低碳烷烃循环流化床脱氢工艺优化及催化剂结焦过程研究

发布时间：2020-05-15 22:53

【摘要】：与西方发达国家不同,我国低碳烷烃(丙烷或丁烷)常被用作燃料,造成了严重的资源浪费。若将低碳烷烃通过脱氢转化为低碳烯烃,不仅能够显著提升其高附加值利用率,同时还将满足日益增长的低碳烯烃市场需求。因此,本文针对低碳烷烃循环流化床脱氢工艺技术开展基础研究工作。(1)低碳烷烃脱氢催化剂流化性能和耐磨性能研究。针对自主研发的PBD型催化剂,测定了其密度、粒径分布、最小流化速度及磨耗率。研究结果表明,PBD型催化剂属于Geldart A类催化剂,具有较好的流化性能;其磨耗率仅0.27%,是国内外同类型催化剂的1/8~1/4,即耐磨性能极佳,完全适用于循环流化床脱氢过程。(2)低碳烷烃循环流化床脱氢工艺条件优化研究。采用循环流化床中试装置对低碳烷烃(丙烷、异丁烷、正丁烷)单独脱氢以及不同配比混合低碳烷烃进行了系统的工艺操作参数优化研究。结果表明,低碳烷烃脱氢过程中最重要的影响因素是反应温度和反应空速,不同的脱氢原料具有不同的适宜操作工况,丙烷脱氢在600 ~oC和1700 h~(-1)条件下,转化率为39%,丙烯收率达33%;异丁烷脱氢在580 ~oC和1700 h~(-1)条件下,转化率为48%,异丁烯收率为45%;正丁烷脱氢在580 ~oC和1700 h~(-1)条件下,转化率为40%,丁烯收率高达32%;此外PBD催化剂对于不同配比的丙烷/异丁烷混合脱氢、混合丁烷脱氢均有较高的催化活性,最终获得了不同脱氢原料适宜的操作工况。(3)催化剂结焦及其动力学研究。采用固定床装置及热分析仪考察了反应温度、反应空速、原料中异丁烯含量对异丁烷脱氢过程中催化剂结焦量的影响。研究结果表明,原料气中的异丁烯含量和反应温度对催化剂结焦量有较大影响,当反应温度超过580 ~oC时,随着原料气中异丁烯含量的增加,催化剂结焦量迅速增加。通过考察催化剂结焦速率和气体进料组成及其分压之间的关系,建立了催化剂结焦动力学模型,展现出较高的模型精度。
【图文】：

工艺流程图,工艺流程图

烟台大学硕士学位论文大于 0.1 MPa。该工艺采用移动床反应器[47]，实现了催化剂连续的反应与再结焦催化剂再生过程中可以不断补充新鲜催化剂；副产物氢气可以作为反剂，有效缓解催化剂的焦化及烷烃脱氢过程的热裂解副反应，同时氢气可热体为脱氢反应提供热量，安全性高。该工艺中异丁烷脱氢反应的转化率，异丁烯的选择性高于 90%。但是该生产工艺所用的 Pt 系催化剂具有成本点且催化剂稳定性不够理想[48]，工艺流程见图 1-1。

工艺流程图,工艺流程图,工艺

图 1-2 Catofin 工艺流程图Fig.1-2 The Catofin process diagram3 Star 工艺Phillips 石油公司最初研制出 Star 工艺，后来 Uhde 将工艺改良以后用于丙取丙烯。Star 工艺在 1992 年进行工业化生产，采用 Pt-Sn 催化剂体系，，与不同之处在于催化剂载体是铝酸锌尖晶石 (ZnAl2O4)。该催化剂具有高选择毒性能，催化剂的使用寿命得到显著提高[52]。脱氢反应进行时通入蒸汽作为稀释剂[53]可以降低烷烃分压，还能抑制催化，提高催化剂抗积碳性能。该工艺工业化生产过程中，异丁烷转化率可~54%，目标产物异丁烯的选择性在 88%以上，工艺流程见图 1-3。
【学位授予单位】：烟台大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ426;TQ051.13

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