯烴原料通過橫向放置的臥式固定床反應(yīng)器與硅鋁摩爾比SiO
文檔編號C07C4/06GK1927786SQ20051002946
公開日2007年3月14日 申請日期2005年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月7日
發(fā)明者鐘思青, 謝在庫, 袁艷輝, 孫鳳俠 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院