CN101514134A - 一种含氧化合物转化为烯烃反应的进料温度调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含氧化合物转化为烯烃反应的进料温度调节方法，以降低能耗，实现含氧化合物转化为烯烃反应的进料温度的精确灵活调节。其方法是提供一种含氧化合物原料，将该原料分成二部分，其中一部分送反应器内取热器取热后与另外一部分混合进原料换热器加热，加热后的含氧化合物原料再分成两路，将其中一路送过热器加热后与另外一路混合进热交换器与反应生成物流换热，换热后的反应生成物流进急冷系统，换热后的含氧化合物原料进入冷却换热器或/和喷入来自反应器内取热器的部分含氧化合物原料后，进入反应器进行反应。
Description
技术领域：
本发明涉及一种以含氧化合物(主要是甲醇、乙醇、二甲醚、C4～C10醇化合物或其混合物等)为原料，在生成以低碳烯烃为主要生成物流(主要是乙烯和丙烯)的连续反应和再生过程中精确灵活调节进料温度的方法。
背景技术：
轻质烯烃(乙烯、丙烯、丁二烯)和轻质芳烃(苯、甲苯、二甲苯)是石油化工的基本原料。目前乙烯生产主要依靠以轻石脑油为原料的管式炉水蒸气裂解工艺。由于原油资源的短缺和价格的日益提高，石脑油资源已经越来越显得不足，低碳烯烃的生产成本越来越高。国内外正积极开发原料来源更丰富的乙烯生产路线，含氧化合物原料经金属改性的SAPO类型小孔磷硅酸铝氧化物分子筛的催化作用，可生成以乙烯、丙烯为主的反应产物，正受到国内外的广泛重视。
以甲醇或二甲醚为代表的含氧有机化合物是典型的含氧有机化合物，主要由煤基或天然气基的合成气生产。用以甲醇为代表的含氧有机化合物为原料生产以乙烯和丙烯为主的低碳烯烃工艺目前主要有MTO和MTP技术。MTO工艺可参见USP6166282、USP5744680、CN1128676C、USP6673978、USP6717023、USP6613950、CN1352627A和CN1325448C，MTP工艺可参见EP0448000A和DE233975A1。
在MTO工艺反应热回收技术方面。中国专利CN1210236C、CN1274644C和CN1195715C涉及到原料的换热流程。
含氧化合物(当前典型采用的是甲醇)制取低碳烯烃工艺(MTO)的反应特点是快速反应、强放热、且醇剂比比较低，是在连续的反应-再生的密相流化床反应器中进行反应和再生。反应生成的含乙烯和丙烯等低碳烯烃的高温反应生成物流，需要进行急冷和水洗，以除去其中的催化剂并降温，随后送往下部烯烃分离系统进行分离。该工艺使用的SAPO催化剂造价高，在工程设计和设备选择时要最大程度减少催化剂的磨损和跑损。由于反应为强放热过程，在反应过程中需要不断的取走热量以维持稳定的反应温度，同时需要将反应温度波动范围控制在±3℃范围内，否则将影响目的产品产率和选择性。
在传统的流化催化裂化操作过程中，通常是通过调整催化剂循环量、调整原料进料温度和设置取热设施等方法来控制反应温度。提升管出口温度(反应温度)、原料预热温度、再生温度相互之间关系密切。原料预热温度的变化，引起剂油比、雾化效果的变化，最终使产品分布发生变化，既有正面作用，又有反面影响。原料预热温度对反再系统热平衡有一定的调节作用，对于无取热和取热受限制的重油催化裂化装置，降低原料预热温度维持两器系统热平衡状态有一定的局限性。由于雾化效果变差和剂油比增加而导致多生成的焦炭燃烧放出的热量可能超过预热温度降低而少带入反应器的热量，因此预热温度降低有一极限，超过该值对热平衡的调节作用会发生逆转。重油催化裂化装置较佳的预热温度随装置、原料油和使用的催化剂不同而异。在具体确定预热温度时，应全面考察可能带来的变化，进而采取措施，以期在最优的工况下操作，获得最大的经济效益。
通过调整原料进料温度来调整反应温度的方法一般用于固定床反应中，它采用不同的温度、多段进料的方法取走反应放出的热量，维持一定的反应温度。
由于MTO工艺具有快速反应、强放热、且醇剂比比较低的特点，对原料进料温度有一定的要求，不适宜频繁地调整原料的进料温度。人们从加工流程、催化剂、工艺条件以及设备结构等方面进行了广泛的研究和探索，取得令人满意的成果，但有关如何灵活调节含氧化合物进料温度的文献报道不多。
CN1856462A公开了一种甲胺制备中控制反应器入口温度的方法。该方法是一种通过在多相催化剂存在下在15～30巴压力下作为原料的甲醇和氨发生气相反应而制备甲胺的方法。将原料在一个或多个换热器中汽化、过热以产生进料气流并随后送入反应器中。原料的混合可以在换热器之一的入口进行或在换热器中的任何位置进行。从反应器中取出含有甲胺、二甲胺和三甲胺以及反应副产物的产物气流。为了将原料的反应器入口温度控制在360～370℃的范围，将部分或所有的进料气流或产物气流通过可调阀以改变压力并因此改变冷凝温度。这种方法尽管有效，但是存在设备投资大，控制不灵活，反应压力波动大等问题。
综上所述，现有技术中虽然涉及了一些控制含氧化合物转化进料温度的方法，但也存在设备投资高，能耗高和控制不灵活等问题。有关灵活控制含氧化合物转化进料温度的方法在现有文献资料中尚未报道。
发明内容：
本发明是针对现有技术能耗高和控制不灵活等缺点，而提供一种含氧化合物转化为烯烃反应的进料温度调节方法，以降低能耗，且使含氧化合物转化为烯烃反应的进料温度调节精确灵活。
本发明提供一种含氧化合物转化为烯烃反应的进料温度调节方法，其特征在于包括：提供一种含氧化合物原料，将该原料分成二部分，其中一部分原料送反应器内取热器取热后与另外一部分原料混合进原料换热器加热，经原料换热器加热后的含氧化合物原料再分成两路，将其中一路送过热器加热后与另外一路混合进热交换器与反应生成物流换热，换热后的反应生成物流进急冷系统，换热后的含氧化合物原料进入冷却换热器或/和喷入来自上述反应器内取热器的部分含氧化合物原料后，进入反应器进行反应。
本发明所述含氧化合物原料进内取热器的原料重量与原料总重量的比例可在0～100范围内调节，此比例的大小根据反应器温度调节，当反应温度较高时，可增加此比例，反之，则减少此比例。原料通过内取热器换热，一方面可以调节反应温度，另一方面也可以提高含氧化合物原料进原料换热器的温度，从而节省过热器中的蒸汽用量。
本发明所述的含氧化合物原料可以选自甲醇、乙醇、二甲醚和C4～C10醇化合物中一种或一种以上混合物。
本发明所述的换热器，如原料换热器、过热器和热交换器可以选自所有类型的换热器，优选管壳式换热器。使用的换热器可以并流、逆流或错流操作，优选逆流操作方式。
本发明所述原料换热器的换热介质优选反应生成低温净化水和蒸汽冷凝水；过热器的换热介质是低压蒸汽、中压蒸汽和反应生成高温油气，优选低压蒸汽。
本发明所述的方法适用于输送管式反应器和固定床反应器，优选输送管式反应器。
本发明采用固定床反应器时，其与现有技术相比具有固定床床层温度较稳定的优点，克服了进料温度的波动对反应产品分布造成的负面影响。
本发明采用输送管式反应器时，其与现有技术相比具有以下几个方面的优越性：
(1)采用本发明所述的方法，由于原料换热器的换热介质可以采用反应生成低温净化水，过热器的换热介质可以采用反应生成高温油气，故可以最大限度地回收反应生成水的低温位热能，和反应生成高温油气的高温位热能，减少蒸汽用量，降低装置的总能耗；
(2)采用本发明所述的方法，可在含氧化合物进入反应器前的进料管线里，通过喷适量的来自反应器内取热器的液体原料，可以精确微调原料进料温度；同时也可以在含氧化合物进入反应器前增加原料冷却换热器来精确微调原料进料温度。既可两种方法同时采用，也可根据操作工况采用其中的一种，确保了进料温度的精确稳定，增加了调节进料温度的灵活性。
(3)含氧化合物原料经原料换热器加热后分成两路，一路送过热器加热后与另外一路混合进热交换器与反应生成物流换热，这一特点可以调节进料温度，另外，在热交换器入口，因含氧化合物原料是以两相流的形式进入的，可以使一部分液体含氧化合物原料气体过热，节省蒸汽用量。
(4)采用本发明所述的方法，在调节含氧化合物原料进料温度时，在原料进反应器前的进料管线和反应油气出口管线上不需增设大型的调节阀，降低了装置投资。
本发明方法用于甲醇制烯烃(MTO)工艺时，经过模拟计算，可很好地满足MTO反应温度控制的需要，将反应进料温度控制在±3℃波动范围内。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的说明。但并不限制本发明的使用范围。
附图说明
图是本发明一种调节含氧化合物进料温度的原则流程图。
图中：1-原料，2-原料换热器，3-进料管线，4-过热器，5-热交换器，6-冷却换热器，7-来自内取热器10的液体原料，8-反应生成物流，9-反应器，10-内取热器。
具体实施方式
如图所示，含氧化合物原料1，分成两部分，一部分先经反应器9的内取热器10取热，再与另一部分混合，然后经原料换热器2换热。
含氧化合物原料1经原料换热器2换热后分成两路，将其中一路送过热器4加热到完全气化后与另外一路混合进热交换器5与反应生成物流8换热，换热后的反应生成物流8进急冷系统，换热后的含氧化合物原料1进入冷却换热器6或/和向换热后含氧化合物原料进料管线3上喷入来自内取热器10的液体原料7后，进入反应器9进行反应。
所述反应生成物流8可分成2-8路，最好是2-6路，最优选是2-4路，根据生成物流的分支数量，一一对应设置相应的热交换器5，在热交换器5中反应生成物流8与含氧化合物原料1换热。
本发明所述方法用于加热原料的原料换热器的优选操作方式是逆流操作。
所述原料换热器的换热介质优选反应生成低温净化水和蒸汽冷凝水；过热器的换热介质是低压蒸汽、中压蒸汽和反应生成高温油气，优选低压蒸汽。
Claims (2)
1.一种含氧化合物转化为烯烃反应的进料温度调节方法，其特征在于包括：提供一种含氧化合物原料，将该原料分成二部分，其中一部分原料送反应器内取热器取热后与另外一部分原料混合进原料换热器加热，经原料换热器加热后的含氧化合物原料再分成两路，将其中一路送过热器加热后与另外一路混合进热交换器与反应生成物流换热，换热后的反应生成物流进急冷系统，换热后的含氧化合物原料进入冷却换热器或/和喷入来自反应器内取热器的部分含氧化合物原料后，进入反应器进行反应。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述含氧化合物原料是甲醇、乙醇、二甲醚和C4～C10醇化合物中的一种或一种以上混合物。
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