專利名稱：乙苯脫氫為苯乙烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及苯乙烯的制造，尤其是揭示了乙苯脫氫成為苯乙烯單體的方法和設(shè)備，包括反應(yīng)容器。
在苯乙烯制造領(lǐng)域內(nèi)，在1000-1230°F的高溫和約4-20PSIA壓力下，在諸如氧化鐵之類的脫氫催化劑存在下使乙苯的苯環(huán)上的乙基脫氫形成苯乙烯分子的方法是眾所周知的。這通常在一系列輻射形的絕熱的苯乙烯反應(yīng)器內(nèi)完成的，這些反應(yīng)器一般被稱為乙苯脫氫反應(yīng)器，這種脫氫反應(yīng)器通常是直徑約為5-30英尺或更大、長(zhǎng)約為10-1000英尺或更大的伸長(zhǎng)的、圓筒形的、很大尺寸的垂直結(jié)構(gòu)。這種反應(yīng)器的常規(guī)結(jié)構(gòu)是在位于垂直反應(yīng)器的中心的入口使乙苯氣體輸入，由此氣體徑向向外流動(dòng)通過(guò)一個(gè)環(huán)形區(qū)域，通過(guò)一個(gè)環(huán)形的氧化鐵或其它適當(dāng)?shù)拿摎浯呋瘎┑亩嗫状呋瘎┐?，然后通過(guò)一個(gè)外部的環(huán)形區(qū)域輸出反應(yīng)器殼體。由于穿過(guò)催化劑床的乙苯的流動(dòng)是徑向的，這些反應(yīng)器有時(shí)就稱為“徑向”反應(yīng)器。
苯乙烯制造行業(yè)的技術(shù)人員目前認(rèn)為多重的、帶有典型的脫氫催化劑床的徑向床乙苯反應(yīng)器的最佳配置是使用三個(gè)或更多個(gè)徑向絕熱反應(yīng)器，這些反應(yīng)器在流動(dòng)方向串聯(lián)配置，并在這些反應(yīng)器之間配有再加熱裝置為該吸熱反應(yīng)提供熱量。每一個(gè)反應(yīng)器可以具有選擇性與其它反應(yīng)器的催化劑不同的催化劑。在這些情況下，“選擇性”被本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為是指催化劑選擇性產(chǎn)生高含量的所需的苯乙烯和低含量的不希望有的甲苯和苯的能力?！盎钚浴笔侵复呋瘎⒎彩峭ㄟ^(guò)催化劑的原料的一定百分比的乙苯轉(zhuǎn)化為芳香族化合物的能力。上面提到的這種常規(guī)的徑向反應(yīng)器的例子在Butler等人的美國(guó)專利5,358,698中可以找到。
由于傳統(tǒng)的乙苯反應(yīng)器絕熱設(shè)計(jì)及脫氫反應(yīng)的吸熱性，傳統(tǒng)的乙苯方法需要在過(guò)程中加入熱量以維持脫氫反應(yīng)。這本身又需要使用多重反應(yīng)器以提供機(jī)會(huì)在過(guò)程中加入熱量，這是通過(guò)使用處于串聯(lián)反應(yīng)器之間的加熱器或過(guò)熱器來(lái)完成的。這也是每一個(gè)串聯(lián)反應(yīng)器使用不同催化劑，使各個(gè)串聯(lián)反應(yīng)器的催化劑選擇性不同的一個(gè)原因。由于串聯(lián)反應(yīng)器中的乙苯反應(yīng)的吸熱性，通過(guò)系統(tǒng)的液體時(shí)空速(LHSV)要嚴(yán)格限定。乙苯原料必須足夠緩慢地流動(dòng)通過(guò)各反應(yīng)器以使脫氫基本上完成，脫氫由于反應(yīng)中的熱量吸收而被減緩。
因此，需要一種不需龐大的多重反應(yīng)器、加熱器、熱交換器，或多重催化劑，并且也不受低LHSV限制的乙苯脫氫方法。
本發(fā)明揭示了一種使用單個(gè)小型催化反應(yīng)器的乙苯脫氫方法和設(shè)備，它既不是絕熱的，也不是等溫的，而事實(shí)上是一個(gè)熱量遞增反應(yīng)器。
附圖
是反應(yīng)器的橫截面視圖和實(shí)施本發(fā)明的方法流程圖。
參看附圖，該附圖是顯示本發(fā)明構(gòu)思的橫截面示意圖，揭示了熱量遞增的乙苯反應(yīng)器10，乙苯反應(yīng)器10具有被外殼11所限定的反應(yīng)室，它帶有入口集管12和出口集管13。供應(yīng)管線14與入口集管12相聯(lián)接而產(chǎn)品流送管15從出口集管13通出。
乙苯反應(yīng)器10的中心截面包含爐子11，其中放置一系列的產(chǎn)品流動(dòng)管16，產(chǎn)品流動(dòng)管16與入口集管12相連。管16的開(kāi)孔暴露于入口集管12，使乙苯原料通過(guò)管道14進(jìn)入到入口集管12并穿越管道16進(jìn)入出口集管13。雖然，在此示意圖中僅僅揭示了三條這樣的管道，但實(shí)際上在反應(yīng)器內(nèi)可以有很多這樣的管道。在管道16上面是許多在爐箱頂部的加熱器18。加熱器管道18有一個(gè)諸如天然氣，氫或其它可燃?xì)怏w之類的燃料源，這些可燃?xì)怏w是利用燃料入口管道17來(lái)提供的，而燃料入口管道17與加熱器單元18連通。燃燒產(chǎn)物廢料管道19通過(guò)室11的壁，并帶走來(lái)自噴咀24的火焰的燃燒產(chǎn)物。氧氣源也可以利用單獨(dú)的氧氣供應(yīng)管道或空氣供應(yīng)管道來(lái)提供，該氧氣供應(yīng)管道或空氣供應(yīng)管道可以單獨(dú)地與燃燒器管道18相連接，或者可以在進(jìn)入管道17之前通過(guò)一個(gè)混合器箱，空氣或氧氣可以在該處與氣體燃料混合。
在典型的操作中，乙苯原料是通過(guò)入口管道14輸入，并通過(guò)反應(yīng)器管道16。反應(yīng)管道16的內(nèi)部可以完全或部分地填有操作者希望用于該方法的乙苯脫氫催化劑。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)知道可有利地用于本發(fā)明的合適的脫氫催化劑。
如前所述，反應(yīng)器管道16可能完全或部分地填有所需的乙苯脫氫催化劑，使來(lái)自人集管12的乙苯原料通過(guò)管道16，流經(jīng)選定的催化劑，并在出口集管13收集。
當(dāng)乙苯流動(dòng)通過(guò)反應(yīng)器管道16時(shí)，燃料與進(jìn)入管道17的氧氣源的氣態(tài)混合物通入加熱器噴嘴24并噴出。在反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)要提供一個(gè)點(diǎn)火源，而氣體連續(xù)地通過(guò)噴嘴24，并在從噴嘴噴出時(shí)燃燒。通過(guò)少量的實(shí)驗(yàn)就可以確定為了得到熱量遞增熱反應(yīng)器所需使用的特定噴嘴尺寸。因此，當(dāng)乙苯進(jìn)入管道14，通過(guò)反應(yīng)室入口集管12進(jìn)入反應(yīng)器管道16時(shí)，它穿過(guò)包含在反應(yīng)器管道16內(nèi)的乙苯脫氫催化劑，并由于所消耗的氣體燃料而受到數(shù)量逐漸加大的熱量輸入。雖然最好使用氣態(tài)燃料，但當(dāng)然也可使用液態(tài)燃料，在其進(jìn)入管道17之前用氧源氣體使其霧化。也可用其它常規(guī)的噴嘴-加熱器裝置以消耗不同的燃料源。此外，也可以使用電氣加熱元件來(lái)代替化學(xué)驅(qū)動(dòng)的熱量供應(yīng)，這些電氣加熱元件所產(chǎn)生的熱量從反應(yīng)器入口端至反應(yīng)器出口端是變化的，以使反應(yīng)器得到遞增的熱量供應(yīng)。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可用電氣加熱元件來(lái)代替加熱管18，這些電氣加熱元件的熱量輸出隨著接近其末端(與反應(yīng)器管道16的輸出端相關(guān)聯(lián))而逐漸增大。
但是，本發(fā)明最好是使用與圍繞乙苯脫氫系統(tǒng)的提純操作相容的熱源，而最易得到的燃料通常是氫或一種壓縮天然氣，因此本發(fā)明是按燃?xì)饧訜嵯到y(tǒng)來(lái)說(shuō)明的。當(dāng)乙苯原料穿過(guò)反應(yīng)器16的長(zhǎng)度，通過(guò)包含在其中的催化劑時(shí)，就發(fā)生顯著的脫氫反應(yīng)，排出至出口集管的產(chǎn)品主要含有苯乙烯，這產(chǎn)品通過(guò)產(chǎn)品流送管15送出，以便進(jìn)一步純化，并去除乙苯、苯、甲苯和氫等非苯乙烯產(chǎn)品。如前面所述，由噴嘴24排出的燃燒氣體通過(guò)加熱器箱體底部的廢氣導(dǎo)管19流出。這里所說(shuō)明的就是稱為熱量遞增反應(yīng)器的一種將乙苯脫氫成為苯乙烯的反應(yīng)器，它可為吸熱的乙苯脫氫反應(yīng)提供熱量輸入，而且提供的熱量隨著乙苯脫氫反應(yīng)趨向結(jié)束，反應(yīng)的組分將用完，反應(yīng)更難驅(qū)動(dòng)時(shí)而逐步增加。
雖然以上說(shuō)明了本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例，以便理解本發(fā)明的一般原理，但應(yīng)理解，可在不背離這些原理的條件下對(duì)所述的脫氫反應(yīng)器系統(tǒng)作各種變化和改革。也可以使反應(yīng)器管道的直徑沿其長(zhǎng)度變化而使通過(guò)管道的流率(LHSV)變化。例如，反應(yīng)器管道可以在入口端較小而在出口端較大，從而使每一反應(yīng)器管道中的LHSV沿其長(zhǎng)度逐漸減小。這可使乙苯反應(yīng)在管道內(nèi)的較高溫度下有較長(zhǎng)的停留時(shí)間。另外，也可在相反方向改變管道的直徑，使管道在起始端較大而在終了端較小，從而使LHSV沿管道的長(zhǎng)度逐漸增大。其它變化對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，因此本發(fā)明包括在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的條件下，對(duì)為了說(shuō)明目的而揭示的各具體實(shí)施例所作的全部變化和改變。
權(quán)利要求
1.一種將乙苯脫氫成為苯乙烯的方法，它包括將乙苯原料通過(guò)至少一個(gè)含有脫氫催化劑的脫氫反應(yīng)器管道，并在該管道長(zhǎng)度的主要部分加熱；以及在該管上沿著所述原料流動(dòng)的方向增加熱量，使施加于該管的熱量改變。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征還在于所述管道沿其長(zhǎng)度具有基本恒定的截面積，熱量級(jí)別的變化是依靠改變?nèi)紵鞯牟僮鱽?lái)實(shí)現(xiàn)的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征還在于所述管道的截面積是沿其長(zhǎng)度遞增或是遞減的。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種將乙苯脫氫成為苯乙烯的方法和裝置,該方法和裝置不需多個(gè)反應(yīng)器和預(yù)熱器,而是使用緊湊的單個(gè)反應(yīng)器,反應(yīng)器中具有氣體加熱器或電氣元件之類的內(nèi)部熱源,并利用熱量遞增熱反應(yīng)器的原理。
文檔編號(hào)B01J8/06GK1182071SQ9712248
公開(kāi)日1998年5月20日 申請(qǐng)日期1997年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月8日
發(fā)明者J·R·巴特勒, J·D·科爾奇納克 申請(qǐng)人:弗納技術(shù)股份有限公司