CN102463075A - 超重力强化煤基化工原料转化的新方法 - Google Patents

超重力强化煤基化工原料转化的新方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了超重力强化煤基化工原料转化的新方法，属于超重力技术领域。该方法是将煤基化工原料转化反应在超重力反应器中进行，将催化剂床层固定在超重力旋转床的转子上，反应过程中催化剂床层始终处于旋转状态。该方法通过调节超重力旋转床转子的转速，强化反应产物的传质过程，控制反应产物的分布，提高目标产物的选择性。本发明利用超重力旋转床反应器进行煤基合成气，甲醇，二甲醚等化工原料的转化反应，是一种崭新的煤基化工原料转化的新方法。

Description

超重力强化煤基化工原料转化的新方法
技术领域
本发明涉及一种超重力强化煤基化工原料转化的新方法，具体的说，涉及一种利用超重力反应器进行煤基化工原料，包括合成气，甲醇，二甲醚，转化为二甲醚，烯烃和芳烃的反应，属于超重力技术领域。
技术背景
合成气一步法制二甲醚(STD)，煤基甲醇制二甲醚(MTD)，煤基甲醇制烯烃(MTO)，甲醇制芳烃(MTA)，和煤基二甲醚制烯烃(DTO)，煤基二甲醚制芳烃(DTA)，以及煤基甲醇二甲醚混合物制烯烃(DMTO)是重要C1化工新工艺。
早期的上述工艺均采用固定式反应器。由于以上转化反应均是放热反应，催化剂因积炭致使活性很快衰退，通常需要采用多台固定反应器，并且反应和再生又必须切换操作，使工艺流程和操作复杂化，降低了催化剂的使用效率。为便于反应热及时取出及烧焦再生，目前普遍采用流化床或浆态床反应器。流化床或浆态床对催化剂的强度、耐磨和一定筛分粒度都有严格的要求，因此提高了催化剂的成本。另外，无论采用固定床或流化床反应器，催化剂的再生频率都很高。而且产物分布主要由催化剂性能决定，催化剂都需要特定合成方法和进行改性才能达到需要的产物收率，从而使催化剂的开发成本居高不下。
超重力旋转床反应器最早是由英国帝国化学工业公司(ICI)提出的。EP0023745A3提出超重力旋转床可以用于吸收，解吸，蒸馏等过程。中国专利CN1064338A，CN1116146A，CN1116185A成功实现了将超重力旋转床应用于工业规模的油田注水脱氧过程和超细碳酸钙的制备。中国专利CN1507940A，CN1895766A提出在超重力反应器中进行催化反应并公开了在超重力反应器中进行烃类全加氢和部分加氢的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤基化工原料转化的方法，具体的说，就是提供一种超重力强化煤基化工原料转化的方法。本发明的方法是以完全不同于固定床、流化床和浆态床反应器的方式进行反应的，是一种全新的煤基化工原料的转化方法。
本发明的一种煤基化工原料转化的方法，其特征在于，煤基化工原料转化反应在超重力反应器中进行。将上述反应的催化剂固定在超重力反应器的转子上，在反应过程中催化剂床层始终处于旋转状态，反应物料通过旋转的催化剂床层转化为产品。
本发明的方法通过调节超重力反应器中催化剂床层的旋转速度，强化反应生成物的传质过程，调控反应生成物在催化剂上的停留时间，从而抑制二次反应发生，提高目标产物的选择性，并且提高催化剂寿命。
由于超重力反应器可以强化传质和反应过程，在超重力反应器中进行的上述转化反应，可以强化产物与催化剂之间的传质，减少产物扩散对催化反应过程的影响，使反应物迅速离开反应环境，促使反应物向产物方向移动，从而克服常规重力场反应器的缺点，达到提高催化剂利用效率，提高催化剂选择性，减少副产物生成，降低能耗的效果。同时，由于传热过程的强化使反应热迅速被移除，使催化反应更加平稳运行。
本发明的化工原料转化制烯烃所述转化反应为气固两相反应，所述的反应物料为煤基合成气、煤基甲醇或煤基二甲醚，产品为二甲醚，烯烃和芳烃。优选合成气一步法制二甲醚(STD)、煤基甲醇制二甲醚(MTD)、煤基甲醇制烯烃(MTO)、甲醇制芳烃(MTA)，和煤基二甲醚制烯烃(DTO)、煤基二甲醚制芳烃(DTA)，以及煤基甲醇二甲醚混合物制烯烃(DMTO)反应。
所述的超重力强化煤基化工原料转化的工艺条件为：超重力反应器的催化剂床层的转速为200-3000rpm；反应温度为250℃-500℃，反应压力位1-70atm，气体空速为100-100000h-1。
本发明方法所述的超重力反应器可以使用现有技术中已有的设备，优选使用本发明附图所示的超重力反应器。
本发明的方法的具体过程如下：
合成气一步法制二甲醚(STD)，煤基甲醇制二甲醚(MTD)，煤基甲醇制烯烃(MTO)，甲醇制芳烃(MTA)，和煤基二甲醚制烯烃(DTO)，煤基二甲醚制芳烃(DTA)，以及煤基甲醇二甲醚混合物制烯烃(DMTO)反应的催化剂安装在超重力反应器的转子中，反应过程中催化剂床层始终处于高速旋转状态。反应物料由超重力反应器的入口进入，通过高速旋转的催化剂床层。生成的产物由超重力反应器出口排出，并经气相色谱分析测定。在空速一定的情况下，通过调节催化剂床层的转速可以控制产物离开反应环境的时间，从而控制产物的选择性。
由于以上转化反应均是放热反应，催化剂因积炭致使活性很快衰退，通常需要采用多台固定反应器，并且反应和再生又必须切换操作，使工艺流程和操作复杂化，降低了催化剂的使用效率。为便于反应热及时取出及烧焦再生，目前普遍采用流化床或浆态床反应器。流化床或浆态床对催化剂的强度、耐磨和一定筛分粒度都有严格的要求，因此提高了催化剂的成本。另外，无论采用固定床或流化床反应器，催化剂的再生频率都很高。而且产物分布主要由催化剂性能决定，催化剂都需要特定合成方法和进行改性才能达到需要的产物收率，从而使催化剂的开发成本居高不下。
另外，以上反应的产物和中间产物不能及时扩散出催化反应场，进而发生二次反应生成非目标产物，进而降低目标产物的选择性。另外，产物和中间产物在催化剂上停留时间过长也是催化剂积碳的原因之一，而积碳是上述反应催化剂失活的重要原因。
由于超重力反应器具有如下优势：
强化传热。以上反应均是放热反应。在放热反应过程中，及时排除反应热是至关重要的。在传统的固定床反应器中进行放热反应时，如果热量不能及时被带出，反应温度容易失控。而在超重力反应器中，由于产物在超重力的强化作用下迅速离开催化剂床层，反应放热被迅速带出反应区域，因此易于控制反应温度，适用于以上煤基化工原料转化反应。
强化传质。以上煤基化工原料转化反应的生成物与催化剂之间的传质过程在超重力作用下得到强化，有效减少或消除了扩散过程对上述反应的影响，使生成的产物得以迅速离开反应环境，有效抑制催化剂积碳失活，提高目标产物选择性及产率，并促使反应物加快向产物方向移动，从而提高反应效率。
因此，本发明利用超重力强化煤基化工原料转化制二甲醚，烯烃和芳烃的方法，是完全不同于传统煤基化工原料转化工艺的新方法。
本发明的方法具有目的产物选择性高，传质，传热性能好，催化剂寿命长的特点。
附图说明
图1是本发明所采用的超重力反应器的示意图。
1.反应物入口
2.催化剂床层
3.转子
4.产物出口
具体实施方式
将催化剂安装在超重力反应器的转子中，反应过程中催化剂床层始终处于高速旋转状态。反应物料经气化后由超重力反应器的入口进入，通过高速旋转的催化剂床层。生成的产物由超重力反应器出口排出，并经气相色谱分析测定，超重力反应器的示意图见图1。在空速一定的情况下，通过调节催化剂床层的转速可以控制产物离开反应环境的时间，从而控制产物的选择性。
实施例1
利用超重力反应器进行甲醇制烯烃反应。使用甲醇纯度为99％。将市售未经任何改性的SAPO-34分子筛作为甲醇制烯烃催化剂放入网状支撑件内，固定于超重力反应器的转子上。
进行甲醇制烯烃反应的工艺条件如下：
甲醇气体空速：2500h-1，反应温度：370℃，反应压力：0.1MPa
催化剂床层转速：500-1500rpm
超重力强化甲醇制烯烃反应结果：
Figure BSA00000339781000051
对比例1
利用固定床反应器进行甲醇制烯烃反应。使用甲醇纯度为99％。将市售未经任何改性的SAPO-34分子筛作为甲醇制烯烃催化剂放入固定床反应器内。
进行甲醇制烯烃反应的工艺条件如下：
甲醇气体空速：2500h-1，反应温度：370℃，反应压力：0.1MPa
固定床甲醇制烯烃反应结果：
Figure BSA00000339781000061
实施例2
利用超重力反应器进行二甲醚制烯烃反应。将市售未经任何改性的ZSM-5分子筛作为二甲醚制烯烃催化剂放入网状支撑件内，固定于超重力反应器的转子上。
进行二甲醚制烯烃反应的工艺条件如下：
二甲醚空速：2500h-1，反应温度：370℃，反应压力：0.1MPa
催化剂床层转速：500-1500rpm
超重力强化二甲醚制烯烃反应结果：
Figure BSA00000339781000062
实施例3
利用超重力反应器进行合成气一步法制二甲醚反应。将市售甲醇合成催化剂与ZSM-5分子筛物理混合物作为合成气一步法制二甲醚催化剂放入网状支撑件内，固定于超重力反应器的转子上。
进行合成气一步法制二甲醚反应的工艺条件如下：
合成气空速：2500h-1，CO/H2＝1/2反应温度：270℃，反应压力：5MPa，催化剂床层转速：500-1500rpm
超重力强化合成气一步法制二甲醚反应结果：
  CO转化率   二甲醚选择性(％)
  85％   90
本发明的煤基甲醇制二甲醚(MTD)，甲醇制芳烃(MTA)，煤基二甲醚制芳烃(DTA)，以及煤基甲醇二甲醚混合物制烯烃(DMTO)反应方法采用与上述实施例相似的方法，也得到很好的效果。

Claims (8)

1.一种超重力强化煤基化工原料转化的新方法，其特征在于，煤基化工原料转化反应在超重力反应器中进行。
2.根据权利要求1所述的超重力强化煤基化工原料转化反应方法，其特征在于，催化剂固定在超重力反应器的转子上，反应过程中催化剂床层是始终处于旋转状态。
3.根据权利要求1所述的超重力强化煤基化工原料转化反应方法，其特征在于，所述的煤基化工原料包括合成气，甲醇，二甲醚。
4.根据权利要求2所述的超重力强化煤基化工原料转化反应方法，其特征在于所述转化反应为气固两相反应。
5.根据权利要求1所述的超重力强化煤基化工原料转化反应方法，其特征在于所述的转化反应是合成气一步法制二甲醚(STD)、煤基甲醇制二甲醚(MTD)、煤基甲醇制烯烃(MTO)、甲醇制芳烃(MTA)和煤基二甲醚制烯烃(DTO)、煤基二甲醚制芳烃(DTA)以及煤基甲醇二甲醚混合物制烯烃(DMTO)。
6.根据权利要求1所述的煤基化工原料转化反应方法，其特征在于所述的转化反应通过调节超重力反应器的催化剂床层的转速来调节反应产物的分布。
7.根据权利要求2所述的煤基化工原料转化反应方法，其特征在于，所述催化剂床层的转速为200-3000rpm。
8.根据权利要求4所述的煤基化工原料转化反应方法，其特征在于，所述气固反应过程中催化剂床层的温度为250℃-500℃，压力为1-70atm，气体空速为100-100000h-1。
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