CN102371137A - 甲醇或二甲醚转化为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或二甲醚转化为低碳烯烃的反应装置，主要解决现有技术中低碳烯烃收率不高、占地空间较大的问题。本发明通过采用一种甲醇或二甲醚转化为低碳烯烃的反应装置，主要包括流化床反应器15、再生器6、汽提器13、提升管8，流化床反应器15顶部开有产品气出口17，下部开有催化剂出口与汽提器13相连，底部与再生器6相连，汽提器13下部通过待生催化剂循环管2与再生器6相连，再生器6顶部开有烟气出口11，下部通过再生斜管3与提升管8相连，提升管8出口与流化床反应器15上部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

甲醇或二甲醚转化为低碳烯烃的反应装置
技术领域
本发明涉及一种甲醇或二甲醚转化为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。
US 4499327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。
US 6166282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，该方法低碳烯烃碳基收率最高达到80％左右，存在低碳烯烃碳基收率较低的问题。而且该方法中反应器和再生器并列布置，占地空间较大。
CN 1723262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。经计算，该方法低碳烯烃碳基收率最高达到80％左右，存在低碳烯烃碳基收率较低的问题。而且该方法中反应器和再生器并列布置，占地空间较大。
CN 1356299A，公开了一种由甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的工艺方法及其系统。该工艺采用磷酸硅铝分子筛(SAPO-34)作为催化剂，利用气固并流下行式流化床超短接触反应器，催化剂与原料在气固并流下行式流化床超短接触反应器中接触、反应物流方向为下行；催化剂及反应产物出反应器后进入设置在该反应器下部的气固快速分离器进行快速分离；分离出的催化剂进入再生器中烧碳再生，催化剂在系统中连续再生，反应循环进行。该工艺二甲醚或甲醇的转化率大于98％。但该方法中反应器和再生器并列布置，占地空间较大。
现有技术均存在低碳烯烃收率较低、占地空间较大的问题。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、占地空间较大的问题，提供一种新的甲醇或二甲醚转化为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、占地空间较小的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种甲醇或二甲醚转化为低碳烯烃的反应装置，主要包括流化床反应器15、再生器6、汽提器13、提升管8，流化床反应器15顶部开有产品气出口17，下部开有催化剂出口与汽提器13相连，底部与再生器6相连，汽提器13下部通过待生催化剂循环管2与再生器6相连，再生器6顶部开有烟气出口11，下部通过再生斜管3与提升管8相连，提升管8出口与流化床反应器15上部相连。
上述技术方案中，所述流化床反应器15与再生器6同轴布置，流化床反应器15底部与再生器6顶部相连；所述再生器6下部内设有脱气区5，脱气区5底部开有催化剂出口，与再生斜管3相连；所述产品气出口17前设有气固旋风分离器16，烟气出口11前设有气固旋风分离器10；所述提升管8出口设有粗旋9。
本发明所述的积炭量计算方法为一定质量的催化剂上的积炭质量除以所述的催化剂质量。催化剂上的积炭质量测定方法如下：将混合较为均有的带有积炭的催化剂混合，然后精确称量一定质量的带碳催化剂，放到高温碳分析仪中燃烧，通过红外测定燃烧生成的二氧化碳质量，从而得到催化剂上的碳质量。
再生催化剂活性指数用于体现失活催化剂的再生程度，以新鲜催化剂为基准，以固定条件下各催化剂转化甲醇的量进行相对比较，计算方法为：再生催化剂活性指数＝(一定条件下再生催化剂转化的甲醇量/一定条件下新鲜催化剂转化的甲醇量)×100％。
在反应器进料中还可以非强制性的添加一定比例的稀释剂共同进料，稀释剂可以是低碳烷烃(甲烷、乙烷)、CO、氮气、水蒸气、C4烃、单环芳烃等，其中，优选低碳烷烃、水蒸气，最优选方案为水蒸气，稀释剂的量与原料的体积比在0.1～10∶1范围内调节。
本发明人通过研究发现，含氧化合物转化为低碳烯烃的反应过程中，需要催化剂上带上一定量的碳，以提高低碳烯烃的选择性。采用本发明所述的方法，充分利用再生催化剂活性高、温度高的特点，再生催化剂先进入提升管，与分离出的含氧化合物或碳四以上烃接触，生成低碳烯烃产品，同时在催化剂上预积碳。当预积碳催化剂进入流化床反应器后，有效提高了低碳烯烃选择性，从而达到提高低碳烯烃收率的目的。同时，本发明所述装置采用反应器和再生同轴布置，大大减少了反应装置的占地空间，同时缩短了催化剂的输送路径。
采用本发明的技术方案：所述流化床反应器15与再生器6同轴布置，流化床反应器15底部与再生器6顶部相连；所述再生器6下部内设有脱气区5，脱气区5底部开有催化剂出口，与再生斜管3相连；所述产品气出口17前设有气固旋风分离器16，烟气出口11前设有气固旋风分离器10；所述提升管8出口设有粗旋9，低碳烯烃碳基收率达到88.92％(重量)，比现有技术的低碳烯烃碳基收率提高了10％以上，而且由于反应器和再生器同轴布置，减少了装置的占地空间，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为待生催化剂循环管；3为再生斜管；4为脱气介质进料；5为脱气区；6为再生器；7为提升介质进料；8为提升管；9为提升管出口粗旋；10为气固旋风分离器；11为再生烟气出口管线；12为汽提介质进料；13为汽提器；14为原料进料；15为流化床反应器；16为气固旋风分离器；17为产品气出口管线。
含有甲醇或二甲醚至少一种的原料与包括硅铝磷酸盐分子筛催化剂在流化床反应器15中接触，在有效条件下生成包括低碳烯烃的产品物流，进入分离工段，同时形成待生催化剂，待生催化剂进入汽提器13，与汽提介质接触，经汽提后的待生催化剂进入流化床反应器15下部的再生器6再生，形成再生催化剂，再生催化剂经脱气后进入提升管8，与提升介质接触，将再生催化剂提升至流化床反应器15。
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1～3】
在如图1所示的反应再生装置中，催化剂类型见表1，进料为纯度995％的甲醇，流化床反应器与再生器同轴布置，流化床反应器底部与再生器顶部相连，汽提介质为水蒸气，流化床反应器条件为：反应压力以表压计为0.01MPa，反应温度为450℃，气相线速为0.65米/秒，流化床反应器中的催化剂平均积炭量为2.5％重量，提升管内的反应条件为：反应压力以表压计为0.01MPa，反应温度为610℃，气相线速为7米/秒。提升介质为分离出的碳四以上烃，其中烯烃含量为88％，再生催化剂活性指数大于0.9，保持催化剂流动控制的稳定性，流化床反应器出口产物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   84.38
  实施例2   SAPO-34   88.92
  实施例3   SAPO-56   65.67
【实施例4～5】
按照实施例2所述的条件和步骤，只是改变流化床反应器温度，实验结果见表2。
表2
  参数   反应温度，℃   低碳烯烃碳基收率，％重量
  实施例4   400   86.12
  实施例5   500   88.01
【实施例6～7】
按照实施例2所述的条件和步骤，只是改变原料类型和气相线速，实验结果见表3。
表3
Figure BSA00000242427100051
【实施例8～9】
按照实施例2所述的条件和步骤，只是改变反应压力，实验结果见表4。
表4
  参数   反应压力以表压计，MPa   低碳烯烃碳基收率，％重量
  实施例8   0.1   86.45
  实施例9   0.3   84.09
【实施例10】
按照实施例2所述的条件和步骤，流化床反应器中的催化剂平均积炭量为1.5％重量，提升管内的反应条件为：反应压力以表压计为0.1MPa，反应温度为530℃，气相线速为4米/秒。提升介质为分离出的碳四以上烃和甲醇及二甲醚，其中碳四以上烃中烯烃含量为88％，分离出的甲醇和二甲醚与碳四以上烃的比例为0.2∶1，再生催化剂活性指数大于0.8，低碳烯烃碳基收率8321为％重量
【实施例11】
按照实施例2所述的条件和步骤，流化床反应器中的催化剂平均积炭量为5.5％重量，提升管内的反应条件为：反应压力以表压计为0.3MPa，反应温度为650℃，气相线速为10米/秒。提升介质为分离出的甲醇及二甲醚，再生催化剂活性指数大于0.8，低碳烯烃碳基收率78.49为％重量。
【比较例1】
按照实施例2所述的条件和步骤，只是将再生催化剂直接用水蒸气提升至流化床反应区，低碳烯烃碳基收率为80.52％重量。
【比较例2】
按照实施例11所述的条件和步骤，只是将再生催化剂直接用水蒸气提升至流化床反应区，低碳烯烃碳基选择性为77.99％重量。
显然，采用本发明的方法，可以达到提高低碳烯烃选择性的目的，并且与反应器和再生器并列布置的方法相比具有占地空间小的优点，具有较大的技术优势，可用于低碳烯烃的工业生产中。

Claims (5)

1.一种甲醇或二甲醚转化为低碳烯烃的反应装置，主要包括流化床反应器(15)、再生器(6)、汽提器(13)、提升管(8)，流化床反应器(15)顶部开有产品气出口(17)，下部开有催化剂出口与汽提器(13)相连，底部与再生器(6)相连，汽提器(13)下部通过待生催化剂循环管(2)与再生器(6)相连，再生器(6)顶部开有烟气出口(11)，下部通过再生斜管(3)与提升管(8)相连，提升管(8)出口与流化床反应器(15)上部相连。
2.根据权利要求1所述甲醇或二甲醚转化为低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述流化床反应器(15)与再生器(6)同轴布置，流化床反应器(15)底部与再生器(6)顶部相连。
3.根据权利要求1所述甲醇或二甲醚转化为低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述再生器(6)下部内设有脱气区(5)，脱气区(5)底部开有催化剂出口，与再生斜管(3)相连。
4.根据权利要求1所述甲醇或二甲醚转化为低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述产品气出口(17)前设有气固旋风分离器(16)，烟气出口(11)前设有气固旋风分离器(10)。
5.根据权利要求1所述甲醇或二甲醚转化为低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述提升管(8)出口设有粗旋(9)。
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