CN102295505A - 甲醇制备低碳烯烃的反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种甲醇制备低碳烯烃的反应装置，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备低碳烯烃的反应装置，主要包括流化床反应区9、沉降汽提器17、再生器13、催化剂混合器7和催化剂输送管线；流化床反应区9出口与沉降汽提器17相连，沉降汽提器17位于再生器13上方，沉降汽提器17下部的汽提区18顶部设有待生立管11，待生立管11底部通过催化剂流量控制阀2与再生器13相连，汽提区18和再生器13下部分别开有催化剂出口与催化剂混合器7相连，催化剂混合器7下部开有催化剂出口与流化床反应区9相连，再生器13上部和沉降汽提器17顶部各开有气体出口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

甲醇制备低碳烯烃的反应装置
技术领域
本发明涉及一种甲醇制备低碳烯烃的反应装置。
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。
US6166282中公布了一种氧化物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。经计算，该方法中的低碳烯烃收率最高达到80％。
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。该方法存在低碳烯烃收率较低的问题。经计算，该方法中的低碳烯烃收率最高达到80％。
现有技术均存在低碳烯烃收率较低的问题。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存在的低碳烯烃收率较低的问题，提供一种新的甲醇制备低碳烯烃的反应装置。该装置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：一种甲醇制备低碳烯烃的反应装置，主要包括流化床反应区9、沉降汽提器17、再生器13、催化剂混合器7和催化剂输送管线；流化床反应区9出口与沉降汽提器17相连，沉降汽提器17位于再生器13上方，沉降汽提器17下部的汽提区18顶部设有待生立管11，待生立管11底部通过催化剂流量控制阀2与再生器13相连，汽提区18和再生器13下部分别开有催化剂出口与催化剂混合器7相连，催化剂混合器7下部开有催化剂出口与流化床反应区9相连，再生器13上部和沉降汽提器17顶部各开有气体出口。
上述技术方案中，所述快速流化床出口端直径缩小至快速流化床直径的10～30％；所述再生器13上部和沉降汽提器17上部设有气固旋风分离器；所述汽提介质为水蒸气；催化剂混合器7内的流化介质为水蒸气；所述汽提区18内设有人字型挡板；所述流化床反应区9和再生器13并列布置。
催化剂混合器本质上为一个密相流化床，底部设有流化介质进料分布板，内部可设置挡板，加强催化剂的返混，当两股催化剂进入后，能够实现均匀的混合，混合器顶部设有气相出口。
本领域所公知的，由于甲醇制烯烃特定的反应特点决定了返混较小的快速流化床是适合的反应器。但是快速流化床反应器为了保持其催化剂床层密度要求，需要反应器出口的催化剂大量返回快速床中，这就存在待生催化剂与再生催化剂在快速床底部的混合问题。若混合不均匀，将直接导致低碳烯烃收率的降低。采用本发明的方法，设置一个催化剂混合器，将待生催化剂和再生催化剂先混合均匀后，实现温度和积碳的一致，然后进入快速流化床反应器中，有效解决了现有技术混合不均匀的问题，提高了低碳烯烃的收率。
采用本发明的技术方案：所述快速流化床出口端直径缩小至快速流化床直径的10～30％；所述再生器13上部和沉降汽提器17上部设有气固旋风分离器；所述汽提介质为水蒸气；催化剂混合器7内的流化介质为水蒸气；所述汽提区18内设有人字型挡板；所述流化床反应区9和再生器13并列布置，低碳烯烃碳基收率可达到83.01％(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为再生空气进料；2为催化剂流量控制阀；3为流化床反应区进料；4为再生斜管；5为催化剂混合器流化介质进料；6为混合后催化剂输送斜管；7为催化剂混合器；8为催化剂混合器内气相物质返回沉降汽提器管线；9为流化床反应区；10为待生斜管；11为待生立管；12为气固旋风分离器；13为再生器；14为汽提介质进料；15为气固旋风分离器；16为再生烟气出口管线；17为沉降汽提器；18为汽提区；19为产品气出口管线。
主要为甲醇的原料经进料管线3进入流化床反应区9中，与分子筛催化剂接触，反应生成的产品携带催化剂进入沉降汽提器17中，待生催化剂经过汽提后一部分由待生斜管10进入催化剂混合器7中，一部分由待生立管11进入再生器13再生，再生后的催化剂经过再生斜管4进入催化剂混合器7中，混合后的催化剂经过催化剂输送管6返回流化床反应区9。产品气经过管线19进入分离工段。
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1～2】
在如图1所示的反应-再生装置中，催化剂类型见表1。流化床反应区为快速流化床，平均温度为470℃，反应压力以表压计为0.1兆帕，气相线速为1.25米/秒，纯度为99.5％的甲醇进料，再生器为鼓泡床，再生器平均温度为671℃，待生剂积碳量为4.5％(重量)，再生催化剂积碳量为0.5％(重量)。沉降汽提器位于再生器上部，汽提区内置于再生器内，汽提介质为水蒸气。汽提后的待生催化剂70％进入催化剂混合器，30％进入再生器再生，催化剂混合器中流化介质为水蒸气，快速流化床出口端直径缩小至快速流化床直径的15％，保持催化剂流动控制的稳定性，产品气采用在线气相色谱分析，实验结果见表1。
表1
  参数   催化剂类型   低碳烯烃碳基收率，％重量
  实施例1   SAPO-18   79.94
  实施例2   SAPO-34   82.53
【实施例3～4】
按照实施例2所述的条件和步骤，只是改变流化床反应区温度，实验结果见表2。
表2
  参数   第一反应区反应温度，℃   低碳烯烃碳基收率，％重量
  实施例3   400   78.63
  实施例4   500   82.04
【实施例5～6】
按照实施例2所述的条件和步骤，只是改变气相线速，实验结果见表3。
表3
  参数   气相线速，米/秒   低碳烯烃碳基收率，％重量
  实施例5   0.8   81.23
  实施例6   2.0   81.85
【实施例7～8】
按照实施例2所述的条件和步骤，改变反应压力，实验结果见表4。
表4
  参数   反应压力以表压计，兆帕   低碳烯烃碳基收率，％重量
  实施例7   0.01   83.01
  实施例8   0.3   79.28
【实施例9】
按照实施例2所述的条件和步骤，汽提后的待生催化剂50％进入催化剂混合器，50％进入再生器再生，快速流化床出口端直径缩小至快速流化床直径的30％，低碳烯烃碳基收率为80.58％重量。
【实施例10】
按照实施例2所述的条件和步骤，汽提后的待生催化剂80％进入催化剂混合器，20％进入再生器再生，低碳烯烃碳基收率为82.70％重量。
【实施例11】
按照实施例2所述的条件和步骤，待生剂积碳量为3.5％(重量)，再生催化剂积碳量为1.5％(重量)，低碳烯烃碳基收率为8281％重量。
【比较例1】
按照实施例2所述的条件，不设催化剂混合器，再生催化剂和待生催化剂分别均直接返回流化床反应区，低碳烯烃碳基收率为8052％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 (6)

1.一种甲醇制备低碳烯烃的反应装置，主要包括流化床反应区(9)、沉降汽提器(17)、再生器(13)、催化剂混合器(7)和催化剂输送管线；流化床反应区(9)出口与沉降汽提器(17)相连，沉降汽提器(17)位于再生器(13)上方，沉降汽提器(17)下部的汽提区(18)顶部设有待生立管(11)，待生立管(11)底部通过催化剂流量控制阀(2)与再生器(13)相连，汽提区(18)和再生器(13)下部分别开有催化剂出口与催化剂混合器(7)相连，催化剂混合器(7)下部开有催化剂出口与流化床反应区(9)相连，再生器(13)上部和沉降汽提器(17)顶部各开有气体出口。
2.根据权利要求1所述甲醇制备低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述快速流化床出口端直径缩小至快速流化床直径的10～30％。
3.根据权利要求1所述甲醇制备低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述再生器(13)上部和沉降汽提器(17)上部设有气固旋风分离器。
4.根据权利要求1所述甲醇制备低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述汽提介质为水蒸气；催化剂混合器(7)内的流化介质为水蒸气。
5.根据权利要求1所述甲醇制备低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述汽提区(18)内设有人字型挡板。
6.根据权利要求1所述甲醇制备低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述流化床反应区(9)和再生器(13)并列布置。
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