CN102276393A - 甲醇制烯烃反应-再生系统中再生催化剂返回反应器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种甲醇制烯烃反应-再生系统中再生催化剂返回反应器的方法，主要解决现有技术中低碳烯烃收率较低的问题。本发明通过采用一种甲醇制烯烃反应-再生系统中再生催化剂返回反应器的方法，包括再生催化剂进入预混合区与待生催化剂混合，所述预混合区设在催化剂从汽提区返回反应区的输送管路上，在预混合区内混合后的催化剂进入快速流化床反应器的反应区，与主要为甲醇的原料接触，生成包括低碳烯烃的产品的技术方案较好地解决了上述问题，可用于低碳烯烃的工业生产中。

Description

甲醇制烯烃反应-再生系统中再生催化剂返回反应器的方法
技术领域
本发明涉及一种甲醇制烯烃反应-再生系统中再生催化剂返回反应器的方法。
技术背景
低碳烯烃，即乙烯和丙烯，是两种重要的基础化工原料，其需求量在不断增加。一般地，乙烯、丙烯是通过石油路线来生产，但由于石油资源有限的供应量及较高的价格，由石油资源生产乙烯、丙烯的成本不断增加。近年来，人们开始大力发展替代原料转化制乙烯、丙烯的技术。其中，一类重要的用于低碳烯烃生产的替代原料是含氧化合物，例如醇类(甲醇、乙醇)、醚类(二甲醚、甲乙醚)、酯类(碳酸二甲酯、甲酸甲酯)等，这些含氧化合物可以通过煤、天然气、生物质等能源转化而来。某些含氧化合物已经可以达到较大规模的生产，如甲醇，可以由煤或天然气制得，工艺十分成熟，可以实现上百万吨级的生产规模。由于含氧化合物来源的广泛性，再加上转化生成低碳烯烃工艺的经济性，所以由含氧化合物转化制烯烃(OTO)的工艺，特别是由甲醇转化制烯烃(MTO)的工艺受到越来越多的重视。
US4499327专利中对磷酸硅铝分子筛催化剂应用于甲醇转化制烯烃工艺进行了详细研究，认为SAPO-34是MTO工艺的首选催化剂。SAPO-34催化剂具有很高的低碳烯烃选择性，而且活性也较高，可使甲醇转化为低碳烯烃的反应时间达到小于10秒的程度，更甚至达到提升管的反应时间范围内。
US6166282中公布了一种甲醇转化为低碳烯烃的技术和反应器，采用快速流化床反应器，气相在气速较低的密相反应区反应完成后，上升到内径急速变小的快分区后，采用特殊的气固分离设备初步分离出大部分的夹带催化剂。由于反应后产物气与催化剂快速分离，有效的防止了二次反应的发生。经模拟计算，与传统的鼓泡流化床反应器相比，该快速流化床反应器内径及催化剂所需藏量均大大减少。但该方法存在低碳烯烃收率较低的问题。
CN1723262中公布了带有中央催化剂回路的多级提升管反应装置用于氧化物转化为低碳烯烃工艺，该套装置包括多个提升管反应器、气固分离区、多个偏移元件等，每个提升管反应器各自具有注入催化剂的端口，汇集到设置的分离区，将催化剂与产品气分开。但该方法存在低碳烯烃收率较低的问题。
快速流化床反应器已被证明是甲醇制烯烃工艺的最佳选择，为补充反应区内催化剂的藏量，需要将待生催化剂返回反应区，而再生催化剂也返回反应区，这就直接带来了待生催化剂和再生催化剂的反应区下部的混合问题，混合不均匀将导致积碳分布和温度分布较大，反应行为出现差别，直接引起低碳烯烃收率的降低。现有技术没有很好的解决该问题。本发明有针对性的解决了该问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中低碳烯烃收率较低的问题，提供一种新的甲醇制烯烃反应-再生系统中再生催化剂返回反应器的方法。该方法用于低碳烯烃的生产中，具有低碳烯烃收率较高的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种甲醇制烯烃反应-再生系统中再生催化剂返回反应器的方法，包括再生催化剂进入预混合区与待生催化剂混合，所述预混合区设在催化剂从汽提区返回反应区的输送管路上，在预混合区内混合后的催化剂进入快速流化床反应器的反应区，与主要为甲醇的原料接触，生成包括低碳烯烃的产品。
上述技术方案中，所述硅铝磷分子筛选自SAPO-18、SAPO-34中的至少一种，优选方案为SAPO-34；所述预混合区的流化介质为水蒸气；所述汽提区的汽提介质为水蒸气；所述快速流化床反应区内的气相线速为0.9～2.0米/秒；所述再生催化剂平均积碳量质量分数为0.01～2.5％；预混合区混合后的催化剂平均积碳量质量分数为1.5～4.0％；所述预混合区内设置换热管，与水换热后发生蒸汽；所述催化剂从汽提区返回反应区的输送管路至少为一个，每条输送管路设置一个预混合区；所述反应区出口设置气固快速分离设备；所述在预混合区内混合后的催化剂进入快速流化床反应器的反应区的下部。
甲醇制烯烃工艺中反应器优选采用快速流化床，为保证反应区内催化剂的藏量，需要将待生催化剂返回反应区下部，而现有技术中再生催化剂一般也直接返回反应区下部，这就直接带来了待生催化剂和再生催化剂在反应区下部的混合问题。混合不均匀将导致甲醇不同的反应行为，比如说，甲醇接触到高温、低积碳的催化剂可能会发生分解反应，生成不需要的副产物，直接导致低碳烯烃收率的降低。采用本发明的方法，在待生催化剂返回反应区的管路上设置预混合区，将再生催化剂导入该预混合区，保证待生催化剂和再生催化剂的充分混合，然后再进入反应区，这就保证了甲醇进料接触到的催化剂的均匀程度最大化，大大降低了副产物的收率。另外，由于预混合区导入的是高温的再生催化剂，使得待生催化剂温度也提高，这样可以使水蒸气进一步汽提出待生催化剂夹带的未在汽提区汽提出来的反应产物，进一步提高了产品收率。因此，采用本发明的方法，可以实现提高低碳烯烃收率的目的。
采用本发明的技术方案：所述硅铝磷分子筛选自SAPO-18、SAPO-34中的至少一种；所述预混合区的流化介质为水蒸气；所述汽提区的汽提介质为水蒸气；所述快速流化床反应区内的气相线速为0.9～2.0米/秒；所述再生催化剂平均积碳量质量分数为0.01～2.5％；预混合区混合后的催化剂平均积碳量质量分数为1.5～4.0％；所述预混合区内设置换热管，与水换热后发生蒸汽；所述催化剂从汽提区返回反应区的输送管路至少为一个，每条输送管路设置一个预混合区；所述反应区出口设置气固快速分离设备；所述在预混合区内混合后的催化剂进入快速流化床反应器的反应区的下部，低碳烯烃收率最高可达到82.49％重量，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明所述方法的流程示意图。
图1中，1为包括甲醇的原料热进料；2为反应区；3为气固快速分离设备；4为汽提区；5为待生催化剂去再生器；6为再生斜管；7为待生斜管；8为气固旋风分离器；9为沉降区；10为集气室；11为产品出口管线；12为换热管；13为预混合区；14为再生催化剂自再生器来；15为待生催化剂去预混合区管路；16为预混合区混合后催化剂返回反应区管路；17为预混合区内气相物质返回反应器管线；18为预混合区流化介质入口管线；19为快速流化床反应器；20为汽提介质入口管线。
包括甲醇的原料在快速流化床反应器19的反应区2中与硅铝磷分子筛催化剂接触，生成包括低碳烯烃的产品，同时形成积碳催化剂，积碳催化剂经汽提区4汽提后至少分为两部分，一部分通过待生斜管7去再生器再生，一部分通过管路15进入预混合区13，与从再生斜管6来的再生完成的再生催化剂混合，并与自换热管12来的冷却水换热，经过混合和换热后的催化剂从预混合区13出来经管路16返回反应区2。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
在甲醇制烯烃快速流化床反应-再生装置中，反应系统型式如图1所示。催化剂采用SAPO-34，反应器为快速流化床，反应区内的气相线速为1.25米/秒，反应温度为465℃，反应压力以表压计为0.01MPa。待生催化剂在汽提区经过水蒸气汽提后，分为两部分，一部分通过待生斜管去再生器再生，一部分进入预混合区，与再生催化剂混合，再生催化剂积碳量为0.24％，混合后的催化剂积碳量为2.37％。预混合区的流化介质为水蒸气，在预混合区设置换热管，与冷却水换热，将混合催化剂的温度降至478℃后返回反应区，与甲醇原料接触，甲醇进料量为10千克/小时，生成的低碳烯烃产品和待生催化剂经过气固快速分离设备和旋风分离器分离后，气相产品去计量和分析系统，分离出的催化剂进入汽提区，保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，实验结果为：低碳烯烃碳基收率为82.49％(重量)。
【实施例2】
按照实施例1所述的条件，反应区内的气相线速为2.0米/秒，反应温度为500℃。再生催化剂积碳量为0.05％，混合后的催化剂积碳量为1.5％。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，实验结果为：低碳烯烃碳基收率为80.19％(重量)。
【实施例3】
按照实施例1所述的条件，反应区内的气相线速为0.9米/秒，反应温度为448℃。再生催化剂积碳量为2.5％，混合后的催化剂积碳量为3.98％。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，实验结果为：低碳烯烃碳基收率为78.86％(重量)。
【实施例4】
按照实施例1所述的条件，催化剂改为SAPO-18。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，实验结果为：低碳烯烃碳基收率为80.24％(重量)。
【比较例1】
按照实施例1所述的条件，不设置预混合区，再生催化剂直接返回反应区，反应温度为472℃。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，实验结果为：低碳烯烃碳基收率为80.51％(重量)。
【比较例2】
按照实施例2所述的条件，不设置预混合区，再生催化剂直接返回反应区，反应温度为504℃。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，实验结果为：低碳烯烃碳基收率为78.97％(重量)。
显然，采用本发明的方法，可以达到提高低碳烯烃收率的目的，具有较大的技术优势，可用于低碳烯烃的工业生产中。

Claims (10)

1.一种甲醇制烯烃反应-再生系统中再生催化剂返回反应器的方法，包括再生催化剂进入预混合区与待生催化剂混合，所述预混合区设在催化剂从汽提区返回反应区的输送管路上，在预混合区内混合后的催化剂进入快速流化床反应器的反应区，与主要为甲醇的原料接触，生成包括低碳烯烃的产品。
2.根据权利要求1所述甲醇制烯烃反应-再生系统中再生催化剂返回反应器的方法，其特征在于所述硅铝磷分子筛选自SAPO-18、SAPO-34中的至少一种。
3.根据权利要求2所述甲醇制烯烃反应-再生系统中再生催化剂返回反应器的方法，其特征在于所述硅铝磷分子筛选自SAPO-34。
4.根据权利要求1所述甲醇制烯烃反应-再生系统中再生催化剂返回反应器的方法，其特征在于所述预混合区的流化介质为水蒸气；所述汽提区的汽提介质为水蒸气。
5.根据权利要求1所述甲醇制烯烃反应-再生系统中再生催化剂返回反应器的方法，其特征在于所述快速流化床反应区内的气相线速为0.9～2.0米/秒。
6.根据权利要求1所述甲醇制烯烃反应-再生系统中再生催化剂返回反应器的方法，其特征在于所述再生催化剂平均积碳量质量分数为0.01～2.5％；预混合区混合后的催化剂平均积碳量质量分数为1.5～4.0％。
7.根据权利要求1所述甲醇制烯烃反应-再生系统中再生催化剂返回反应器的方法，其特征在于所述预混合区内设置换热管，与水换热后发生蒸汽。
8.根据权利要求1所述甲醇制烯烃反应-再生系统中再生催化剂返回反应器的方法，其特征在于所述催化剂从汽提区返回反应区的输送管路至少为一个，每条输送管路设置一个预混合区。
9.根据权利要求1所述甲醇制烯烃反应-再生系统中再生催化剂返回反应器的方法，其特征在于所述反应区出口设置气固快速分离设备。
10.根据权利要求1所述甲醇制烯烃反应-再生系统中再生催化剂返回反应器的方法，其特征在于所述在预混合区内混合后的催化剂进入快速流化床反应器的反应区的下部。
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