專利名稱：乙苯脫氫為苯乙烯的方法
技術領域：
本發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備，包括反應容器。
在苯乙烯制造領域內，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器內完成的，這些反應器一般被稱為乙苯脫氫反應器，這種脫氫反應器通常是直徑約為5-30英尺或更大、長約為10-1000英尺或更大的伸長的、圓筒形的、很大尺寸的垂直結構。這種反應器的常規結構是在位于垂直反應器的中心的入口使乙苯氣體輸入，由此氣體徑向向外流動通過一個環形區域，通過一個環形的氧化鐵或其它適當的脫氫催化劑的多孔催化劑床，然后通過一個外部的環形區域輸出反應器殼體。由于穿過催化劑床的乙苯的流動是徑向的，這些反應器有時就稱為“徑向”反應器。
苯乙烯制造行業的技術人員目前認為多重的、帶有典型的脫氫催化劑床的徑向床乙苯反應器的最佳配置是使用三個或更多個徑向絕熱反應器，這些反應器在流動方向串聯配置，并在這些反應器之間配有再加熱裝置為該吸熱反應提供熱量。每一個反應器可以具有選擇性與其它反應器的催化劑不同的催化劑。在這些情況下，“選擇性”被本領域技術人員認為是指催化劑選擇性產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。“活性”是指催化劑將凡是通過催化劑的原料的一定百分比的乙苯轉化為芳香族化合物的能力。上面提到的這種常規的徑向反應器的例子在Butler等人的美國專利5,358,698中可以找到。
由于傳統的乙苯反應器絕熱設計及脫氫反應的吸熱性，傳統的乙苯方法需要在過程中加入熱量以維持脫氫反應。這本身又需要使用多重反應器以提供機會在過程中加入熱量，這是通過使用處于串聯反應器之間的加熱器或過熱器來完成的。這也是每一個串聯反應器使用不同催化劑，使各個串聯反應器的催化劑選擇性不同的一個原因。由于串聯反應器中的乙苯反應的吸熱性，通過系統的液體時空速(LHSV)要嚴格限定。乙苯原料必須足夠緩慢地流動通過各反應器以使脫氫基本上完成，脫氫由于反應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。
本發明揭示了一種使用單個小型催化反應器的乙苯脫氫方法和設備，它既不是絕熱的，也不是等溫的，而事實上是一個熱量遞增反應器。
附圖
是反應器的橫截面視圖和實施本發明的方法流程圖。
參看附圖，該附圖是顯示本發明構思的橫截面示意圖，揭示了熱量遞增的乙苯反應器10，乙苯反應器10具有被外殼11所限定的反應室，它帶有入口集管12和出口集管13。供應管線14與入口集管12相聯接而產品流送管15從出口集管13通出。
乙苯反應器10的中心截面包含爐子11，其中放置一系列的產品流動管16，產品流動管16與入口集管12相連。管16的開孔暴露于入口集管12，使乙苯原料通過管道14進入到入口集管12并穿越管道16進入出口集管13。雖然，在此示意圖中僅僅揭示了三條這樣的管道，但實際上在反應器內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有一個諸如天然氣，氫或其它可燃氣體之類的燃料源，這些可燃氣體是利用燃料入口管道17來提供的，而燃料入口管道17與加熱器單元18連通。燃燒產物廢料管道19通過室11的壁，并帶走來自噴咀24的火焰的燃燒產物。氧氣源也可以利用單獨的氧氣供應管道或空氣供應管道來提供，該氧氣供應管道或空氣供應管道可以單獨地與燃燒器管道18相連接，或者可以在進入管道17之前通過一個混合器箱，空氣或氧氣可以在該處與氣體燃料混合。
在典型的操作中，乙苯原料是通過入口管道14輸入，并通過反應器管道16。反應管道16的內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。本領域的技術人員會知道可有利地用于本發明的合適的脫氫催化劑。
如前所述，反應器管道16可能完全或部分地填有所需的乙苯脫氫催化劑，使來自人集管12的乙苯原料通過管道16，流經選定的催化劑，并在出口集管13收集。
當乙苯流動通過反應器管道16時，燃料與進入管道17的氧氣源的氣態混合物通入加熱器噴嘴24并噴出。在反應器啟動時要提供一個點火源，而氣體連續地通過噴嘴24，并在從噴嘴噴出時燃燒。通過少量的實驗就可以確定為了得到熱量遞增熱反應器所需使用的特定噴嘴尺寸。因此，當乙苯進入管道14，通過反應室入口集管12進入反應器管道16時，它穿過包含在反應器管道16內的乙苯脫氫催化劑，并由于所消耗的氣體燃料而受到數量逐漸加大的熱量輸入。雖然最好使用氣態燃料，但當然也可使用液態燃料，在其進入管道17之前用氧源氣體使其霧化。也可用其它常規的噴嘴-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代替化學驅動的熱量供應，這些電氣加熱元件所產生的熱量從反應器入口端至反應器出口端是變化的，以使反應器得到遞增的熱量供應。因此，本領域的技術人員可用電氣加熱元件來代替加熱管18，這些電氣加熱元件的熱量輸出隨著接近其末端(與反應器管道16的輸出端相關聯)而逐漸增大。
但是，本發明最好是使用與圍繞乙苯脫氫系統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，因此本發明是按燃氣加熱系統來說明的。當乙苯原料穿過反應器16的長度，通過包含在其中的催化劑時，就發生顯著的脫氫反應，排出至出口集管的產品主要含有苯乙烯，這產品通過產品流送管15送出，以便進一步純化，并去除乙苯、苯、甲苯和氫等非苯乙烯產品。如前面所述，由噴嘴24排出的燃燒氣體通過加熱器箱體底部的廢氣導管19流出。這里所說明的就是稱為熱量遞增反應器的一種將乙苯脫氫成為苯乙烯的反應器，它可為吸熱的乙苯脫氫反應提供熱量輸入，而且提供的熱量隨著乙苯脫氫反應趨向結束，反應的組分將用完，反應更難驅動時而逐步增加。
雖然以上說明了本發明的一些較佳實施例，以便理解本發明的一般原理，但應理解，可在不背離這些原理的條件下對所述的脫氫反應器系統作各種變化和改革。也可以使反應器管道的直徑沿其長度變化而使通過管道的流率(LHSV)變化。例如，反應器管道可以在入口端較小而在出口端較大，從而使每一反應器管道中的LHSV沿其長度逐漸減小。這可使乙苯反應在管道內的較高溫度下有較長的停留時間。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沿管道的長度逐漸增大。其它變化對本領域技術人員來說將是顯而易見的，因此本發明包括在不背離本發明的實質和范圍的條件下，對為了說明目的而揭示的各具體實施例所作的全部變化和改變。
權利要求
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至少一個含有脫氫催化劑的脫氫反應器管道，并在該管道長度的主要部分加熱；以及在該管上沿著所述原料流動的方向增加熱量，使施加于該管的熱量改變。
2.如權利要求1所述的方法，其特征還在于所述管道沿其長度具有基本恒定的截面積，熱量級別的變化是依靠改變燃燒器的操作來實現的。
3.如權利要求1所述的方法，其特征還在于所述管道的截面積是沿其長度遞增或是遞減的。
全文摘要
本發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反應器和預熱器,而是使用緊湊的單個反應器,反應器中具有氣體加熱器或電氣元件之類的內部熱源,并利用熱量遞增熱反應器的原理。
文檔編號B01J8/06GK1182071SQ9712248
公開日1998年5月20日 申請日期1997年11月7日 優先權日1996年11月8日
發明者J·R·巴特勒, J·D·科爾奇納克 申請人:弗納技術股份有限公司