CN108654526A - 一种可降低返混的烷烃脱氢制烯烃的反应器以及制备方法 - Google Patents

一种可降低返混的烷烃脱氢制烯烃的反应器以及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种烷烃催化脱氢的反应装置，包括反应段和反应器沉降段，反应器沉降段位于反应段的上部，所述的反应段的直径从下到上逐渐变小，催化剂再生斜管伸入反应段内，且催化剂再生斜管的出口端位于反应段的下部，进料分布装置位于反应段内的催化剂再生斜管的出口端的下方。反应器内反应物和催化剂并流向上流动，可有效提高反应器内温度分布的均匀性，避免局部高温，从而减少热反应；且反应器沿流体流动方向逐渐缩径，减少返混造成的烯烃的二次转化，从而提高烯烃的收率和选择性。高温再生剂直接喷入反应器密相床底部，不仅有利于高温催化剂与反应器内催化剂的快速混合，避免床层内形成局部高温，而且密相流化的催化剂还有利于终止自由基的传递，从而减少热反应，提高烷烃脱氢烯烃的选择性。

Description

一种可降低返混的烷烃脱氢制烯烃的反应器以及制备方法
技术领域
本发明涉及一种循环流化床反应器，具体的，涉及一种循环流化床烷烃脱氢的反应装置，更具体的，涉及一种可降低返混的烷烃脱氢反应装置。
背景技术
烯烃和二烯烃(乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、异戊二烯和丁二烯等)在合成树脂、塑料、高辛烷值汽油调和组分(甲基叔丁基醚、甲基叔戊基醚和烷基化油)及其它高附加值产品方面应用广泛。这些烯烃除了通过烃的蒸汽裂解(如乙烷蒸汽裂解，石脑油蒸汽裂解)、烯烃的催化裂解(如Superflex技术)、重油的催化裂解(如TMP、DCC技术)和重油催化热解(如CPP技术)等过程生产外，烷烃催化脱氢也是烯烃和二烯烃生产的重要技术路线。
烷烃脱氢作为合理利用丰富低碳烷烃资源、制备高附加值低碳烯烃的一条重要途径，日益受到人们的重视。
烷烃的脱氢是比较强的吸热反应，如丙烷和异丁烷脱氢，
C3H8→C3H6+H2ΔHo＝124.3kJ/mol
i-C4H10→i-C4H8+H2ΔHo＝117.6kJ/mol
在0.1MPa、25℃的反应热分别高达124.3和117.6kJ/mol。无论是采用何种类型的反应器，怎样有效地给反应供热，都是必须认真思考的问题。
烷烃的脱氢反应受热力学平衡的限制。在相同温度条件下，烷烃的分子越大，平衡转化率越高；对于同一种烷烃，温度越高，平衡转化率越高。乙烷脱氢制乙烯，如果采用催化脱氢的方法，受热力学平衡的限制，单程转化率太低，因而，目前乙烷脱氢采用的是蒸汽热解的技术，反应在800℃以上的高温条件下进行。丙烷、丁烷等的催化脱氢，在适宜的温度条件下可得到经济上可接受的单程转化率和烯烃选择性，因而，丙烷脱氢制丙烯、丁烷脱氢制丁烯或丁二烯，通常采用的是催化脱氢的方法。
氧化脱氢，作为烷烃脱氢的另一路径，虽可打破热力学平衡限制，大幅提高烷烃转化率，降低焦炭收率，但由于氧物种的引入，深度氧化反应难以控制，生成大量的COx和H2O，目的产物烯烃选择性差，造成了原料的浪费。虽然研究者们对此进行了广泛的研究，但烯烃选择性未见显著改善，这一问题短期内很难取得突破。
目前已工业化的脱氢技术均采用催化脱氢路线，所用催化剂为Pt基及Cr2O3基催化剂。Pt价格昂贵，高昂的投资和催化剂使用成本限制了采用Pt催化剂脱氢过程的应用，只有烷烃资源丰富价格低廉的国家或地区，该过程的经济性才合理。此外，Pt催化剂对硫、砷等毒物都十分敏感，因此，使用该催化剂对原料中杂质含量要求非常高。采用Pt催化剂，Pt非常容易烧结，催化剂再生需要采用氧氯化再生，再生烟气必须进行治理后才能排放。负载型Cr系催化剂的脱氢性能优异，但催化剂再生生成的六价铬具有致强致癌作用，催化剂的生产和使用环节都可能造成环境污染，并且废催化剂的处理也是个难题。
从反应器的角度看，固定床、移动床和循环流化床都有应用。烷烃脱氢催化剂容易结焦失活，采用Pt催化剂Pt容易烧结，因而催化剂需要频繁烧焦再生或氧氯化再生。采用固定床显然不便于再生，移动床和流化床可连续进行反应和再生。Pt催化剂价格昂贵，流化床只能用Cr系催化剂，Cr催化剂会给环境带来严重的污染。移动床采用Pt催化剂，为了保证催化剂有几天的再生周期，反应需要在临氢条件下进行，这会降低单程转化率，单程转化率降低，加上氢气循环，使得移动床的能耗非常高。
从催化剂再生、传热效率和反应效率的角度看，烷烃脱氢最适宜的反应器显然非循环流化床莫属，且采用循环流化床反应器部分比固定床、移动床工艺流程要简单得多，同等规模的装置投资也较低。矛盾的焦点在于开发能用于流化床的无毒、价格相对低廉的催化剂，并根据催化剂的性质性能特点配套循环流化床反应器。
在催化剂和循环流化床反应器方面，这些年来我们进行了大量探索。
譬如：ZL 201110123675.1公布了一种催化剂以及适合该催化剂性能发挥的循环流化床反应器，该反应器内的催化剂一部分从底部抽出进行高温补燃再生，然后与抽出的另一部分催化剂混合后从反应器的顶部返回，这样既烧焦再生了催化剂，又利用高温再生剂为反应器供热，同时又避免了让高温再生剂直接进反应器导致的热反应的发生。
中国专利申请第CN 201510003377.7号针对反应器进行了改进，提出在反应器的沉降段内布置换热装置，让原料与高温油气换热，将高温油气迅速降温，减少高温热反应，避免装置结焦。CN 201510003556.0针对ZL 201110123675.1提出的方案存在反应再生***过于复杂的问题，提出了简化的循环流化床方案，并对再生器进行了改进，保证燃料能够充分燃烧并与催化剂充分换热。
对于烷烃脱氢的循环流化床反应装置，提高烷烃脱氢的单程转化率和烯烃选择性永远是本领域的追求的目标。而在反应装置中，气相的返混现象也影响烷烃脱氢制烯烃选择性和转化率的因素之一。
鉴于此，提出了本申请。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种烷烃催化脱氢制烯烃的反应装置，该反应装置沿着流体流动方向逐渐缩径，减少返混造成烯烃的二次转化。
本发明的另一个目的是一种烷烃催化脱氢制烯烃的反应装置，该反应装置反应器内反应物和催化剂并流向上流动，可有效提高反应器内温度分布的均匀性，避免局部高温。
本发明的再一个目的是提供一种烷烃催化脱氢制备烯烃的制备方法。
为实现上述目的，采用如下技术方案：
本发明提供的一种烷烃催化脱氢的反应装置，包括反应段和反应器沉降段，反应器沉降段位于反应段的上部，其中，所述反应段的横截面直径从下到上逐渐变小；
所述的反应装置还包括催化剂再生斜管以及进料分布器，催化剂再生斜管伸入反应段内，进料分布器位于反应段内的催化剂再生斜管的出口端的下方。
本发明提供的反应装置，催化剂与反应物在反应段内并流向上流动，流动方向的反应段是缩径过程，减少产物返混造成的二次转化，且能够充分利用高温催化剂的热量，也避免了局部高温引发的热反应，从而提高了烯烃的选择性。
一种利用上述反应装置的烷烃催化脱氢制烯烃的制备方法，原料从进料分布器进入反应段，原料与催化剂并流向上流动，两者接触进行催化反应，其中，反应段与反应器沉降段下端处于同一水平面的截面处，气体的平均线速度控制在0.3～10.0m/s，反应温度最好控制在500～650℃之间，反应的质量空时为0.1～15h。
本发明反应装置进行的烷烃催化脱氢制烯烃的方法，所得产物烯烃的选择性提升效果显著。
与现有技术相比，本申请的优势在于：
反应器内反应物和催化剂并流向上流动，可有效提高反应器内温度分布的均匀性，避免局部高温，从而减少热反应，提高烷烃脱氢烯烃的选择性；且反应器沿流体流动方向逐渐缩径，减少返混造成的烯烃的二次转化，从而提高烯烃的收率和选择性。高温再生剂直接喷入反应器密相床底部，不仅有利于高温催化剂与反应器内催化剂的快速混合，避免床层内形成局部高温，而且密相流化的催化剂还有利于终止自由基的传递，从而减少热反应，提高烷烃脱氢烯烃的选择性。
附图说明
图1本申请的烷烃催化脱氢制烯烃的反应装置的一种实施方案
图2本申请烷烃催化脱氢制烯烃的反应装置-再生装置组合的一种实施方式
具体实施方式
下面对本发明的烷烃催化脱氢制烯烃的反应装置及烷烃催化脱氢制烯烃的方法进一步详细叙述。并不限定本申请的保护范围，其保护范围以权利要求书界定。某些公开的具体细节对各个公开的实施方案提供全面理解。然而，相关领域的技术人员知道，不采用一个或多个这些具体的细节，而采用其他的材料等的情况也可实现实施方案。
除非上下文另有要求，在说明书以及权利要求书中，术语“包括”、“包含”应理解为开放式的、包括的含义，即为“包括，但不限于”。
在说明书中所提及的“实施方案”、“一实施方案”、“另一实施方案”或“某些实施方案”等是指与所述实施方案相关的所描述的具体涉及的特征、结构或特性包括在至少一个实施方案中。因此，“实施方案”、“一实施方案”、“另一实施方案”或“某些实施方案”没有必要均指相同的实施方案。且，具体的特征、结构或者特性可以在一种或多种实施方案中以任何的方式相结合。说明书中所揭示的各个特征，可以任何可提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特别说明，所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。
一种烷烃催化脱氢的反应装置，包括反应段和反应器沉降段，反应器沉降段位于反应段的上部，其中，所述反应段的横截面直径从下到上逐渐变小；
所述的反应装置还包括催化剂再生斜管以及进料分布器，催化剂再生斜管伸入反应段内，进料分布器位于反应段内的催化剂再生斜管的出口端的下方。
优选的，所述的催化剂再生斜管的出口端位于反应段的下部。
在气相和固相流动混合反应体系中，返混，又称逆向混合，是一种混合现象。狭义地理解，它指连续过程中与主流方向相反的运动所造成的物料混合。在烷烃催化脱氢的循环床流化反应过程，气相的返混现象也是影响烷烃脱氢制烯烃选择性和转化率的一个重要的因素。在本申请中，催化剂出口端位于反应段的下部。在反应段内，催化剂与反应物同时向上流动，随着反应段向上逐渐缩径，即反应段横截面的直径从下到上的方向逐渐减少，那么反应段内的气体的线速度也逐渐升高。这样可以有利于减小气体的返混现象，从而减少烷烃脱氢生成烯烃的二次转化，提高烯烃的选择性。
一种实施方式，在反应段内部设有催化剂提升管，反应段内催化剂再生斜管的出口端与催化剂提升管相连接。优选的，催化剂再生斜管的出口端与催化剂提升管的侧壁相连接。
在某些实施方式中，在反应段内部的催化剂提升管的出口端位于反应段的下部。
在某些实施方式中，催化剂提升管内还设有预提升管，用于输送催化剂提升介质的预提升管的一端位于反应装置外部，其另一端设在催化剂提升管内。
当催化剂再生斜管与催化剂提升管相连，高温再生催化剂通过再生斜管先进入反应段内的催化剂提升管内。一方面，这种设置可直接为吸热的烷烃脱氢反应供热，这种供热方式是效率最高的。
另一方面，通常如果将高温催化剂直接与油气接触，会造成局部高温、严重的热反应降低烯烃选择性等缺陷。而本申请经预热的烷烃原料从反应器底部向上，与从提升管出口喷出的高温催化剂一起向上流动，不仅有利于原料与催化剂的充分接触和均匀混合，而且还有利于利用低温的原料和脱氢反应的强吸热效应，迅速降低催化剂的温度，避免局部高温引发的热反应，从而提高脱氢的选择性。此外，高温催化剂喷入密相床中，高的催化剂密度有利于终止自由基的传递，也有利于减少热反应，提高脱氢的烯烃选择性。
在本申请中，反应段横截面的直径从下到上逐渐变小，包括多种方式，譬如，反应段横截面的直径连续性的变小；或者，从反应段的下端开始，先缩径变化、然后等径过渡、再缩径变化，依次变化，直到反应段上部与反应器沉降段下端连接处。
在某些实施方式中，反应段上部伸入到反应器沉降段内。
在伸入反应器沉降段内的那部分反应段，其横截面的直径从下到上可以是等径的，也可以是从下到上先缩径一段，然后再等径向上延伸。具体反应段在反应器沉降段内伸入多长距离，可根据实际工艺需要设置，只要便于催化剂与油气分离即可。
在某些实施方式中，在本申请中，催化剂提升管、提升介质管均为等径的管道。
在某些实施方式中，提升介质管通过催化剂提升管的底部或者侧壁伸入提升管内。
所述的催化剂提升管的出口端的位置位于反应段下部。在此，反应段下部是指靠近反应段底端的空间。
在某些实施方式中，预提升管的出口端位于再生斜管下料口上缘以上的位置。通常，催化剂提升管竖直放置，再生斜管与催化剂提升管侧壁相连接，所以，再生斜管出口端也就是催化剂提升管侧壁的开口。
优选的，在轴向方向，预提升管的出口端高出再生斜管下料口上缘的距离不超过0.1m。更优选的，预提升管的出口端与再生斜管下料口上缘处于同一水平面。
在某些实施方式中，反应段的横截面为圆形，催化剂提升管与反应段呈同轴设置。
催化剂提升管的底部可以为封闭的，也可以为开口状态。只要在催化剂提升管内的提升介质在不断向上运行的过程中，在再生斜管下料口附近会形成负压即可，这样可以增大催化剂从再生器进入反应器的推动力。
在某些实施方式中，催化剂提升管的底部为封闭状态。
本申请通过在反应段内部设置催化剂提升管，再生斜管穿过反应段与催化剂提升管连接，在提升介质的抽吸和推动下，再生催化剂沿着提升管不断向上运行的过程中，在再生斜管下料口附近会形成负压，增大催化剂从再生器进入反应器的推动力；另外，在提升介质推动下，催化剂从提升管上端口高速喷出，有利于高温催化剂与反应段内的催化剂快速混合，避免了床层内形成局部高温。更优选的，为了保证预提升管对催化剂具有良好的抽吸和推动作用，预提升管出口可在提升管中轴线上的位置。
对于再生斜管出口位置根据再生斜管的角度、提升管的长度和提升管出口位置确定。在本申请中，再生斜管与催化剂提升管相连接处，从催化剂提升管在提升管上的开口上缘至催化剂提升管出口的距离大约为0.1m～2.0m，最好为0.3m～1.0m。
本申请的反应装置中，为了达到降低气速以使催化剂沉降的目的，沉降段的直径要大于反应段的直径。
在某些实施方式中，在反应段内，催化剂提升管的下方设有进料分布器。进料***靠近反应器底部。优选的，进料分布器为一个或多个布置在同一平面上的环形管，在环形管上设有喷嘴。
其中，喷嘴的方向可以朝向上或者朝向下，优选，朝向下的方向。
为了使得催化剂与原料在反应段内充分接触反应，在反应段内、进料分布器的上部设有格栅或者多孔分布板。最好是开孔率不大于50％的分布板。
在某些实施方式中，反应段内、进料口的上部设有的相邻两层格栅或者多孔分布板之间的距离为0.01～2.0m；优选，0.1～0.7m。通过格栅或多孔分布板的设置不断改变气体和催化剂的分布，促进原料与催化剂充分接触反应，提高气固接触和反应效率。
在反应装置顶端设有油气出口，反应器沉降段内设有旋风分离器，旋风分离器与油气出口相连。
在本申请中，待生催化剂可以从反应器沉降段靠近底部的侧面抽出，经待生斜管进入再生器内。待生催化剂可以直接进入再生段密相床，也可以进入再生器沉降段。优选的，待生催化剂进入再生器沉降段。催化剂待生剂进入再生器沉降段，处于稀相流化状态，有利于焦炭快速烧除。
本申请提供的烷烃脱氢制烯烃的反应装置可以与现有技术公开的催化剂再生器结合进行循环流化脱氢反应。
在某些方式中，催化剂再生器包括催化剂再生段和再生沉降段，再生段位于沉降段的下部，反应器沉降段的下部与再生沉降段的下部通过待生斜管连接；再生斜管的一端与催化剂提升管连接，另一端与再生段的底部连接。
利用上述烷烃脱氢制烯烃的反应装置进行的烷烃脱氢制烯烃的制备方法，包括如下步骤，原料从进料分布器进入反应段，原料与催化剂并流向上流动，两者接触进行催化反应，其中，反应段与反应器沉降段下端处于同一水平面的截面处，气体的平均线速度控制在0.3～10.0m/s，反应温度最好控制在500～650℃之间，反应的质量空时为0.1～15h。
另一方面，在反应段内，在催化剂提升管出口横截面处的气体平均线速度控制在0.01～3m/s，最好0.2～0.7m/s。在缩径的反应段，反应段内的气体线速度会逐渐升高，有利于减小气体的返混。
在某些实施方式中，反应温度控制在550～620℃之间。
在本申请中，反应段内的反应温度为反应段的平均温度。平均温度的测定方法为反应段内在不同轴、径向位置设置5～10个测温点，这些测温点温度的平均值则为反应段内的反应温度。
在某些实施方式中，反应的质量空时为1～8h。
在反应装置的沉降段顶部的压力控制在-0.01～0.1MPa，最好为0～0.05MPa(表)。
在某些实施方式中，在提升管内的表观气速在0.5～20m/s，优选，在3～10m/s。
在某些实施方式中，在提升介质管出口处，提升介质的线速度控制在5～50m/s，优选在15～30m/s。
在本申请中，所述的提升介质可以是脱氢原料、水蒸汽、氮气、氢气、干气或其它的小分子烃等，最好用脱氢原料或氮气。
本申请中提供的催化剂再生装置，包括催化剂再生段和再生沉降段，再生沉降段位于催化剂再生段上部，在再生沉降段与催化剂再生段之间设有外循环管。
所述的外循环管是指设在再生沉降段和催化剂再生段的外部并与再生沉降段和催化剂再生段连通的管道。
外循环管的设置，将进入再生器沉降段的高温催化剂一部分抽出经外循环管返回再生器底部。这样，可有效避免再生器底部温度过低而熄火，影响装置的运行安全；同时，也可避免床层内局部温度过高，导致催化剂烧结。
在某些实施方式中，外循环管的一端连接催化剂再生段的下侧部，另一端连接再生沉降段的下侧部。
在催化剂再生段的密相段内每隔0.01～2m，最好0.1～0.7m设置一层多孔分布板或格栅，最好是格栅。可保证催化剂的烧焦效果，促进气固两相的传热。
在本申请中术语“催化剂再生段的密相段”为化工领域常用的术语，也称为密相流化段，是催化剂再生反应的主要区域，与稀相流化段相对应。
在催化剂再生段的密相段下部为再生段的气提段。在催化段的气提段内设有人字形挡板或其它具有促进气固两相传质的内构件。这样可以保证气提效果，尽量减少催化剂携带的烟气量。
气提介质可以是水蒸汽、氮气、干气或其它不影响催化剂脱氢反应性能的气体
本申请提供的催化剂再生装置可以现有技术所有的脱氢反应装置联用。对于同时要进行两种或几种对反应条件要求有一定差别的原料的脱氢，可两个或几个反应装置共用一个再生装置，这样反应条件就可以根据具体原料的反应要求进行分别设定。理论上反应装置的个数不受限制，但考虑到工程上的可操作性，反应器的个数最好不要超过两个。
利用上述催化剂再生装置的催化剂再生方法，包括：
(1)待生催化剂、燃料在温度600～850℃的条件下在再生装置的再生段燃烧，
(2)在烟气的推动下再生段的催化剂进入沉降段，其中，进入沉降段内的部分高温催化剂通过外循环管返回到再生段内，优选，返回到再生段底部，再次与再生段的催化剂一起燃烧。
优选的，燃料在温度630～750℃的条件下在再生装置的再生段燃烧。
所述的燃料可以为气体燃料，也可以是不含硫和金属的液体燃料。
在本申请中，燃料喷入到再生段的密相段内，燃料可以从不同的轴向位置多点喷入，也可只在某一轴向位置喷入，最好是多点喷入，且最低喷入位置应在空气分布管之上。
与现有技术相比，本申请的优势在于：
1)反应器内反应物和催化剂并流向上流动，可有效提高反应器内温度分布的均匀性，避免局部高温，从而减少热反应，提高烷烃脱氢烯烃的选择性。
2)反应器沿流体流动方向逐渐缩径，减少返混造成的烯烃的二次转化，从而提高烯烃的收率和选择性。
3)高温再生剂直接喷入反应器密相床底部，不仅有利于高温催化剂与反应器内催化剂的快速混合，避免床层内形成局部高温，而且密相流化的催化剂还有利于终止自由基的传递，从而减少热反应，提高烷烃脱氢烯烃的选择性。
4)预提升介质从再生斜管催化剂下料口上缘附近高速喷出，在下料口附近会形成负压，增大了催化剂从再生器进入反应器的推动力，增大了调节催化剂循环量的灵活性。
5)待生剂直接进入再生器的沉降段，稀相流化有利于待生剂的快速烧焦。
6)在再生器密相流化段内补燃，催化剂和燃料在再生器内的停留时间长，有利于充分烧除催化剂上的焦炭，保证燃料充分燃烧，同时还有利于气固两相充分传热，提高能量的利用率。
7)采用催化剂外循环管将再生器沉降段内的高温催化剂循环到再生器的底部，可避免再生器底部因温度过低而熄火，从而消除因补燃而带来的安全隐患，可避免局部高温，导致催化剂烧结。
实施例1
本实施例参考附图1、2所示，为本申请提供的烷烃催化脱氢的反应装置与本申请提供的催化剂再生装置联合使用。这两套装置可以分开使用，分别与现有技术的其他反应装置或者催化剂再生装置联合使用。
附图1所示的烷烃催化脱氢的反应装置包括反应段10和反应器沉降段11，反应器沉降段11位于反应段10的上部，反应段10横截面的直径从下到上逐渐变小，催化剂再生斜管5伸入反应段10内，且催化剂再生斜管5的出口端位于反应段10的下部。在本实施例中，反应段10横截面的直径下到上连续变小。
在反应段10内的下部设有催化剂提升管17。在反应段10内，催化剂再生斜管5穿过反应段壁进入反应段内与催化剂提升管17相连接，用于输送提升介质的预提升管3设在催化剂提升管17内。催化剂提升管底部为封闭的，预提升管3通过催化剂提升管17的底部或者侧壁伸入提升管17内。提升介质管3的出口端高出再生斜管5下料口上缘的距离不超过0.1m。更优选的，提升介质管的出口端与再生斜管下料口上缘处于同一水平面。这样在提升介质管内的提升介质在不断向上运行的过程中，在再生斜管下料口附近会形成负压，可以增大催化剂从再生器进入反应器的推动力。
在本实施例中，反应段10的横截面均为圆形，催化剂提升管17、在催化剂提升管内的预提升管3均与反应段10同轴设置。
在反应段10内，催化剂提升管17的下方设有进料环形管4，在环形管上设有喷嘴，喷嘴的方向可以朝向上或者朝向下，优选，朝向下的方向。在反应段10内、进料环形管4的上部设有格栅或者多孔分布板。相邻两层格栅或者多孔分布板之间的距离为0.01～2.0m；优选，0.1～0.7m。
在反应装置即沉降段的顶端设有油气出口12，反应器沉降段11内设有旋风分离器16，旋风分离器16与油气出口12相连。反应段10上端伸入反应器沉降段11内。在本实施方式中，在反应器沉降段11内的反应段，从下到上，先缩径，后等径延伸至反应段上端出口。
上述的催化剂再生斜管5与再生装置的催化剂再生段1的底部连接。催化剂待生斜管6的第一端与反应器沉降段11靠近底部的侧面连接，催化剂待生斜管6的第二端与再生装置的催再生沉降段15连接。所述的再生装置的再生沉降段15位于再生段1的上部。
在再生沉降段15与催化剂再生段1的外部设有外循环管18，外循环管18的一端连接催化剂再生段1的下侧部，另一端连接再生沉降段15的下侧部。
在再生沉降段15的顶部设有烟气口出13，再生沉降段15内设有旋风分离器16，旋风分离器16与烟气出口13相连。
实施例1的反应-再生装置的工艺流程如下：反应原料经过进料环形管4的喷嘴进入反应装置的反应段10内，高温再生催化剂流入催化剂提升管17内，在提升介质抽吸和推动的作用，沿着催化剂提升管17向上喷入反应段内。高温催化剂与原料一并在反应段内向上流动，在此过程中，原料与催化剂接触进行催化反应。在向上流动过程中，由于反应段从下到上是缩径变化，气体的平均线速度逐渐升高，可以有效的减少气相返混现象。
然后在提升介质的带动下，夹带着催化剂进入反应器沉降段11内，携带催化剂的产物经过旋风分离器分离后，产物经油气出口流出。分离出的催化剂最后经气提介质14在反应器沉降段靠近底部的侧面抽出、并进入催化剂待生管6，然后进入再生装置沉降段15内。
在再生装置内，在再生段密相段内喷入空气8和燃料9，燃料气体燃料，也可以是不含硫和金属的液体燃料，在再生段内将待生催化剂的焦炭烧除，在烟气的推动下，催化剂进入再生沉降段15，沉降段内的催化剂部分通过外循环管再次返回到沉降段底部。再生催化剂经过催化剂再生斜管5进入反应段10内的催化剂提升管内。在反应段10内进行如上述的反应，实现循环反应-再生反应。
实施例2：
丙烷脱氢制丙烯，采用本发明实施例1的设备
原料：99wt％的丙烷，进料量0.6t/h
催化剂：环保型金属氧化物催化剂ADHO-1(ZL 201110123675.1)
反应条件：反应段内催化剂床层每隔0.5m设置一层格栅；床层平均温度，600℃；沉降器压力，0.03MPa；质量空时，3h；反应段内提升管出口截面气体平均线速度，0.5m/s；反应器沉降段底部与反应器连接的截面处，气体平均线速度2m/s。
再生条件：再生器密相段内可每隔0.5m设置一层格栅；再生器密相段温度，700℃。
反应-再生***结构形式：本发明；对比，专利申请CN2016 1104 2006.0。
专利申请CN2016 1104 2006.0的烷烃催化脱氢的反应-再生反应装置包括：
反应段和沉降段，沉降段位于反应段的上部，沉降段为等径罐体结构，反应段为等径筒状结构，反应段的直径比沉降段的直径小。在反应段的下部为缩径段(汽提段)，缩径段与催化剂待生斜管相连，在缩径段内设有挡板。
在反应段内部设有催化剂提升管，反应段内催化剂再生斜管的出口与催化剂提升管相连接，用于输送提升介质的提升介质管设在催化剂提升管内。反应段和提升介质管均为筒状结构，且两者同轴设置。提升介质管的底部为封闭的，提升介质管通过催化剂提升管的底部或者侧壁伸入提升管内。提升介质管的出口端与催化剂再生斜管的出口的最高处在附近，最佳处于同一水平面上，或者稍微高于再生斜管的出口。
在反应段的下端设有进料环形管，在环形管上设有喷嘴，喷嘴的方向朝向下。在反应段内、进料环形管的上部设有格栅或者多孔分布板。沉降段的直径要大于反应段的直径，沉降段的最大直径与反应段的直径之比为4/1～1.1/1。
CN2016 1104 2006.0的反应装置可以与现有技术任意的催化剂再生装置向配合使用。在此，所采用的再生装置的结构及其连接如下：
上述的催化剂再生斜管、催化剂待生斜管的另一端分别与再生装置的催再生沉降段和再生段相连，所述的再生装置的再生沉降段位于再生段的上部。反应段的待生催化剂从反应段床层下部进入缩径段，经氮气或其它不影响原料脱氢反应的气体气提后，经待生斜管进入到再生段。
在再生沉降段与催化剂再生段之间设有外循环管，外循环管的一端连接催化剂再生段的下侧部，另一端连接再生沉降段的下侧部。
所述的再生斜管在靠近再生沉降段处设置一段立管，所述的立管为与再生沉降段的轴向方向相平行管道。在立管内设置人字形挡板。
在反应器沉降段和再生沉降段内其他设置与本发明的相一致。
其对比结果如表1所示：
表1.含量为99wt％的丙烷脱氢产物分布与丙烯选择性，wt％
本发明的实施效果与对比方案的实施效果如表1所示。与对比方案相比，本发明的丙烯单程收率比对比方案的高1.34个百分点，丙烯的选择性高3.75个百分点，提升效果显著。
实施例3：
异丁烷脱氢制异丁烯，采用本发明实施例1的设备
原料：98wt％的异丁烷，进料量0.5t/h
催化剂：环保型金属氧化物催化剂ADHO-1(ZL 201110123675.1)
反应条件：反应段内催化剂床层每隔0.5m设置一层格栅；床层平均温度，580℃；沉降器压力，0.025MPa；质量空时，3h；反应段提升管出口截面气体平均线速度，0.45m/s；反应器沉降段底部与反应器连接的截面处，气体平均线速度1.8m/s。
再生条件：再生器密相段内可每隔0.5m设置一层格栅；再生器密相段温度，700℃。
反再***结构形式：本发明；对比，专利申请CN2016 1104 2006.0。
专利申请CN2016 1104 2006.0的反应-再生装置如实施例2所述的相一致。
表2.含量为98wt％的异丁烷脱氢产物分布与异丁烯选择性，wt％
本发明的实施效果与对比方案的实施效果如表2所示。与对比方案相比，本发明的异丁烯单程收率比对比方案的高3.82个百分点，异丁烯的选择性高3.69个百分点，对异丁烯的选择性提升效果非常明显。

Claims (10)

1.一种烷烃催化脱氢的反应装置，包括反应段和反应器沉降段，反应器沉降段位于反应段的上部，其中，所述反应段的横截面直径从下到上逐渐变小；
所述的反应装置还包括催化剂再生斜管以及进料分布器，催化剂再生斜管伸入反应段内，进料分布器位于反应段内的催化剂再生斜管的出口端的下方；
优选的，所述的催化剂再生斜管的出口端位于反应段的下部。
2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，在反应段内部设有催化剂提升管，反应段内催化剂再生斜管的出口端与催化剂提升管相连接；
优选的，催化剂再生斜管的出口端与催化剂提升管的侧壁相连接。
3.根据权利要求2所述的反应装置，其特征在于，在反应段内部的催化剂提升管的出口端位于反应段的下部。
4.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，催化剂提升管内还设有预提升管，预提升管的出口端位于催化剂再生斜管出口端上缘以上的位置；
优选的，在轴向方向，预提升管的出口端高出催化剂再生斜管出口端上缘的距离不超过0.1m；
更优选的，预提升管的出口端与催化剂再生斜管出口端上缘处于同一水平面。
最优选的，预提升管出口在催化剂提升管中轴线上的位置。
5.根据权利要求1-4任一项所述的反应装置，其特征在于，反应段的横截面为圆形，催化剂提升管与反应段呈同轴设置。
6.根据权利要求3-5任一项所述的反应装置，其特征在于，催化剂再生斜管与催化剂提升管相连接处，从催化剂再生斜管出口端上缘至催化剂提升管出口的距离为0.1m～2.0m；优选0.3m～1.0m。
7.一种利用权利要求1-6任一项所述的烷烃脱氢制烯烃的反应装置进行的烷烃脱氢制烯烃的制备方法，包括如下步骤，原料从进料分布器进入反应段，原料与催化剂并流向上流动，两者接触进行催化反应，其中，反应段与反应器沉降段下端处于同一水平面的截面处，气体的平均线速度控制在0.3～10.0m/s，反应温度控制在500～650℃之间，反应的质量空时为0.1～15h；
优选的，反应温度控制在550～620℃之间；
优选的，反应的质量空时为1～8h。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在反应段内，在催化剂提升管出口横截面处的气体平均线速度控制在0.01～3m/s，最好0.2～0.7m/s。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，在提升管内的表观气速在0.5～20m/s，优选，在3～10m/s。
10.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，在预提升管出口处，提升介质的线速度控制在5～50m/s，优选在15～30m/s。
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