CN100418936C - 制备丙烯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备丙烯的方法，主要解决随着生产规模的扩大，目前薄床层的轴向绝热固定床反应器工程放大困难的问题。本发明通过采用以含有一种或多种碳四及以上烯烃的富烯烃为原料，使烯烃原料通过横向放置的卧式固定床反应器与硅铝摩尔比SiO2/Al2O3至少为10的结晶硅铝酸盐催化剂接触生成含有丙烯的流出物，卧式反应器内通过采用气体预分布器1，气体分布板2，催化剂床层3，支撑格栅4组成的技术方案，较好地解决薄床层固定床反应器的工程放大的问题，可用于碳四及以上烯烃催化裂解制丙烯的工业生产中。

Description

制备丙烯的方法
技术领域
本发明涉及一种制备丙烯的方法，特别是关于一种用于碳四及以上烯烃催化裂解使用卧式绝热固定床反应器制备丙烯的方法。
背景技术
固定床反应器的主要优点是床层内流体的流动接近活塞流，化学反应速度较快；可用较少量的催化剂和较小的反应器容积获得较大的生产能力；流体的停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，有利于提高化学反应的转化率和选择性。此外，轴向固定床反应器结构简单、操作方便，投资费用低，床中催化剂机械磨损小，可在高温高压下操作，因此在石油化工中获得了广泛的应用。
近年来随着石油化学工业的发展和规模的扩大，轴向固定床反应器的直径不断增大，反应器内流体的均布问题就成为工程开发的关键问题之一，特别是对于要求压力低或负压的薄催化剂床层的反应系统，其反应器内的流体均布问题就更困难。床层内的流体分布直接影响床层中的传热传质以及化学反应等过程，影响催化剂及反应器的利用效率，影响催化剂的选择性和转化率。因此，固定床反应器内的流体均布技术越来越为人们所重视。现在出现的流体分布结构主要是在固定床反应器的流体进口处设置流体分布器，如CN2075277U、US4938422、US368597，其优点是即能使流体较均匀地分布于反应器截面上，又不导致过大的能量损耗。但对大直径薄层反应器，其反应器进口处设置的流体分布器要求比较高，分布器结构比较复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中随着轴向固定床反应器直径的扩大，薄床层的反应器流体分布器要求比较高，分布器结构比较复杂，工程放大困难，影响反应器利用率及催化剂选择性和转化率及床层压降的问题，提供一种新的制备丙烯的方法，该方法采用卧式固定床反应器，具有流体在反应器截面上分布均匀，使催化剂能发挥出其良好选择性和转化率以及床层压降小的优点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种制备丙烯的方法，以含有一种或多种碳四及以上烯烃的富烯烃为原料，使烯烃原料通过反应器与硅铝摩尔比SiO2/Al2O3至少为10的结晶硅铝酸盐催化剂接触生成含有丙烯的流出物，其中所用的反应器包括进料口5、反应器壳体6和出料口10，反应器壳体6内自上而下包括气体预分布器1、均化空间7、气体分布板2、催化剂床层3和支撑格栅4，气体预分布器1与进料口5下部相连，并伸入均化空间7内，气体分布板2位于上部惰性填料层8上部，是一个沿水平方向具有不同开孔率的多孔板，多孔板开孔率为5～60％。
上述技术方案中，含有一种或多种碳四或以上烯烃的富烯烃混合物原料来自炼厂催化裂解装置、乙烯厂中蒸汽裂解装置的碳四及其以上馏分或α-烯烃联产、MTO(甲醇制烯烃)及MTP(甲醇制丙烯)副产的碳四及其以上的富烯烃馏分；富烯烃混合物优选方案为C4～C12的直链烯烃；进料口5和出料口10的位置优选方案为中心对称，进料口和出料口的水平距离为反应器切线长度L的65～95％；气体预分布器1包括圆弧形挡板12和底部筛板14，底部筛板14呈水平放置，圆弧形挡板12在底部筛板14外部，且与底部筛板14紧密相连，圆弧形挡板12的半径R为反应器直径D的5～40％，优选范围为10～20％；底部筛板14的宽度L1为反应器直径D的5～30％，优选范围为10～15％；底部筛板14的长度L2为反应器切线长度L的10～40％，优选范围为15～30％；底部筛板14的开孔率为2～10％，优选范围为3～6％；底部筛板14上筛孔的直径Φ为反应器直径D的0.1～0.8％，优选范围为0.3～0.5％；圆弧形挡板12上开有一长条形的空隙13，长条形空隙13的面积为底部筛板14面积的2～15％，优选范围为4～8％；长条形空隙13与垂直位置的夹角α为30°；气体预分布器1与反应器壳体6间缝隙的宽度h1为反应器直径D的1～1.5％；气体分布板2是为了控制流体沿反应器水平方向的均匀分布，沿反应器水平方向从进料口到出料口方向，分布板上的开孔率从小到大变化，开孔率分2～10挡，开孔率优选范围为30～50％；催化剂床层的高度为反应器直径D的20～70％，优选范围为25～50％；在气体分布板2与催化剂床层3之间为上部惰性填料层8，在催化剂床层3与支撑格栅4之间为下部惰性填料层9；反应器操作条件如下：反应温度为500～600℃，重量空速为10～40小时-1，反应压力为0.1～0.6MPa。
生产丙烯的方法中卧式绝热固定床反应器由反应器壳体、进料口、气体预分布器、气体分布板、上部惰性填料层、催化剂床层、下部惰性填料层、支撑格栅和出料口等构成，见附图1。
针对碳四及以上烯烃催化裂解生产丙烯方法的卧式绝热固定床反应器，提出了气体预分布器，见附图2和附图3。该分布器由圆弧形挡板12，底部筛板14，圆弧形挡板12上的长条形的空隙13和气体预分布器1与反应器壳体6间的缝隙11和组成。为了保证气体分布器具有比较理想的气体分布效果，需要控制长条形空隙13的面积为底部筛板14面积的比例，底部筛板14的开孔率，底部筛板14的直径，气体预分布器1与反应器壳体6之间缝隙11的宽度等参数。从而使气体能按合适的比例从气体预分布器不同的部位流入反应器，在反应器内形成比较均匀的气体分布，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1是本发明卧式绝热固定床反应器示意图；
图2是本发明分布器结构图；
图3是本发明分布器俯视结构图；
在图1中，1为气体预分布器；2为气体分布板；3为催化剂床层；4为支撑格栅；5为进料口；6为反应器壳体；7为均化空间；8为上部惰性填料层。9为下部惰性填料层；10为出料口。D是反应器直径，L是反应器切线长度，l是气体进料口和出料口的水平距离，H是催化剂床层高度。
在图2中，5为进料口；6为反应器壳体；11为气体预分布器与反应器壳体之间的缝隙；12为圆弧形挡板；13为长条形空隙；14为底部筛板。L1是反底部筛板的宽度，Φ是筛板上筛孔的直径，R是圆弧形挡板的半径，h是长条形空隙的宽度，h1是气体预分布器与反应器壳体之间缝隙的宽度，α是长条形空隙与垂直位置的夹角。
在图3中，5为进料口；6为反应器壳体；12为圆弧形挡板；13为长条形空隙。L2是底部筛板的长度，L3是长条形空隙的长度。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。
具体实施方式
【实施例1】
碳四或以上烯烃生产丙烯采用如图1所示卧式固定床反应器，反应器直径D＝2600毫米，切线长度L＝6940毫米，催化剂床层高度H＝1000毫米，气体预分布器和出口气体收集器的水平距离l＝5400毫米，底部筛板宽度L1＝320毫米，底部筛板长度L2＝1400毫米，底部筛板上筛孔的直径Φ＝8毫米，底部筛板上的开孔率为5.4％，圆弧形挡板的半径R＝160毫米，圆弧形挡板上长条形空隙的长度L3＝1300毫米，长条形空隙的宽度h＝20毫米，长条形空隙与垂直位置的夹角α＝30°，气体预分布器与反应器壳体之间缝隙的宽度h1＝30毫米，分布板分三档，开孔率分别为35％、40％、48％。
在以上条件和结构参数下，按本发明所述方法进行卧式反应器设计，就可得到比较理想的气体流动效果。
【实施例2】
碳四或以上烯烃生产丙烯采用如图1所示卧式固定床反应器，反应器直径D＝2400毫米，切线长度L＝5030毫米，催化剂床层高度H＝800毫米，气体预分布器和出口气体收集器的水平距离l＝3700毫米，底部筛板宽度L1＝300毫米，底部筛板长度L2＝1200毫米，底部筛板上筛孔的直径Φ＝8毫米，底部筛板上的开孔率为5.8％，圆弧形挡板的半径R＝150毫米，圆弧形挡板上长条形空隙的长度L3＝1100毫米，长条形空隙的宽度h＝15毫米，长条形空隙与垂直位置的夹角α＝30°，气体预分布器与反应器壳体之间缝隙的宽度h1＝25.5毫米，分布板分三档，开孔率分别为30％、38％、45％。
在以上条件和结构参数下，按本发明所述方法进行卧式反应器设计，就可得到比较理想的气体流动效果。
【实施例3】
碳四或以上烯烃生产丙烯采用如图1所示卧式固定床反应器，反应器直径D＝2400毫米，切线长度L＝5030毫米，催化剂床层高度H＝800毫米，气体预分布器和出口气体收集器的水平距离l＝4400毫米，底部筛板宽度L1＝300毫米，底部筛板长度L2＝1000毫米，底部筛板上筛孔的直径Φ＝8毫米，底部筛板上的开孔率为3.6％，圆弧形挡板的半径R＝150毫米，圆弧形挡板上长条形空隙的长度L3＝1000毫米，长条形空隙的宽度h＝18毫米，长条形空隙与垂直位置的夹角α＝30°，气体预分布器与反应器壳体之间缝隙的宽度h1＝25.5毫米，分布板分三档，开孔率分别为30％、38％、45％。
在以上条件和结构参数下，按本发明所述方法进行卧式反应器设计，就可得到比较理想的气体流动效果。
【实施例4】
碳四或以上烯烃生产丙烯采用如图1所示卧式固定床反应器，反应器结构和反应器参数同实施例3，常压，反应温度500℃，空速18小时-1，采用铝摩尔比(SiO2/Al2O3)为200的ZSM型分子筛催化剂，反应原料为乙烯厂醚化碳四，反应产物组成见表1，丙烯收率为26.19％，乙烯收率6.64％，转化率65.83％。
【比较例1】
某碳四及以上烯烃催化裂解制丙烯轴向绝热固定床反应器的条件与实施例1相同，不同之处是反应器直径D＝4760毫米，切线高度6200毫米，催化剂床层高度H＝1000毫米。通过模拟计算，按本实用新型所述方法设计的卧式反应器，其催化剂截面均匀度最大偏差小于4.8％，采用轴向反应器，其催化剂截面均匀度最大偏差为11.8％。
【比较例2】
某碳四及以上烯烃催化裂解制丙烯轴向绝热固定床反应器的条件与实施例1相同，不同之处是反应器直径D＝3900毫米，切线高度＝5000毫米，催化剂床层高度H＝800毫米。通过模拟计算，按本实用新型所述方法设计的卧式反应器，其催化剂截面均匀度最大偏差小于4.2％，采用轴向反应器，其催化剂截面均匀度最大偏差为9.5％。
【比较例3】
某碳四及以上烯烃催化裂解制丙烯轴向绝热固定床反应器的条件与实施例1相同，不同之处是反应器直径D＝3900毫米，切线高度＝5000毫米，催化剂床层高度H＝800毫米。通过模拟计算，按本实用新型所述方法设计的卧式反应器，其催化剂截面均匀度最大偏差小于4.6％，采用轴向反应器，其催化剂截面均匀度最大偏差为9.5％。
【比较例4】
某碳四及以上烯烃催化裂解制丙烯工艺条件与实施例4相同，不同之处是采用轴向绝热固定床反应器，反应器直径D＝3900毫米，切线高度＝5000毫米，催化剂床层高度H＝800毫米。采用铝摩尔比(SiO2/Al2O3)为200的ZSM型分子筛催化剂，反应原料为乙烯厂醚化碳四，反应产物组成见表1，丙烯收率为23.73％，乙烯收率5.72％，转化率67.54％。
表1反应产物组成
  产品组成(重量％)
  实施例4   比较例4
  压力   常压   常压
  氢气   0.09   0.08
  甲烷   0.18   0.16
  乙烷   0.28   0.24
  乙烯   6.64   5.72
  丙烷   4.97   7.73
  丙烯   26.19   23.73
  异丁烷   5.80   6.58
  正丁烷   3.93   6.70
  反-2-丁烯   8.53   7.35
  丁烯-1   5.84   5.04
  异丁烯   13.35   11.51
  顺-2-丁烯   6.44   5.55
  戊烷   0.18   0.15
  异戊烷   2.03   2.61
  正戊烷   0.93   0.80
  戊烯   12.85   12.80
  碳六以上   1.77   3.25
  转化率   65.83   67.54

Claims (10)

1. 一种制备丙烯的方法，以含有一种或多种碳四及以上烯烃的富烯烃为原料，使烯烃原料通过反应器与硅铝摩尔比SiO2/Al2O3至少为10的结晶硅铝酸盐催化剂接触生成含有丙烯的流出物，其特征在于所用的反应器包括进料口(5)、反应器壳体(6)和出料口(10)，反应器壳体(6)内自上而下包括气体预分布器(1)、均化空间(7)、气体分布板(2)、催化剂床层(3)和支撑格栅(4)，其中气体预分布器(1)与进料口(5)下部相连，并伸入均化空间(7)内，气体分布板(2)位于上部惰性填料层(8)上部，是一个沿水平方向具有不同开孔率的多孔板，多孔板开孔率为5～60％。
2. 根据权利要求1所述制备丙烯的方法，其特征在于含有一种或多种碳四及以上烯烃的富烯烃混合物原料来自炼厂催化裂解装置、乙烯厂中蒸汽裂解装置的碳四及其以上馏分或α-烯烃联产、甲醇制烯烃及甲醇制丙烯副产的碳四及其以上的富烯烃馏分。
3. 根据权利要求1所述制备丙烯的方法，其特征在于富烯烃混合物为C4～C12的直链烯烃。
4. 根据权利要求1所述制备丙烯的方法，其特征在于进料口(5)和出料口(10)的位置为中心对称，进料口(5)和出料口(10)的水平距离为反应器切线长度L的65～95％。
5. 根据权利要求1所述制备丙烯的方法，其特征在于气体预分布器(1)包括圆弧形挡板(12)和底部筛板(14)，底部筛板(14)呈水平放置，圆弧形挡板(12)在底部筛板(14)外部，且与底部筛板(14)紧密相连，圆弧形挡板(12)的半径R为反应器直径D的5～40％，底部筛板(14)的宽度L1为反应器直径D的5～30％，底部筛板(14)的长度L2为反应器切线长度L的10～40％，底部筛板(14)的开孔率为2～10％。
6. 根据权利要求5所述制备丙烯的方法，其特征在于气体预分布器(1)的圆弧形挡板(12)的半径R为反应器直径D的10～20％，底部筛板(14)的宽度L1为反应器直径D的10～15％，底部筛板(14)的长度L2为反应器切线长度L的15～30％，底部筛板(14)的开孔率为3～6％，底部筛板(14)上筛孔的直径Φ为反应器直径D的0.1～0.8％，圆弧形挡板(12)上开有一长条形的空隙(13)，长条形空隙(13)的面积为底部筛板(14)面积的2～15％，长条形空隙(13)与垂直位置的夹角α为30°。
7. 根据权利要求6所述制备丙烯的方法，其特征在于气体预分布器(1)的底部筛板(14)上筛孔的直径Φ为反应器直径D的0.3～0.5％，长条形空隙(13)的面积为底部筛板(14)面积的4～8％，气体预分布器(1)与反应器壳体(6)之间缝隙(11)的宽度h1为反应器直径D的1～1.5％。
8. 根据权利要求1所述制备丙烯的方法，其特征在于气体分布板(2)是为了控制流体沿反应器水平方向的均匀分布，沿反应器水平方向从进料口(5)到出料口(10)方向，分布板上的开孔率从小到大变化。
9. 根据权利要求8所述制备丙烯的方法，其特征在于气体分布板(2)的开孔率分2～10档，开孔率为30～50％。
10. 根据权利要求1所述制备丙烯的方法，其特征在于催化剂床层(3)的高度为反应器直径D的20～70％，在气体分布板(2)与催化剂床层(3)之间为上部惰性填料层(8)，在催化剂床层(3)与支撑格栅(4)之间为下部惰性填料层(9)。
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