CN102295503B

CN102295503B - 甲醇制低碳烯烃反应-再生装置

Info

Publication number: CN102295503B
Application number: CN201010208237.0A
Authority: CN
Inventors: 齐国祯; 张惠明; 杨远飞; 俞志楠
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2030-06-24
Also published as: CN102295503A

Abstract

本发明提供一种甲醇制低碳烯烃反应-再生装置，主要解决现有技术中催化剂损耗较大、装置开车周期较长的问题。本发明通过采用一种甲醇制低碳烯烃反应-再生装置，包括反应器18、再生器23、反应器辅助燃烧室5、再生器辅助燃烧室30、反应器第三级旋风分离器36、再生器第三级旋风分离器33、反应器外取热器14、再生器外取热器27、脱气罐21，反应器18与再生器23通过待生斜管10相连，脱气罐21通过再生催化剂输送管8与反应器外取热器14相连，反应器外取热器14下部设有催化剂出口与反应器18相连，产品气出口19与反应器第三级旋风分离器36相连，烟气出口24与再生器第三级旋风分离器33相连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

甲醇制低碳烯烃反应-再生装置

技术领域

本发明涉及一种甲醇制低碳烯烃反应-再生装置。

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，一类重要的用于轻质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，再加上转化生成轻质烯烃工艺的经济性，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催化剂具有很高的轻质烯烃选择性，而且活性也较高，可使甲醇转化为轻质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。

CN 200480023270.9中公布了一种启动反应系统的方法，该方法包括催化剂的装填、转移、加热等多个步骤。但采用该方法启动反应系统，存在开车时间较长、催化剂损耗较大的缺点。

CN 200610112558中公布了一种制取低碳烯烃流态化催化反应装置的方法，利用开工辅助热源加热反应器到适合进料的温度，在300℃时向反应器输送原料，开始反应。但是该方法中在通入原料前反应器一直采用氮气流化，并用辅助热源加热氮气，造成氮气消耗过大，且反应产物中存在氮气的问题，整个开车过程反应器温度较低，存在催化剂损害较大、安全系数较低的缺点。

甲醇制低碳烯烃反应-再生系统与传统的催化裂化反应-再生系统有着本质的不同，甲醇制低碳烯烃催化剂与催化裂化催化剂也有着很大的不同，这就决定了甲醇制烯烃反应-再生装置的开车、气固分离等问题均与催化裂化有着本质的不同。现有技术均存在开车周期较长、催化剂损耗较大的问题。本发明有针对性的解决了上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的催化剂损耗较大、装置开车周期较长的问题。提供一种新的甲醇制低碳烯烃反应-再生装置，该装置用于低碳烯烃的生产中，具有催化剂损耗较小、开车周期较短的优点。

本发明采用的技术方案如下：一种甲醇制低碳烯烃反应-再生装置，主要包括反应器18、再生器23、反应器辅助燃烧室5、再生器辅助燃烧室30、反应器第三级旋风分离器36、再生器第三级旋风分离器33、反应器外取热器14、再生器外取热器27、脱气罐21、辅助加热炉3，反应器18与再生器23之间通过待生斜管10相连，脱气罐21通过再生催化剂输送管8与反应器外取热器14相连，反应器外取热器14下部设有催化剂出口与反应器18相连，反应器18顶部开有产品气出口19，与反应器第三级旋风分离器36相连，再生器23顶部开有烟气出口24，与再生器第三级旋风分离器33相连，反应器辅助燃烧室5出口与反应器18底部相连，再生器辅助燃烧室30出口与再生器23底部相连。

上述技术方案中，所述反应器18包括反应区6、沉降区17、汽提区12、气固快速分离设备13、气固旋风分离器20，反应区6为快速流化床；所述再生器23包括再生区28、沉降区26、气固旋风分离器25，再生区28为密相床；反应-再生装置正常操作状态时反应器辅助燃烧室5与反应器18间加盲板4；反应器辅助燃烧室5在反应器18和再生器23间非正常切断后作为反应器18的供热设备；反应器辅助燃烧室5在反应-再生装置开车前提供热量用以烘干反应器18内的衬里。

本发明中，催化剂的损耗以催化剂单耗来衡量，催化剂单耗(千克/吨)＝一定时间内消耗的催化剂量(千克)/一定时间内转化的原料量(吨)。所述消耗的催化剂量是指反应器第三级旋风分离器和再生器第三级旋风分离器出口未被回收下来的催化剂总量。

由于甲醇制低碳烯烃反应的生焦率较低，且甲醇分子量较小，因此其反应-再生系统具有“大反应器、小再生器”的特点，与传统的催化裂化“小反应器、大再生器”的特点有着本质的区别，这也使得甲醇制低碳烯烃反应-再生系统的开车与传统的循环流化床开车方法不同，难度更大。另外，由于甲醇制烯烃反应过程中需要积累一定量的积碳，以增加低碳烯烃选择性，因此反应-再生系统内的催化剂均存在不同程度的积碳，这为气固旋风分离器进行气固分离增加了难度。本发明通过采用双辅助燃烧室和一个辅助加热炉的组合，反应器和再生器可以独立进行烘干衬里的操作，烘干效果好且快，而且反应器通入的水蒸气通过辅助加热炉加热，有效避免了催化剂转移过程中的“和泥”现象，同时可以较快速度的将反应器温度加热到反应初始温度，大大缩短了启动周期，同时减少了开车过程中的催化剂损耗。另外，由于甲醇制烯烃催化剂价格昂贵，如果反应器和再生器非正常切断，反应器的催化剂将随着反应器温度的降低面临“和泥”的危险，而且如果用水蒸气作为卸剂时的流化介质，催化剂卸出后也同样会存在“和泥”的危险。因此反应器辅助燃烧室的设置很有必要，虽然在正常操作状态时是停用状态，但是在事故状态，反应器辅助燃烧室将作为卸剂的热源安全的将反应器的催化剂卸到催化剂储罐中，避免了催化剂“和泥“的危险，有效减少了催化剂的损耗。最后，本发明在反应器和再生器外各设置一个第三级旋风分离器，用以回收跑损的催化剂，降低了催化剂的损耗。因此，采用本发明的反应-再生装置，既缩短了开车周期，同时又降低了催化剂的损耗。

采用本发明的技术方案：所述反应器18包括反应区6、沉降区17、汽提区12、气固快速分离设备13、气固旋风分离器20，反应区6为快速流化床；所述再生器23包括再生区28、沉降区26、气固旋风分离器25，再生区28为密相床；反应-再生装置正常操作状态时反应器辅助燃烧室5与反应器18间加盲板4；反应器辅助燃烧室5在反应器18和再生器23间非正常切断后作为反应器18的供热设备；反应器辅助燃烧室5在反应-再生装置开车前提供热量用以烘干反应器18内的衬里，开车周期基本在2～4小时之间(除去衬里烘干时间)，在连续60天的运行过程中，低碳烯烃收率平均达到81.4％重量，催化剂单耗为0.51，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述方案的流程示意图

图1中，1为反应器原料进料；2为蒸气管线；3为辅助加热炉；4为盲板；5为反应器辅助燃烧室；6为反应器反应区；7为汽提介质进料管线；8为再生催化剂输送管；9为混合催化剂输送管；10为待生斜管；11为反应器外取热器流化介质入口管线；12为汽提区；13为气固快速分离设备；14为反应器外取热器；15为反应器外取热器中气体返回反应器管线；16为脱气罐流化介质入口管线；17为反应器沉降区；18为反应器；19为产品气出口；20为反应器气固旋风分离器；21为脱气罐；22为脱气罐内气体返回再生器管线；23为再生器；24为再生烟气出口；25为再生器气固旋风分离器；26为再生器沉降区；27为再生器外取热器；28为再生器再生区；29为反应器辅助燃烧室空气管线；30为再生器辅助燃烧室；31为空气管线；32为再生器外取热器流化介质入口管线；33为再生器第三级旋风分离器；34为再生器细粉收集罐；35为烟气管线；36为反应器第三级旋风分离器；37为反应器细粉收集罐；38为反应器沉降区催化剂进入反应器外取热器输送管。

甲醇物流经进料管线1进入反应器18的反应区6中，与分子筛催化剂接触，反应生成含有低碳烯烃的产品，携带待生催化剂经过气固快速分离设备13进入反应器沉降区17，其中，气固快速沉降区13分离出来的大部分催化剂进入汽提区12，而气相产品以及部分未被气固快速分离设备分离的催化剂经入旋风分离器20进行再次分离，催化剂经过旋风分离器20的料腿返回到汽提区12，气相产品经出口管线19进入反应器第三级旋风分离器36，进一步回收携带的催化剂细粉后，产品气进入后续的分离工段。被气固快速分离设备13和旋风分离器20分离出的待生催化剂经过汽提后分为两部分，一部分通过催化剂输送管38返进入反应器外取热器14；一部分经过待生斜管10进入再生器23的再生区28中烧炭再生。焦炭燃烧生成的烟气经过旋风分离器25后通过烟气出口管线24进入再生器第三级旋风分离器33，进一步回收携带的催化剂细粉后，烟气进入后续的能量回收系统，再生完成的催化剂进入脱气罐21脱气后通过再生催化剂输送管8进入反应器外取热器14中，混合催化剂从反应器外取热器14底部经混合催化剂输送管9返回反应区6。事故状态，如两器切断后，反应器18停蒸汽，启动反应器辅助燃烧室5和再生器辅助燃烧室30，分别供给反应器和再生器热量。

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】

如图1所示的甲醇制低碳烯烃反应-再生系统，反应器反应区为快速流化床，气相线速1.25米/秒，再生器再生区为密相床，气相线速为0.6米/秒，催化剂为SAPO-34分子筛，甲醇进料量为4.2吨/小时，两个辅助燃烧室内通入燃料气点火用于将空气加热，空气被加热后进入反应器和再生器，烘干衬里结束后，反应器内空气切出，停用反应器辅助燃烧室，辅助燃烧室出口加盲板，反应器切入经过辅助加热炉加热过的蒸汽，蒸汽温度为380℃左右，可将反应器温度控制在250℃～300℃之间，同时将再生器加热到450℃左右，将催化剂通过大型加剂线从催化剂储罐转入再生器中，将再生器再生区温度升至550℃以上，打开再生斜管滑阀，经过反应器外取热器向反应器转入催化剂，转入反应器的催化剂经过快速流化床反应区进入沉降区和汽提区，待汽提区的料位有显示且温度明显上升后，打开待生斜管滑阀，逐渐建立反应器与再生器间的催化剂循环；在催化剂从再生器转入反应器的过程中，继续从催化剂储罐向再生器转入催化剂，直至反应器和再生器内的催化剂藏量到达设计值；两器建立循环后，从再生器通过再生斜管过来的高温催化剂和高温蒸汽一起将反应器反应区温度加热到380℃左右时，反应器内通入包括甲醇的原料，同时按照一定的比例减少蒸汽量。原料与反应区的催化剂接触，生成包括低碳烯烃的产品以及在催化剂上形成积炭；当待生催化剂积炭达到1.5％重量时，停止向再生器喷入燃烧油；当待生催化剂积炭达到3.3％重量以上时，停用再生器辅助燃烧室。

反应器和再生器顶部跑损的催化剂通过各自的第三级旋风分离器进一步回收，回收的催化剂进入催化剂细粉收集罐。

整个开车过程历时约3小时，缩短了开车周期，减轻了开车过程中催化剂的损害，相应降低了催化剂的损耗，在连续60天的运行过程中，低碳烯烃收率平均达到81.4％重量，催化剂单耗平均为0.51。

在两器切断状态下，启用辅助加热炉，加热蒸汽进入反应器，置换反应器中残留的原料和产品后，启用反应器辅助燃烧室，加热空气，进入反应器置换反应器内的残留蒸汽，同时保证反应器的温度在300℃以上，当将蒸汽置换干净后，从反应器卸剂线将催化剂安全卸出。再生器通过再生器辅助燃烧室提供热量，从再生器卸剂线卸出催化剂。该过程有效避免了反应器内催化剂卸出时的“和泥”现象，减少了催化剂的损耗。

【比较例1】

按照实施例1所述的方法和步骤，反应器和再生器外不设置第三级旋风分离器，再生催化剂经脱气后直径返回反应器反应区，反应器底部不设置辅助燃烧室，开车过程历时约7.5小时，催化剂单耗平均为0.79。

显然，采用本发明的方法，可以达到缩短开车周期，降低催化剂损耗，具有较大的技术优势，可用于低碳烯烃的工业生产中。

Claims

1.一种甲醇制低碳烯烃反应-再生装置，包括以下部件：反应器原料进料管线(1)、蒸气管线(2)、辅助加热炉(3)、盲板(4)、反应器辅助燃烧室(5)、反应区(6)、汽提介质进料管线(7)、再生催化剂输送管(8)、混合催化剂输送管(9)、待生斜管(10)、反应器外取热器流化介质入口管线(11)、汽提区(12)、气固快速分离设备(13)、反应器外取热器(14)、反应器外取热器中气体返回反应器管线(15)、脱气罐流化介质入口管线(16)、反应器沉降区(17)、反应器(18)、产品气出口管线(19)、反应器气固旋风分离器(20)、脱气罐(21)、脱气罐内气体返回再生器管线(22)、再生器(23)、再生烟气出口管线(24)、再生器气固旋风分离器(25)、再生器沉降区(26)、再生器外取热器(27)、再生器再生区(28)、反应器辅助燃烧室空气管线(29)、再生器辅助燃烧室(30)、空气管线(31)、再生器外取热器流化介质入口管线(32)、再生器第三级旋风分离器(33)、再生器细粉收集罐(34)、烟气管线(35)、反应器第三级旋风分离器(36)、反应器细粉收集罐(37)、反应器沉降区催化剂进入反应器外取热器输送管(38)；

甲醇物流经反应器原料进料管线(1)进入反应器(18)的反应器反应区(6)中，与分子筛催化剂接触，反应生成含有低碳烯烃的产品，携带待生催化剂经过气固快速分离设备(13)进入反应器沉降区(17)，其中，气固快速分离设备(13)分离出来的大部分催化剂进入汽提区(12)，而气相产品以及部分未被气固快速分离设备分离的催化剂经入反应器气固旋风分离器(20)进行再次分离，催化剂经过反应器气固旋风分离器(20)的料腿返回到汽提区(12)，气相产品经产品气出口管线(19)进入反应器第三级旋风分离器(36)，进一步回收携带的催化剂细粉后，产品气进入后续的分离工段；被气固快速分离设备(13)和反应器气固旋风分离器(20)分离出的待生催化剂经过汽提后分为两部分，一部分通过催化剂输送管(38)返进入反应器外取热器(14)；一部分经过待生斜管(10)进入再生器(23)的再生区(28)中烧炭再生；焦炭燃烧生成的烟气经过再生器气固旋风分离器(25)后通过再生烟气出口管线(24)进入再生器第三级旋风分离器(33)，进一步回收携带的催化剂细粉后，烟气进入后续的能量回收系统，再生完成的催化剂进入脱气罐(21)脱气后通过再生催化剂输送管(8)进入反应器外取热器(14)中，混合催化剂从反应器外取热器(14)底部经混合催化剂输送管(9)返回反应区(6)；事故状态，如两器切断后，反应器(18)停蒸汽，启动反应器辅助燃烧室(5)和再生器辅助燃烧室(30)，分别供给反应器和再生器热量。