BR112016012613B1 - Dispositivo de reação para preparar olefinas leves a partir de metanol e/ou dimetil éter - Google Patents

Dispositivo de reação para preparar olefinas leves a partir de metanol e/ou dimetil éter Download PDF

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Abstract

DISPOSITIVO DE REAÇÃO PARA PREPARAR OLEFINAS LEVES A PARTIR DE METANOL E/OU DIMETIL ÉTER. se refere a um dispositivo de reação para preparar olefinas leves a partir de metanol e/ou dimetil éter, que compreendem principalmente um reator de leito fluidizado de fase densa (2), um separador ciclônico (3), um extrator (5), um tubo de elevação (7), um regenerador de leito fluidizado de fase densa (10), um separador ciclônico (11), um extrator (13), e um tubo de elevação (15), em que o reator de leito fluidizado de fase densa (2) é separado em n zonas de reação secundárias (n=2) por um controlador de fluxo de material (17), e o regenerador de leito fluidizado de fase densa (10) é separado em m zonas de regeneração secundária (m=2) pelo controlador de fluxo de material (17), sendo que o uso do dispositivo de reação da presente invenção soluciona os problemas relacionados à distribuição não uniforme de deposição de carbono em um catalisador e a seletividade para as olefinas leves é relativamente baixa.

Description

[001] CAMPO DA INVENÇÃO
[002] Esta invenção refere-se a um dispositivo de reação para preparar olefinas leves a partir de metanol e/ou dimetil éter.
[003] ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[004] As olefinas leves, que são etileno e propileno, são dois importantes tipos de matérias-primas químicas básicas e a demanda pelas mesmas está aumentando. Em geral, etileno e propileno são produzidos através de um esquema de petróleo. Contudo, os custos da produção de etileno e propileno a partir de recursos de petróleo estão crescendo devido ao suprimento limitado e preço relativamente alto de recursos de petróleo. Nos últimos anos, as técnicas para preparar etileno e propileno convertendo-se matérias- primas substituintes foram bastante desenvolvidas. Mais atenção tem sido dispensada ao processo de conversão do metanol em olefinas (MTO) e a escala de produção em uma ordem de milhões de toneladas foi alcançada. Conforme a economia mundial se desenvolve, cresce a demanda por olefinas leves, particularmente, propileno. É relatado, como análise da Corporação CMAI, que a demanda por etileno irá aumentar em uma taxa média de 4,3% por ano e a demanda por propileno irá aumentar em uma taxa média de 4,4% por ano antes de 2016. Devido ao aumento em alta aceleração da economia da China, todas as taxas de crescimento anuais da demanda por etileno e propileno na China excedem o nível médio mundial.
[005] No início dos anos 1980, a Corporação UCC desenvolveu com sucesso peneiras moleculares SAPO, sendo que o catalisador de peneira molecular SAPO-34 exibe desempenho catalítico excelente quando o mesmo é usado em reação de MTO e tem seletividade muito alta para olefinas leves e atividade muito alta. Contudo, após o catalisador ter sido usado por um período de tempo, a atividade é perdida devido à deposição de carbono. Um período de indução notável está presente no uso do catalisador de peneira molecular SAPO-34. No período de indução, a seletividade por olefinas é relativamente baixa e a seletividade por alcanos é relativamente alta. Conforme o tempo de reação aumenta, a seletividade por olefinas leves gradualmente aumenta. Após o período de indução, o catalisador mantém alta seletividade e alta atividade em um determinado período de tempo. Com o alongamento subsequente do tempo, a atividade do catalisador rapidamente diminui.
[006] O documento n° US6166282 revela uma técnica e um reator para converter metanol em olefinas leves, que usa um reator de leito fluidizado rápido, em que após completar uma reação em uma zona de reação de fase densa que tem uma aceleração de gás relativamente baixa, uma fase gasosa se eleva para uma zona de separação rápida que tem um diâmetro interno que rapidamente se torna menor e a maior parte do catalisador arrastado é previamente separado usando um aparelho de separação de sólido e gás especial. Visto que o gás produto e o catalisador são rapidamente separados após a reação, uma reação secundária é efetivamente impedida. Pela computação análoga, o diâmetro interno do reator de leito fluidizado rápido e a quantidade de armazenamento do catalisador exigida são ambos drasticamente reduzidos, em comparação com os reatores de leito fluidizados borbulhantes convencionais. Contudo, os rendimentos à base de carbono de olefinas leves nesse método são todos tipicamente cerca de 77% e há problemas em relação aos rendimentos relativamente baixos de olefinas leves.
[007] O documento CN101402538B revela um método para aumentar o rendimento de olefinas leves. Esse método fornece uma segunda zona de reação na parte superior de uma primeira zona de reação para converter metanol em olefinas leves e o diâmetro da segunda zona de reação é maior do que aquele da primeira zona de reação para aumentar o tempo de residência do gás produto da saída da primeira zona de reação na segunda zona de reação, de modo que o metanol não reagido, o dimetil éter gerado e hidrocarbonetos que tem 4 ou mais carbonos continuem a reagir de maneira que alcancem o objetivo de aumentar o rendimento de olefinas leves. Esse método pode aumentar o rendimento de olefinas leves em alguma extensão. Contudo, visto que o catalisador da primeira zona de reação já carregou muito de carbono depositado e atividade de catalisador relativamente alta é exigida para quebrar hidrocarbonetos que tem 4 ou mais carbonos, as eficiências de conversão de hidrocarbonetos que têm 4 ou mais carbonos na segunda zona de reação nesse método ainda são ligeiramente baixas, de modo que o rendimento de olefinas leves é ligeiramente baixo.
[008] O documento CN102276406A revela um método para aumentar a produção de propileno. Essa técnica fornece três zonas de reação, em que uma primeira zona de reação de leito rápido é usada para converter metanol em olefinas e uma zona de reação de tubo de elevação e uma segunda zona de reação de leito rápido são conectadas em série para converter etileno, hidrocarbonetos que têm 4 ou mais carbonos e metanol não reagido ou dimetil éter. Nesta patente, o tempo de residência de substâncias, tais como hidrocarbonetos que têm 4 ou mais carbonos, etc., na zona de reação e a segunda zona de reação de leito rápido é relativamente curto e a eficácia de conversão é relativamente baixa, de modo que o rendimento de propileno é ligeiramente baixo.
[009] O documento CN102875289A revela um dispositivo de reação de leito fluidizado com um reator de tubo de elevação disposto no mesmo, que é usado para aumentar o rendimento de olefinas leves. Uma primeira matéria-prima é passada por uma zona de reação de leito fluidizado e é colocada em contato com um catalisador para gerar um produto que compreende olefinas leves e enquanto isso um catalisador desativado é formado; uma parte do catalisador desativado é passada por um regenerador para regeneração para formar um catalisador regenerado e a outra parte do catalisador desativado é passada por um tubo de elevação com uma extremidade de saída localizada na zona de reação e é levada ao contato com uma segunda matéria-prima de modo a elevar o catalisador desativado para dentro da zona de reação; e o catalisador regenerado é retornado para a zona de reação do reator de leito fluidizado. Visto que o dispositivo de reação revelado nessa patente não compreende uma porção de extração, o catalisador desativado será passado pelo regenerador carregando uma parte do gás produto e sofrerá combustão com oxigênio para reduzir o rendimento de olefinas leves.
[010] A técnica para preparar olefinas a partir de metanol revelada no documento CN102875296A fornece três zonas de reação, que são um leito rápido, um descendente e um tubo de elevação. Visto que o catalisador é circulado dentre o regenerador, o leito rápido, o tubo de elevação e o descendente, a direção de fluxo é extremamente complexa, a distribuição e o controle da taxa de fluxo são extremamente difíceis e a atividade de catalisador muda muito.
[011] Conforme bastante conhecido na técnica, a seletividade por olefinas leves é bastante associada com a quantidade de deposição de carbono no catalisador. Certa quantidade de deposição de carbono no catalisador SAPO-34 é necessária para assegurar uma alta seletividade por olefinas leves. Os principais reatores usados no processo de MTO atual são leitos fluidizados. O leito fluidizado é próximo de um reator de tanque continuamente agitado, que tem ampliado uma distribuição de deposição de carbono no catalisador e não é vantajoso para aumentar a seletividade por olefinas leves. Visto que a razão de catalisador para álcool é muito pequena e uma taxa de rendimento de coque é relativamente baixa no processo de MTO, a fim de alcançar um volume de circulação de catalisador controlável e maior, é exigido controlar a quantidade de deposição de carbono e a uniformidade de teor de carbono no catalisador na zona de regeneração para certos níveis. Portanto, o objetivo de controlar a quantidade de deposição de carbono e a uniformidade de teor de carbono no catalisador na zona de reação é alcançado. Portanto, é uma técnica fundamental no processo de MTO controlar a quantidade de deposição de carbono e a uniformidade de teor de carbono do catalisador na zona de reação para certos níveis.
[012] A fim de resolver os problemas descritos acima, alguns pesquisadores propuseram as técnicas, tais como fornecer zonas de reação superior e inferior em um leito fluidizado, dois leitos fluidizados conectados em série, e um leito fluidizado, um tubo de elevação e um descendente conectados em série, etc. Esses métodos revelados de maneira preliminar para controlar a quantidade de deposição de carbono e a uniformidade de teor de carbono do catalisador e certos efeitos vantajosos foram obtidos. Contudo, a complexidade e a dificuldade de controle do processo de MTO são aumentadas ao mesmo tempo. Esta invenção propõe uma solução de formação de uma pluralidade de zonas de reação secundárias (zonas de regeneração) fornecendo-se membros internos em um leito fluidizado de fase densa para solucionar os problemas de controlar a quantidade de deposição de carbono e a uniformidade de teor de carbono do catalisador de modo a aumentar a seletividade de olefinas leves.
[013] SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[014] O problema da técnica a ser solucionado por esta invenção é o problema de que a seletividade por olefinas leves na técnica anterior não está presente alta e a mesma fornece um novo dispositivo de reação com a seletividade de olefinas leves aumentada. Esse dispositivo de reação é usado na produção de olefinas leves e tem as vantagens de boa uniformidade de deposição de carbono de catalisador, rendimento de olefinas leves relativamente alto e boa eficiência econômica do processo de produção de olefinas leves.
[015] A fim de solucionar os problemas descritos acima, esta invenção fornece um dispositivo de reação para preparar olefinas leves a partir de metanol e/ou dimetil éter, sendo que o mesmo compreende um reator de leito fluidizado de fase densa (2), um separador ciclônico (3), um extrator (5), um tubo de elevação (7), um regenerador de leito fluidizado de fase densa (10), um separador ciclônico (11), um extrator (13) e um tubo de elevação (15); em que uma linha de alimentação para reator (1) é conectada ao fundo do reator de leito fluidizado de fase densa (2); uma parte do extrator (5) está no reator de leito fluidizado de fase densa (2) e a parte restante do mesmo está abaixo do reator de leito fluidizado de fase densa (2); o fundo do tubo de elevação (7) é conectado ao fundo do extrator (5), e o topo do tubo de elevação (7) é conectado ao regenerador de leito fluidizado de fase densa (10); uma linha de alimentação para regenerador (9) é conectada ao fundo do regenerador de leito fluidizado de fase densa (10); uma parte do extrator (13) está no regenerador de leito fluidizado de fase densa (10) e a parte restante do mesmo está abaixo do regenerador de leito fluidizado de fase densa (10); o fundo do tubo de elevação (15) é conectado ao fundo do extrator (13) e o topo do tubo de elevação (15) é conectado ao reator de leito fluidizado de fase densa (2), distinguível pelo fato de que um controlador de fluxo de material (17) é fornecido no reator de leito fluidizado de fase densa (2) e/ou no regenerador de leito fluidizado de fase densa (10) e o reator de leito fluidizado de fase densa (2) é separado em n zonas de reação secundárias pelo controlador de fluxo de material (17) e desde a 1aaté a nésimazonas de reação secundárias são conectadas sequencialmente; o regenerador de leito fluidizado de fase densa (10) é separado em m zonas de regeneração secundárias pelo controlador de fluxo de material (17) e desde a 1aaté a mésima zonas de regeneração secundárias são conectadas sequencialmente; e em que n > 2 e m > 2.
[016] Em uma modalidade preferencial, o topo do tubo de elevação (15) é conectado a 1azona de reação secundária, a nésima zona de reação secundária é conectada a uma porta de transbordamento de material (18) na parte superior do extrator (5); e o separador ciclônico (3) é fornecido na parte superior do reator de leito fluidizado de fase densa (2), uma saída de topo do separador ciclônico (3) é conectada a uma linha de material de produto (4), e o fundo do separador ciclônico (3) é conectado a nésimazona de reação secundária.
[017] Em uma modalidade preferencial, o topo do tubo de elevação (7) é conectado a 1azona de regeneração secundária, a mésimazona de regeneração secundária é conectada a uma porta de transbordamento de material (18) na parte superior do extrator (13); e o separador ciclônico (11) é fornecido na parte superior do regenerador de leito fluidizado de fase densa (10), uma saída de topo do separador ciclônico (11) é conectada a uma linha de gás de escape (12), e o fundo do separador ciclônico (11) é conectado a mésimazona de regeneração secundária.
[018] Em uma modalidade preferencial, 8 > n > 3.
[019] Em uma modalidade preferencial, 8 > m > 3.
[020] Em uma modalidade preferencial, o controlador de fluxo de material (17) é composto por uma placa de partição (19), um orifício (20), um tubo de fluxo a jusante de material (21), um defletor de fundo (22) e um membro de extração de calor (23); e o orifício (20) é localizado abaixo da placa de partição (19) e é conectado ao fundo do tubo de fluxo a jusante de material (21), o defletor de fundo (22) é localizado no fundo do tubo de fluxo a jusante de material (21) e do orifício (20), e o membro de extração de calor (23) é fixado na placa de partição (19).
[021] Em uma modalidade preferencial, o defletor de fundo (22) é uma placa porosa ou uma placa não porosa.
[022] Em comparação às soluções na técnica anterior, os efeitos vantajosos desta invenção incluem, mas sem limitação, os seguintes aspectos:
[023] (1) O leito fluidizado de fase densa tem uma densidade relativamente alta de camada de leito, uma taxa de catalisador relativamente baixa e uma abrasão baixa.
[024] (2) A aceleração de gás no tubo de fluxo a jusante de material do controlador de fluxo de material é menor do que ou igual à aceleração de fluidização mínima do catalisador e o catalisador está em um estado de empacotamento de fase densa, de modo que uma corrente transportadora de fase unidirecional seja formada, a retro mistura de catalisador entre zonas de reação secundárias adjacentes (ou zonas de regeneração secundárias adjacentes) é impedida e a distribuição de tempo de residência é estreita.
[025] (3) O membro de extração de calor no controlador de fluxo de material tem um efeito de controlar a temperatura da zona de reação.
[026] (4) A zona de reação é separada em n zonas de reação secundárias pelo controlador de fluxo de material e o catalisador passa sequencialmente através da 1azona de reação secundária até a nésimazona de reação secundária, de modo que a distribuição de tempo de residência seja estreita e a uniformidade de teor de carbono do catalisador desativado seja bastante aumentada.
[027] (5) A zona de regeneração é separada em m zonas de regeneração secundárias pelo controlador de fluxo de material e o catalisador passa sequencialmente através da 1azona de regeneração secundária até a mésimazona de regeneração secundária, de modo que a distribuição de tempo de residência seja estreita e a uniformidade de teor de carbono do catalisador regenerado seja bastante aumentada.
[028] (6) Controle relativamente preciso de teor de carbono do catalisador regenerado e do catalisador desativado é alcançado, a distribuição de teor de carbono é relativamente uniforme, a seletividade por olefinas leves é aumentada e o teor de carbono pode ser regulado conforme necessário para aperfeiçoar a razão de propileno/etileno.
[029] (7) Visto que a distribuição de teor de carbono do catalisador é relativamente uniforme, a quantidade de armazenamento do catalisador exigida na zona de reação diminui.
[030] (8) A configuração de uma pluralidade de zonas de reação secundárias facilita alcançar os reatores de escala grande.
[031] BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[032] A Figura 1 mostra um fluxograma esquemático do método na presente invenção;
[033] A Figura 2 mostra um diagrama esquematizado estrutural do leito fluidizado de fase densa que compreende 4 zonas de reação secundárias na presente invenção, em que as setas na vista em corte A-A mostram as direções de fluxo do catalisador entre as zonas de reação secundárias;
[034] A Figura 3 mostra um diagrama esquemático estrutural do leito fluidizado de fase densa que compreende 4 zonas de regeneração secundárias na presente invenção, em que as setas na vista em corte B-B mostram as direções de fluxo do catalisador entre as zonas de regeneração secundárias;
[035] A Figura 4 mostra um diagrama esquemático estrutural do extrator na presente invenção; e
[036] A Figura 5 mostra um diagrama esquemático estrutural do controlador de fluxo de material na presente invenção.
[037] Os números de referência nos desenhos anexos são descritos conforme a seguir:
[038] 1 - linha de alimentação para reator; 1-1 1alinha em derivação para alimentação da zona de reação secundária; 1-2 2a linha em derivação para alimentação da zona de reação secundária; 13 3alinha em derivação para alimentação da zona de reação secundária; 1-4 4alinha em derivação para alimentação da zona de reação secundária; 2 - reator de leito fluidizado de fase densa; 2-1 1a zona de reação secundária; 2-2 2azona de reação secundária; 2-3 3a zona de reação secundária; 2-4 4azona de reação secundária; 3 - separador ciclônico; 4 - linha de material de produto; 5 - extrator; 6 - linha de vapor de água; 7 - tubo de elevação; 8 - linha de gás de elevação; 9 - linha de alimentação para regenerador; 9-1 1alinha em derivação para alimentação da zona de regeneração secundária; 9-2 2a linha em derivação para alimentação da zona de regeneração secundária; 9-3 3alinha em derivação para alimentação da zona de regeneração secundária; 9-4 4alinha em derivação para alimentação da zona de regeneração secundária; 10 - regenerador de leito fluidizado de fase densa; 10-1 1azona de regeneração secundária; 102 2azona de regeneração secundária; 10-3 3azona de regeneração secundária; 10-4 4azona de regeneração secundária; 11 - separador ciclônico; 12 - linha de gás de escape; 13 - extrator; 14 - linha de vapor de água; 15 - tubo de elevação; 16 - linha de gás de elevação; 17 - controlador de fluxo de material; 18 - porta de transbordamento de material; 19 - placa de partição; 20 - orifício; 21 - tubo de fluxo a jusante de material; 22 - defletor de fundo; 23 - membro de extração de calor.
[039] DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[040] A fim de aumentar a seletividade por olefinas leves no processo de preparação de olefinas leves a partir de compostos que contém oxigênio, esta invenção fornece um dispositivo de reação para preparar olefinas leves a partir de metanol e/ou dimetil éter que compreende principalmente um reator de leito fluidizado de fase densa (2), um separador ciclônico (3), um extrator (5), um tubo de elevação (7), um regenerador de leito fluidizado de fase densa (10), um separador ciclônico (11), um extrator (13) e um tubo de elevação (15). Uma linha de alimentação para reator (1) é conectada ao fundo do reator de leito fluidizado de fase densa (2). Uma parte do extrator (5) está no reator de leito fluidizado de fase densa (2), e a parte restante do mesmo é localizada abaixo do reator de leito fluidizado de fase densa (2). A linha de vapor de água (6) é conectada ao fundo do extrator (5). O fundo do tubo de elevação (7) é conectado ao fundo do extrator (5). A linha de gás de elevação (8) é conectada ao fundo do tubo de elevação (7). O topo do tubo de elevação (7) é conectado ao regenerador de leito fluidizado de fase densa (10). A linha de alimentação para regenerador (9) é conectada ao fundo do regenerador de leito fluidizado de fase densa (10). Uma parte do extrator (13) está no regenerador de leito fluidizado de fase densa (10) e a parte restante do mesmo é localizada abaixo do regenerador de leito fluidizado de fase densa (10). A linha de vapor de água (14) é conectada ao fundo do extrator (13). O fundo do tubo de elevação (15) é conectado ao fundo do extrator (13). A linha de gás de elevação (16) é conectada ao fundo do tubo de elevação (15). O topo do tubo de elevação (15) é conectado ao reator de leito fluidizado de fase densa (2). Preferencialmente, a linha de alimentação para reator (1) compreende n linhas em derivação para alimentação da zona de reação (1-1, , 1-n), o reator de leito fluidizado de fase densa (2) é separado em n zonas de reação secundárias (2-1, , 2-n) por um controlador de fluxo de material (17), em que n > 2 e, preferencialmente, 8 > n > 3; n linhas em derivação para alimentação de zona de reação são conectadas a n zonas de reação secundárias, respectivamente; e desde a 1aaté nésimazonas de reação secundárias são conectadas sequencialmente, o topo do tubo de elevação (15) é conectado a 1azona de reação secundária, a nésimazona de reação secundária é conectada a uma porta de transbordamento de material (18) na parte superior do extrator (5), um separador ciclônico (3) é fornecido na parte superior do reator de leito fluidizado de fase densa (2), uma saída de topo do separador ciclônico (3) é conectada a uma linha de material de produto (4), e o fundo do separador ciclônico (3) é conectado a nésimazona de reação secundária.
[041] Preferencialmente, a linha de alimentação para regenerador (9) compreende m linhas em derivação para alimentação de zona de regeneração (9-1, , 9-n), o regenerador de leito fluidizado de fase densa (10) é separado em m zonas de regeneração secundárias (10-1, , 10-n) pelo controlador de fluxo de material (17), em que m > 2 e, preferencialmente, 8 > m > 3; m linhas em derivação para alimentação de zona de regeneração são conectadas a m zonas de regeneração secundárias, respectivamente; e desde a 1a até a mésimazonas de regeneração secundárias são conectadas sequencialmente, o topo do tubo de elevação (7) é conectado a 1a zona de regeneração secundária, a mésimazona de regeneração secundária é conectada a uma porta de transbordamento de material (18) na parte superior do extrator (13), um separador ciclônico (11) é fornecido na parte superior do regenerador de leito fluidizado de fase densa (10), uma saída de topo do separador ciclônico (11) é conectada a uma linha de gás de escape (12), e o fundo do separador ciclônico (11) é conectado a mésimazona de regeneração secundária.
[042] Preferencialmente, o controlador de fluxo de material (17) é composto por uma placa de partição (19), um orifício (20), um tubo de fluxo a jusante de material (21), um defletor de fundo (22) e um membro de extração de calor (23). O orifício (20) é localizado abaixo da placa de partição (19) e é conectado ao fundo do tubo de fluxo a jusante de material (21), uma placa porosa ou uma placa não porosa pode ser usada como o defletor de fundo (22) que é localizado no fundo do tubo de fluxo a jusante de material (21) e o orifício (20) e o membro de extração de calor (23) é fixado na placa de partição (19).
[043] Em uma modalidade preferencial, o fluxograma esquemático do processo para preparar olefinas leves a partir de metanol na presente invenção é conforme mostrado na Figura 1. As matérias-primas, que são principalmente metanol e/ou dimetil éter, são passada por dentro do reator de leito fluidizado de fase densa (2) e são colocadas em contato com um catalisador para gerar uma corrente de produto de fase gasosa e um catalisador desativado; a corrente de produto de fase gasosa e o catalisador desativado arrastado são passados por dentro do separador ciclônico (3), em que a corrente de produto de fase gasosa é passada por uma seção de trabalho subsequente de separação através da saída do separador ciclônico e o catalisador desativado arrastado é passado por dentro da nésimazona de reação secundária através da perna do separador ciclônico; o catalisador regenerado é passado por dentro do reator de leito fluidizado de fase densa 2 através do extrator (13) e do tubo de elevação (15), e é passado sequencialmente através da 1aa nésima dentre as zonas de reação secundárias para formar um catalisador desativado após deposição de carbono; depois, o catalisador desativado é passado por dentro do regenerador de leito fluidizado de fase densa (10) através do extrator (5) e do tubo de elevação (7), e é passado sequencialmente através da 1aaté mésimazona de regeneração secundária para formar um catalisador regenerado após empacotamento. Preferencialmente, o catalisador é um catalisador que compreende peneira molecular SAPO e, mais preferencialmente, um catalisador que compreende peneira molecular SAPO-34.
[044] Em uma modalidade específica, o diagrama esquemático estrutural do leito fluidizado de fase densa que compreende 4 zonas de reação secundárias na presente invenção é conforme mostrado na Figura 2, em que as setas na vista em corte A-A mostram as direções de fluxo do catalisador entre as zonas de reação secundárias. 3 controladores de fluxo de material (17) e um defletor são fornecidos verticalmente para separar a zona de reação de leito fluidizado de fase densa em 4 zonas de reação secundárias. O catalisador é passado sequencialmente através da 1aaté a 4adentre as zonas de reação secundárias e, depois, é passado por dentro do extrator.
[045] Em uma modalidade específica, o diagrama esquemático estrutural do leito fluidizado de fase densa que compreende 4 zonas de regeneração secundárias na presente invenção é conforme mostrado na Figura 3, em que as setas na vista em corte B-B mostram as direções de fluxo do catalisador entre as zonas de regeneração secundárias. 3 controladores de fluxo de material (17) e um defletor são fornecidos verticalmente para separar o leito fluidizado de fase densa zona de regeneração em 4 zonas de regeneração secundárias. O catalisador é passado sequencialmente através da 1a até a 4adentre as zonas de regeneração secundárias e, depois é passado por dentro do extrator.
[046] Preferencialmente, o diagrama esquemático estrutural dos extratores (5 e 13) na presente invenção é conforme mostrado na Figura 4. A abertura na parede do tubo na parte superior do extrator (5) é usada como a porta de transbordamento de material (18) entre a nésimazona de reação secundária e o extrator (5). A abertura na parede de tubo na parte superior do extrator (13) é usada como a porta de transbordamento de material (18) entre a mésimazona de regeneração secundária e o extrator (13).
[047] Preferencialmente, o diagrama esquemático estrutural do controlador de fluxo de material na presente invenção é conforme mostrado na Figura 5. O controlador de fluxo de material (17) é composto por uma placa de partição (19), um orifício (20), um tubo de fluxo a jusante de material (21), um defletor de fundo (22) e um membro de extração de calor (23). O catalisador é passado por dentro do tubo de fluxo a jusante de material a partir do topo do tubo de fluxo para baixo, em que a velocidade linear do gás aparente é menor do que ou igual à aceleração de fluidização mínima, o catalisador no tubo de fluxo a jusante de material está em um estado de empacotamento de fase densa e uma força de acionamento de fluxo de material é formada para acionar o catalisador para fluir para uma das próximas zonas de reação secundárias (ou zona de regeneração) através do orifício. Uma estrutura espiral pode ser usada como o membro de extração de calor, que é fixado na placa de partição.
[048] Preferencialmente, a velocidade linear do gás aparente na zona de reação de leito fluidizado de fase densa é 0,1 a 1,5 m/s; a velocidade linear do gás aparente no leito fluidizado de fase densa zona de regeneração é 0,1 a 1,5 m/s; a velocidade linear do gás aparente no controlador de fluxo de material é menor do que ou igual à aceleração de fluidização mínima do catalisador; sendo que, preferencialmente, o catalisador é um catalisador que compreende peneira molecular SAPO e é, mais preferencialmente, um catalisador que compreende peneira molecular SAPO-34; uma porta de alimentação é fornecida no fundo da zona de reação, e a alimentação compreende metanol e/ou dimetil éter, etc.; o meio de extração do extrator (13) compreende vapor de água; uma entrada de meio de regeneração é fornecida no fundo da zona de regeneração (10), e o meio de regeneração compreende ar, ar esgotado em oxigênio, vapor de água, etc.; a zona de reação (2) tem uma temperatura de reação de 400 a 550 °C e uma densidade de camada de leito de 200 a 1.200 kg/m3, e a quantidade média de deposição de carbono do catalisador sequencialmente aumenta a partir da 1azona de reação secundária até a nésimazona de reação secundária, em que a quantidade média de deposição de carbono da 1azona de reação secundária é 0,5 a 3% em peso e a quantidade média de deposição de carbono da nésimazona de reação secundária é 7 a 10% em peso; e a zona de regeneração (10) tem uma temperatura de reação de 500 a 700 °C e uma densidade de camada de leito de 200 a 1.200kg/m3, e a quantidade média de deposição de carbono do catalisador sequencialmente diminui da 1a zona de regeneração secundária até a mésimazona de regeneração secundária, em que a quantidade média de deposição de carbono da 1a zona de regeneração secundária é 3 a 10% em peso e a quantidade média de deposição de carbono da mésimazona de regeneração secundária é 0 a 3% em peso. O objetivo de controlar a quantidade de deposição de carbono no catalisador, aprimorando a uniformidade de teor de carbono, e aumentando a seletividade de olefinas leves pode ser alcançado usando-se o método desta invenção, que tem vantagens técnicas relativamente altas e pode ser usado na produção industrial de olefinas leves.
[049] A fim de melhor ilustrar esta invenção e facilitar o entendimento da solução técnica desta invenção, exemplos típicos e não limitantes desta invenção são os seguintes.
[050] EXEMPLO 1
[051] 4 zonas de reação secundárias são fornecidas no reator de leito fluidizado de fase densa, e 4 zonas de regeneração secundárias são fornecidas no regenerador de leito fluidizado de fase densa. As matérias-primas, que foram principalmente metanol e/ou dimetil éter, foram passadas por dentro do reator de leito fluidizado de fase densa e foram colocadas em contato com um catalisador que compreende peneira molecular SAPO-34 para gerar uma corrente de produto de fase gasosa e um catalisador desativado. O material de fase gasosa e o catalisador desativado arrastado foram passados por dentro do separador ciclônico, em que a corrente de produto de fase gasosa foi passada para uma seção de trabalho ubseqüente de separação através da saída do separador ciclônico e o catalisador desativado arrastado foi passado por dentro da 4azona de reação secundária através da perna do separador ciclônico. O catalisador regenerado foi passado por dentro do reator de leito fluidizado de fase densa através do extrator e do tubo de elevação e foi passado sequencialmente através da 1aaté a 4azonas de reação secundárias para formar um catalisador desativado após a deposição de carbono. Depois, o catalisador desativado foi passado por dentro do regenerador de leito fluidizado de fase densa através do extrator e do tubo de elevação e foi passado sequencialmente através da 1aaté a 4adentre as zonas de regeneração secundárias para formar um catalisador regenerado após empacotamento. As condições de reação do reator de leito fluidizado de fase densa foram as seguintes: a temperatura de reação foi 400 °C, a velocidade linear da fase gasosa foi 0,3 m/s, a densidade de camada de leito foi 1.000 kg/m3, a quantidade média de deposição de carbono da 1azona de reação secundária foi 2% em peso, a quantidade média de deposição de carbono da 2azona de reação secundária foi 6% em peso, a quantidade média de deposição de carbono da 3azona de reação secundária foi 8% em peso e a quantidade média de deposição de carbono da 4azona de reação secundária foi 10% em peso. As condições de reação do regenerador de leito fluidizado de fase densa foram as seguintes: a temperatura de reação foi 500 °C, a velocidade linear da fase gasosa foi 0,3 m/s, a densidade de camada de leito foi 1.000 kg/m3, a quantidade média de deposição de carbono da 1azona de regeneração secundária foi 7% em peso, a quantidade média de deposição de carbono da 2azona de regeneração secundária foi 4% em peso, a quantidade média de deposição de carbono da 3azona de regeneração secundária foi 2% em peso e a quantidade média de deposição de carbono da 4azona de regeneração secundária foi 1% em peso. O produto da reação foi analisado por cromatografia gasosa em linha, e o rendimento à base de carbono de olefinas leves foi 91,1% em peso.
[052] EXEMPLO 2
[053] 3 zonas de reação secundárias são fornecidas no reator de leito fluidizado de fase densa, e 2 zonas de regeneração secundárias são fornecidas no regenerador de leito fluidizado de fase densa. As matérias-primas, que foram principalmente metanol e/ou dimetil éter, foram passadas por dentro do reator de leito fluidizado de fase densa e foram colocadas em contato com um catalisador que compreende peneira molecular SAPO-34 para gerar uma corrente de produto de fase gasosa e um catalisador desativado. O material de fase gasosa e o catalisador desativado arrastado foram passados por dentro do separador ciclônico, em que a corrente de produto de fase gasosa foi passada para uma seção de trabalho ubseqüente de separação através da saída do separador ciclônico e o catalisador desativado arrastado foi passado por dentro da 3azona de reação secundária através da perna do separador ciclônico. O catalisador regenerado foi passado por dentro do reator de leito fluidizado de fase densa através do extrator e do tubo de elevação, e foi passado sequencialmente através da 1aaté a 3adentre as zonas de reação secundárias para formar um catalisador desativado após deposição de carbono. Depois, o catalisador desativado foi passado por dentro do regenerador de leito fluidizado de fase densa através do extrator e do tubo de elevação, e foi passado sequencialmente através da 1aaté a 2a dentre as zonas de regeneração secundárias para formar um catalisador regenerado após empacotamento. As condições de reação do reator de leito fluidizado de fase densa foram as seguintes: a temperatura de reação foi 450 °C, a velocidade linear de fase gasosa foi 0,5 m/s, a densidade de camada de leito foi 900 kg/m3, a quantidade média de deposição de carbono da 1azona de reação secundária foi 3% em peso, a quantidade média de deposição de carbono da 2azona de reação secundária foi 7% em peso, e a quantidade média de deposição de carbono da 3azona de reação secundária foi 9% em peso. As condições de reação do regenerador de leito fluidizado de fase densa foram as seguintes: a temperatura de reação foi 600 °C, a velocidade linear de fase gasosa foi 0,7 m/s, a densidade de camada de leito foi 700 kg/m3, a quantidade média de deposição de carbono da 1azona de regeneração secundária foi 4% em peso e a quantidade média de deposição de carbono da 2azona de regeneração secundária foi 2% em peso. O produto da reação foi analisado por cromatografia gasosa em linha, e o rendimento à base de carbono de olefinas leves foi 90,5% em peso.
[054] EXEMPLO 3
[055] 6 zonas de reação secundárias são fornecidas no reator de leito fluidizado de fase densa, e 5 zonas de regeneração secundárias são fornecidas no regenerador de leito fluidizado de fase densa. As matérias-primas, que foram principalmente metanol e/ou dimetil éter, foram passadas por dentro do reator de leito fluidizado de fase densa e foram colocadas em contato com um catalisador que compreende peneira molecular SAPO-34 para gerar uma corrente de produto de fase gasosa e um catalisador desativado. O material de fase gasosa e o catalisador desativado arrastado foram passados por dentro do separador ciclônico, em que a corrente de produto de fase gasosa foi passada para uma seção de trabalho subsequente de separação através da saída do separador ciclônico e o catalisador desativado arrastado foi passado por dentro da 6azona de reação secundária através da perna do separador ciclônico. O catalisador regenerado foi passado por dentro do reator de leito fluidizado de fase densa através do extrator e do tubo de elevação, e foi passado sequencialmente através da 1aaté a 6azonas de reação secundárias para formar um catalisador desativado após a deposição de carbono. Depois, o catalisador desativado foi passado por dentro do regenerador de leito fluidizado de fase densa através do extrator e do tubo de elevação e foi passado sequencialmente através da 1aaté a 5adentre as zonas de regeneração secundárias para formar um catalisador regenerado após empacotamento. As condições de reação do reator de leito fluidizado de fase densa foram as seguintes: a temperatura de reação foi 480 °C, a velocidade linear de fase gasosa foi 0,7 m/s, a densidade de camada de leito foi 700 kg/m3, a quantidade média de deposição de carbono da 1azona de reação secundária foi 1% em peso, a quantidade média de deposição de carbono da 2azona de reação secundária foi 3% em peso, a quantidade média de deposição de carbono da 3azona de reação secundária foi 4% em peso, a quantidade média de deposição de carbono da 4azona de reação secundária foi 5% em peso, a quantidade média de deposição de carbono da 5azona de reação secundária foi 6% em peso, e a quantidade média de deposição de carbono da 6azona de reação secundária foi 7% em peso. As condições de reação do regenerador de leito fluidizado de fase densa foram as seguintes: a temperatura de reação foi 650 °C, a velocidade linear de fase gasosa foi 1,0 m/s, a densidade de camada de leito foi 500 kg/m3, a quantidade média de deposição de carbono da 1azona de regeneração secundária foi 5% em peso, a quantidade média de deposição de carbono da 2azona de regeneração secundária foi 3% em peso, a quantidade média de deposição de carbono da 3azona de regeneração secundária foi 2% em peso, a quantidade média de deposição de carbono da 4azona de regeneração secundária foi 1% em peso, e a quantidade média de deposição de carbono da 5azona de regeneração secundária foi 0,01% em peso. O produto da reação foi analisado por cromatografia gasosa em linha, e o rendimento à base de carbono de olefinas leves foi 91,4% em peso.
[056] Esta invenção foi descrita em detalhes acima, mas esta invenção não se limita a modalidades específicas descritas no presente documento. Deve ser compreendido pelo indivíduo versado na técnica que outras modificações e variações podem ser feitas sem que se afaste do escopo da invenção. O escopo da invenção é definido pelas reivindicações anexas.

Claims (6)

1. “DISPOSITIVO DE REAÇÃO PARA PREPARAR OLEFINAS LEVES A PARTIR DE METANOL E/OU DIMETIL ÉTER” caracterizado pelo fato de que o dispositivo de reação compreende um reator de leito fluidizado de fase densa (2), um separador ciclônico (3), um extrator (5), um tubo de elevação (7), um regenerador de leito fluidizado de fase densa (10), um separador ciclônico (11), um extrator (13), e um tubo de elevação (15); em que uma linha de alimentação para o reator (1) é conectada ao fundo do reator de leito fluidizado de fase densa (2); uma parte do extrator (5) está no reator de leito fluidizado de fase densa (2), e a parte restante do mesmo está abaixo do reator de leito fluidizado de fase densa (2); o fundo do tubo de elevação (7) é conectado ao fundo do extrator (5), e o topo do tubo de elevação (7) é conectado ao regenerador de leito fluidizado de fase densa (10); uma linha de alimentação para o regenerador (9) é conectada ao fundo do regenerador de leito fluidizado de fase densa (10); uma parte do extrator (13) está no regenerador de leito fluidizado de fase densa (10), e a parte restante do mesmo está abaixo do regenerador de leito fluidizado de fase densa (10); o fundo do tubo de elevação (15) é conectado ao fundo do extrator (13), e o topo do tubo de elevação (15) é conectado ao reator de leito fluidizado de fase densa (2), em que um controlador de fluxo de material (17) é fornecido no reator de leito fluidizado de fase densa (2) e/ou o regenerador de leito fluidizado de fase densa (10), e o reator de leito fluidizado de fase densa (2) é separado em n zonas de reação secundárias pelo controlador de fluxo de material (17) e da 1a até a nésima zonas de reação secundárias são conectadas sequencialmente; o regenerador de leito fluidizado de fase densa (10) é separado em m zonas de regeneração secundárias pelo controlador de fluxo de material (17) e da 1aaté a mésimadas zonas de regeneração secundárias são conectadas sequencialmente; e em que n > 2, e m > 2 no qual o controlador de fluxo de material (17) é composto por uma placa de partição (19), um orifício (20), um tubo de fluxo a jusante de material (21), um defletor de fundo (22), e um membro de extração de calor (23); e o orifício (20) está localizado abaixo da placa de partição (19) e é conectado ao fundo do tubo de fluxo a jusante de material (21), sendo que o defletor de fundo (22) está localizado no fundo do tubo de fluxo a jusante de material (21) e o orifício (20), e o membro de extração de calor (23) é fixado na placa de partição (19).
2. “DISPOSITIVO DE REAÇÃO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o topo do tubo de elevação (15) é conectado à 1a zona de reação secundária, sendo que a nésima zona de reação secundária é conectada a uma porta de transbordamento de material (18) na parte superior do extrator (5); e o separador ciclônico (3) é fornecido na parte superior do reator de leito fluidizado de fase densa (2), sendo que uma saída de topo do separador ciclônico (3) é conectada a uma linha de material de produto (4), e o fundo do separador ciclônico (3) é conectado à nésima zona de reação secundária.
3. “DISPOSITIVO DE REAÇÃO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o topo do tubo de elevação (7) é conectado à 1a zona de regeneração secundária, sendo que a mésima zona de regeneração secundária é conectada a uma porta de transbordamento de material (18) na parte superior do extrator (13); e o separador ciclônico (11) é fornecido na parte superior do regenerador de leito fluidizado de fase densa (10), sendo que uma saída de topo do separador ciclônico (11) é conectada a uma linha de gás de escape (12), e o fundo do separador ciclônico (11) é conectado à mésimazona de regeneração secundária.
4. “DISPOSITIVO DE REAÇÃO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que 8 > n > 3.
5. “DISPOSITIVO DE REAÇÃO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que 8 > m > 3.
6. “DISPOSITIVO DE REAÇÃO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o defletor de fundo (22) é uma placa porosa ou uma placa não porosa.
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