CN101130466B - 制取低碳烯烃流态化催化反应装置的开工方法 - Google Patents

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Abstract

一种由甲醇或/和二甲醚制取低碳烯烃流态化催化反应装置的开工方法，包括利用开工辅助热源将循环流态化催化反应装置的催化剂床层加热到200℃或300℃以上后向反应器输送甲醇或二甲醚原料，反应放热使反应系统装置快速升温到指定温度，从而使系统迅速达到正常运行状态。此方法适用于放热型流态化催化反应装置的开工过程，能够简化设备和操作，节省成本。

Description

制取低碳烯烃流态化催化反应装置的开工方法
技术领域
本发明涉及一种由甲醇或/和二甲醚制取低碳烯烃流态化催化反应装置的开工方法，适用于放热反应型循环流态化催化反应装置的开工，特别适用于甲醇或/和二甲醚制取乙、丙烯等低碳烯烃的流态化催化反应装置的开工。
背景技术
乙烯和丙烯是化学工业中两种用量最大、用途很多的基础原料，被誉为现代有机合成工业之母，其生产技术是各发达国家竞相发展的重点。制取这两种低碳烯烃的主要途径是轻油裂解，其它方法有低碳醇醚、醛、硫醇、卤代烃的催化转化。二十世纪七十年代两次石油危机的冲击促进了非石油原料路线制取低碳烯烃技术的研究开发工作，其中甲醇转化方法得到了长足发展，显示出巨大的商业应用前景。首先是美国Mobile公司推出了以ZSM-5沸石为催化剂、以甲醇为原料制取低碳烯烃的工艺技术。其后美国联合碳化物公司在上世纪八十年代中期(U.S.Pat.4499327)提出了以非沸石型的含杂原子的磷酸铝盐分子筛为催化剂制取低碳烯烃的设想。中科院大连化学物理研究所于1990年首先发表了以具有菱沸石微孔结构的SAPO-34型磷酸硅铝分子筛为催化剂、甲醇高选择性地转化为低碳烯烃的结果(Applied Catalysis，1990，Volume64，P31-40)。随后提出了SAPO-34分子筛合成的新技术、SAPO-34分子筛催化剂的制备技术和从甲醇或/和二甲醚制取低碳烯烃的工艺技术(专利号分别为CN1037334C、CN1038125C、CN1048429C、CN1065853C、CN1067603C和CN1076219C)，使得SAPO-34分子筛及其催化剂的生产成本大幅度下降、乙烯和丙稀的收率显著提高、工艺技术的经济竞争力接近石油裂解技术的水平。进入二十一世纪，应对石油资源紧缺、油价快速攀升的巨大压力，本申请人开发的采用SAPO-34分子筛催化剂、由甲醇或/和二甲醚制取低碳烯烃的工艺技术达到了工业实施的要求。
SAPO-34分子筛的小孔特征使得这种固体酸催化剂在有机反应中容易结焦而暂时失活，必须经烧炭再生后才能使用。在连续的工业生产中，只有采用包含反应器和再生器的循环流态化装置才能保证SAPO-34等小孔分子筛催化剂的连续稳定运行。在流态化装置中，由甲醇或/和二甲醚转化为低碳烯烃的反应器床层温度为400～550℃，而催化剂再生器的床层温度为550～700℃。循环流态化装置在石油催化裂解(FCC)过程中应用很普遍。装置本身没有加热部件，装置在开工阶段是依靠外部辅助供热设施实现升温的。工业上这种装置的规模都很大，开工装填的催化剂高达数百吨，因而使装置的反应器和再生器床层温度升到500℃之上所需的热量非常巨大，尤其是在400℃之上时，利用外热升温已是非常困难。FCC过程中普遍采用的办法是，当再生器催化剂床层温度达到370℃之上时，向床层中喷轻柴油，利用柴油的燃烧放热使装置升温。这种方法的优点在于能使装置快速升温、大大缩短了开工时间。同时由于FCC是一种吸热反应，催化剂床层温度的维持还需要催化剂从再生器携带热量，因此实际运行中需要不断向再生器喷洒燃料油，以维持再生器的温度。但这种方法存在下述缺点：(1)额外消耗了大量的柴油；(2)喷油初期轻柴油不能完全燃烧、大量炭黑产生并覆盖在催化剂表面、部分炭黑随尾气流入大气而造成一定程度的污染；(3)可能发生局部过热而使部分催化剂的活性永久丧失。由甲醇或/和二甲醚转化为低碳烯烃的过程为强放热反应，而由甲醇或/和二甲醚制取低碳烯烃的流态化过程在工业实施中尚无先例，尤其是SAPO-34分子筛催化剂还没有经过实际工业运转的考验，采用FCC过程的喷油升温方法是否可行还是个未知数。因此，如何根据转化反应的特点、采用适宜的开工方法是这一过程在工业实施中面临的挑战。
发明内容
本发明的目标在于提供一种由甲醇或/和二甲醚制取低碳烯烃流态化催化反应装置的开工方法。
为实现上述目的，本发明提供的制取低碳烯烃流态化催化反应装置的开工方法，以甲醇以及甲醇和二甲醚的混合物为原料，利用开工辅助热源将循环流态化催化反应装置的催化剂床层加热到200℃时向反应器输送原料，原料反应放热使反应器快速升温到指定温度，反应器中结焦催化剂循环到再生器后燃烧放热，使再生器快速升温到540℃以上，从而使系统迅速达到正常运行状态。
本发明的开工方法，还可以二甲醚为原料，利用开工辅助热源将循环流态化催化反应装置的催化剂床层加热到300℃时向反应器输送原料，原料反应放热使反应器快速升温到指定温度，反应器中结焦催化剂循环到再生器后燃烧放热，使再生器快速升温到540℃以上，从而使系统迅速达到正常运行状态。
所述的方法，其特征在于，反应装置是由反应器与再生器组成的循环流态化催化反应装置。
所述的方法，其特征在于，反应器催化剂床层中的催化剂为氢型分子筛催化剂。
所述的方法，其特征在于，反应器催化剂床层中的催化剂为固体酸催化剂。
概括地说，本发明是为由甲醇或/和二甲醚转化为低碳烯烃这类放热反应型循环流态化过程提供一种开工方法，能够节省开工成本、保证各类固体酸催化剂长期稳定、生产系统快速启动、提高经济效益。
本发明实施方案如下：利用开工辅助热源将循环流态化催化反应装置加热到200℃以上，之后向反应器输送原料，该原料为甲醇或者是甲醇与二甲醚的混合物；原料反应放热使反应器快速升温到指定温度。结焦催化剂在再生器中燃烧，使再生器快速升温到540℃以上，从而使系统迅速达到正常运行状态。当反应原料采用二甲醚时，反应装置加热到300℃之上时才能进料。
本发明具有下述特点：
(1)反应装置是由反应器与再生器组成的循环流态化催化反应装置；
(2)催化剂为氢型分子筛催化剂或其它固体酸催化剂；
(3)反应器催化剂床层温度达到200℃以上时，即可输送甲醇原料、启动反应，反应产生的热量使反应器较快地升温到预定温度、并加快再生器的升温。采用二甲醚反应原料时，反应装置加热到300℃之上时才能进料；
(4)甲醇转化反应使催化剂发生结焦，结焦催化剂随系统的循环而进入再生器后，当再生器催化剂床层温度达到340℃时开始燃烧，从而使再生器温度快速上升到给定范围；
(5)本发明方法避免使用传统循环流态化催化反应装置在开工阶段必须采取的通过向再生器催化剂床层喷洒轻柴油及其燃烧使再生器升温的方式，可以在缩短开工时间的同时既保护了催化剂、节省相应的资源消耗，又提高了经济效益。
附图说明
图1为实施例1中反应-再生部分的工艺流程示意图。
图2是按照本发明提供的方法，甲醇处理量为60吨/天的工业放大装置在升温阶段反应床层和再生床层及甲醇转化率变化曲线。
具体实施方式
在所使用的生产系统内所有装置经检测、确认处于待用状态，之后向再生器输送空气、向反应器通氮气。用外部辅助热源对空气和氮气进行加热，以实现对循环流态化装置的加热。当再生器和反应器的中部升温到200℃以上时，向装置内添加活性催化剂至预定量。同时，随时根据两器温度，调节氮气量和空气量，以使催化剂在反应器和再生器之间循环，并确保两器的旋风分离器能够有效工作、避免催化剂的大量跑损。当反应器催化剂床层加热到200℃、再生器催化剂床层加热到300℃之上时，将催化剂循环量控制在尽可能低的状态，开始向反应器输送甲醇、启动甲醇转化反应，反应放热使反应器催化剂床层快速升温。当反应器催化剂床层温度升到450℃时，增大催化剂循环量，使反应器温度稳定在450℃，同时向再生器输送温度较高的结焦催化剂、加速再生器催化剂床层升温。当再生器催化剂床层温度达到340℃之上时，结焦催化剂启动燃烧、再生器催化剂床层温升不断加快。当再生器催化剂床层温度升到540℃之上、反应器催化剂床层温度升到指定温度时，调整热交换、反应原料进料量、催化剂循环量等操作参数，使两器温度和催化剂循环量稳定在指定适宜范围内，保证反应原料的完全转化和低碳烯烃的较高选择性。
采用二甲醚原料时，方法的实施过程基本相同，唯一的差别是反应装置加热到300℃之上时才进料。
下面通过实例介绍本发明的技术特点，但本发明并不限于此。
实施例1
图1是此实施例中反应—再生部分的工艺流程示意图。101是预热氮或蒸汽的加热器，102是反应器，103是再生器，104是预热空气的辅助加热器，105是氮气入口管线，106是蒸汽入口管线，107是氮气或蒸汽进入反应器的管线，108甲醇进料管线，109是产品气到冷却系统的管线，110是再生后催化剂从再生器循环到反应器的输送管线，111是反应后结焦催化剂从反应器循环到再生器的输送管线，112是再生烟气排放管线，113是催化剂从催化剂储罐到再生器的输送管线，114是空气从辅助加热器到再生器大管线，115是催化剂从再生器返回催化剂储罐的输送管线，116是空气入口管线。
系统运转过程中系统内催化剂总藏量为甲醇处理量的1.2～1.6倍。通过管线105、106、107反应器102通氮气，通过管线116、114向再生器通空气。随后启动加热装置101和104，加热氮气和空气，从而对反应器和再生器进行加热。当再生器中部温度升到502℃时，打开催化剂输送装置、通过管线113开始向再生器添加催化剂。加剂过程中随时根据两器温度的变化，调节氮气和空气流量，使两器的旋风分离器能够有效工作。同时调节反应器和再生器底部滑阀的开度，以调节催化剂循环量。催化剂添加完毕后，反应器催化剂床层温度降为149℃、再生器催化剂床层温度降为263℃，继续对两器加热。当反应器床层温度升到271℃(再生器床层温度也相应升到319℃)时，先将两器的催化剂循环量控制在尽可能低的状态，再经过管线108向反应器102的催化剂床层输送甲醇，反应立即启动。甲醇进料量从小到大逐渐提高，以确保甲醇的完全转化。反应器的催化剂床层在300℃以下时，甲醇的反应产物主要是二甲醚，催化剂的结焦量很少。床层温度升到300℃以上后，二甲醚开始转化成烃类，且转化率随温度的升高而提高，同时催化剂结焦量也不断增多。甲醇转化成二甲醚以及进一步转化为烃类的反应都是强放热的，从而使反应器升温速度加快。当反应器床层温度升到410℃时，再生器床层温度也升到360℃，随后再生器的催化剂床层温度快速升高，即此时结焦催化剂的结焦物自动开始在空气流中燃烧。按照上述方法，反应器和再生器催化剂床层温度分别升到492℃和620℃，进一步加强热交换等措施，将两器温度稳定。同时，稳定催化剂循环量、控制甲醇进料的重量空速为5h-1，实现系统的稳定运行。图2是甲醇处理量为60吨/天的工业放大装置在升温阶段反应床层和再生床层及甲醇转化率变化曲线。

Claims (5)

1.一种制取低碳烯烃流态化催化反应装置的开工方法，以甲醇为原料，利用开工辅助热源将循环流态化催化反应装置的催化剂床层加热到200℃、再生器催化剂床层加热到300℃之上时，将催化剂循环量控制在尽可能低的状态，开始向反应器输送甲醇、启动甲醇转化反应，反应放热使反应器催化剂床层快速升温；当反应器催化剂床层温度升到450℃时，增大催化剂循环量，使反应器温度稳定在450℃，同时向再生器输送温度较高的结焦催化剂、加速再生器催化剂床层升温；当再生器催化剂床层温度达到340℃之上时，结焦催化剂启动燃烧、再生器催化剂床层温升不断加快；当再生器催化剂床层温度升到540℃之上、反应器催化剂床层温度升到指定温度时，调整热交换、反应原料进料量、催化剂循环量操作参数，使两器温度和催化剂循环量稳定在指定适宜范围内，保证反应原料的完全转化和低碳烯烃的较高选择性，从而使系统迅速达到稳定运转状态。
2.一种制取低碳烯烃流态化催化反应装置的开工方法，以二甲醚为原料，利用开工辅助热源将循环流态化催化反应装置的催化剂床层加热到300℃、再生器催化剂床层加热到300℃之上时，将催化剂循环量控制在尽可能低的状态，开始向反应器输送二甲醚、启动二甲醚转化反应，反应放热使反应器催化剂床层快速升温；当反应器催化剂床层温度升到450℃时，增大催化剂循环量，使反应器温度稳定在450℃，同时向再生器输送温度较高的结焦催化剂、加速再生器催化剂床层升温；当再生器催化剂床层温度达到340℃之上时，结焦催化剂启动燃烧、再生器催化剂床层温升不断加快；当再生器催化剂床层温度升到540℃之上、反应器催化剂床层温度升到指定温度时，调整热交换、反应原料进料量、催化剂循环量操作参数，使两器温度和催化剂循环量稳定在指定适宜范围内，保证反应原料的完全转化和低碳烯烃的较高选择性，从而使系统迅速达到正常运转状态。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，反应装置是由反应器与再生器组成的循环流态化催化反应装置。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，反应器催化剂床层中的催化剂为氢型分子筛催化剂。
5.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，反应器催化剂床层中的催化剂为固体酸催化剂。
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