CN102464535A - 甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的方法 - Google Patents

甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的方法，主要解决现有技术中低碳烯烃收率较低的问题。本发明通过采用包括以下步骤：(a)提供带有挡板的反应区域，挡板底部与反应区域底部相连，挡板高度为反应区域高度的1/4～3/4，该挡板将反应区域分为第一反应区、第二反应区和第三反应区；(b)含有甲醇或二甲醚至少一种的原料分别进入第一反应区、第二反应区，与催化剂接触，生成气相物流和催化剂一起进入第三反应区，生成产品，同时形成待生催化剂；(c)所述待生催化剂至少分为三部分，一部分返回第一反应区，一部分返回第二反应区，一部分去再生器再生；(d)再生完成的再生催化剂返回第一反应区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

甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的方法
技术领域
本发明涉及一种甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的方法。
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。但是，经计算，该方法中的低碳烯烃收率最高才达到80％，存在低碳烯烃收率较低的问题。
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。但是，经计算，该方法中的低碳烯烃收率最高才达到80％，存在低碳烯烃收率较低的问题。
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，提供一种新的甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的方法。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：一种甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供一个带有挡板的生产低碳烯烃的反应区域，所述挡板底部与反应区域底部相连，挡板高度为所述反应区域高度的1/4～3/4，该挡板将所述反应区域分为三部分，分别为第一反应区、第二反应区和第三反应区；(b)含有甲醇或二甲醚至少一种的原料分别进入第一反应区、第二反应区，与催化剂接触，生成的气相物流和催化剂一起进入第三反应区，生成包括低碳烯烃的产品，同时形成待生催化剂；(c)所述待生催化剂至少分为三部分，一部分返回至第一反应区，一部分返回至第二反应区，一部分去再生器再生；(d)再生完成的再生催化剂返回至第一反应区。
上述技术方案中，所述催化剂选自SAPO-18、SAPO-34中的至少一种，优选方案为SAPO-34；所述挡板垂直安装，挡板为弧形或直板形，第一反应区与第二反应区的体积比为0.4～0.8∶1；所述进入第一反应区与进入第二反应区的原料质量流量之比为0.3～1.0∶1；所述待生催化剂分为三部分，15～30％返回至第一反应区，35～55％返回至第二反应区，15～50％去再生器再生；所述第一反应区条件为：反应温度为425～500℃，气相线速为1.0～3.0米/秒；第二反应区条件为：反应温度为400～475℃，气相线速为1.0～3.0米/秒；第三反应区催化剂平均积碳量质量分数为2.5～5.0％；所述再生催化剂平均积碳量质量分数为0.01～1.5％。
本发明所述的平均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。
采用本发明所述的方法，采用挡板把一个反应区域分为三部分，其中第一反应区为待生催化剂和再生催化剂的预混合区，除了实现催化剂的良好混合外，同时进行原料转化反应，该反应区催化剂活性较高、反应温度较高，可以在较高的原料转化率下进行低碳烯烃生产；第二反应区的催化剂完全来自待生催化剂，由于待生催化剂具有较高的积碳量，可以保证原料在较高的选择性下生成低碳烯烃；第三反应区位于第一、第二反应区上部，用以转化为反应的原料，从而最终获得低碳烯烃产品。另外，由于工业甲醇或二甲醚生产低碳烯烃反应器直径较大，采用本发明所述的方法，设置一个挡板，将反应区域隔成两个较小的区域，在一定程度上减轻了气固返混，有效提高了低碳烯烃选择性。因此，本发明所述方法可以达到提高低碳烯烃收率的目的。
采用本发明的技术方案：所述催化剂选自SAPO-18、SAPO-34中的至少一种；所述挡板垂直安装，挡板为弧形或直板形，第一反应区与第二反应区的体积比为0.4～0.8∶1；所述进入第一反应区与进入第二反应区的原料质量流量之比为0.3～1.0∶1；所述待生催化剂分为三部分，15～30％返回至第一反应区，35～55％返回至第二反应区，15～50％去再生器再生；所述第一反应区条件为：反应温度为425～500℃，气相线速为1.0～3.0米/秒；第二反应区条件为：反应温度为400～475℃，气相线速为1.0～3.0米/秒；第三反应区催化剂平均积碳量质量分数为2.5～5.0％；所述再生催化剂平均积碳量质量分数为0.01～1.5％，低碳烯烃碳基收率达到83.59％重量，比现有技术的低碳烯烃碳基收率高出可达到3个百分点，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为第一反应区进料；2为第二反应区进料；3为第一反应区进料分布板；4为第二反应区进料分布板；5为挡板；6为第一反应区；7为第二反应区；8为气固旋风分离器；9为沉降区；10为集气室；11为产品气出口管线；12为待生斜管；13为待生催化剂循环斜管；14为待生催化剂循环斜管；15为汽提区；16为第三反应区；17为再生斜管；18为气固快速分离设备。
含有甲醇或二甲醚至少一种的原料分别进入第一反应区6和第二反应区7，与催化剂接触，第一反应区6和第二反应区7中生辰的产品物流进入第三反应区16中，最终获得包括低碳烯烃的产品，经过气固分离后经管线11进入分离工段，形成的待生催化剂分为三部分，一部分经循环斜管13返回至第一反应区6，一部分经循环斜管14返回至第二反应区7，一部分经待生斜管12去再生器再生，再生完成的再生催化剂经再生斜管17返回至第一反应区6。
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所示的反应装置中，催化剂类型见表1，常压，进料为甲醇，分别进入第一反应区和第二反应区，挡板垂直安装，挡板为弧形，挡板底部与反应区域底部相连，挡板高度为反应区域高度的1/2，第一反应区与第二反应区的体积比为0.6∶1，进入第一反应区与进入第二反应区的甲醇质量流量之比为0.5∶1，待生催化剂分为三部分，15％返回至第一反应区，55％返回至第二反应区，30％去再生器再生，第一反应区条件为：反应温度为459℃，气相线速为1.36米/秒，第二反应区条件为反应温度为435℃，气相线速为1.5米/秒，第三反应区催化剂平均积碳量质量分数为3.7％，再生催化剂平均积碳量质量分数为0.01％，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   80.57
  实施例2   SAPO-34   82.68
【实施例3】
按照实施例2所述的条件和步骤，挡板为直板形，挡板底部与反应区域底部相连，挡板高度为反应区域高度的1/4，第一反应区与第二反应区的体积比为0.4∶1，进入第一反应区与进入第二反应区的甲醇质量流量之比为0.3∶1，待生催化剂分为三部分，30％返回至第一反应区，35％返回至第二反应区，35％去再生器再生，第一反应区条件为：反应温度为425℃，气相线速为1.96米/秒，第二反应区条件为反应温度为402℃，气相线速为1.02米/秒，第三反应区催化剂平均积碳量质量分数为2.5％，再生催化剂平均积碳量质量分数为0.34％，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率为79.47％重量。
【实施例4】
按照实施例2所述的条件和步骤，原料采用二甲醚，挡板为直板形，挡板底部与反应区域底部相连，挡板高度为反应区域高度的3/4，第一反应区与第二反应区的体积比为0.8∶1，进入第一反应区与进入第二反应区的二甲醚质量流量之比为1.0∶1，待生催化剂分为三部分，30％返回至第一反应区，55％返回至第二反应区，15％去再生器再生，第一反应区条件为：反应温度为450℃，气相线速为1.0米/秒，第二反应区条件为反应温度为475℃，气相线速为2.97米/秒，第三反应区催化剂平均积碳量质量分数为5.0％，再生催化剂平均积碳量质量分数为0.024％，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率为83.12％重量。
【实施例5】
按照实施例2所述的条件和步骤，挡板高度为反应区域高度的3/4，第一反应区与第二反应区的体积比为0.4∶1，进入第一反应区与进入第二反应区的甲醇质量流量之比为0.6∶1，待生催化剂分为三部分，15％返回至第一反应区，35％返回至第二反应区，50％去再生器再生，第一反应区条件为：反应温度为500℃，气相线速为3.0米/秒，第二反应区条件为：反应温度为480℃，气相线速为1.86米/秒，第三反应区催化剂平均积碳量质量分数为3.25％，再生催化剂平均积碳量质量分数为1.5％，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率为83.59％重量。
【比较例1】
按照实施例5所述的条件，反应区域不设置挡板，甲醇原料经分布板进入反应区域，待生催化剂和再生催化剂均返回至反应区域的下部，再生催化剂直接进入流化床反应器反应区下部，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率为80.54％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 (8)

1.一种甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供一个带有挡板的生产低碳烯烃的反应区域，所述挡板底部与反应区域底部相连，挡板高度为所述反应区域高度的1/4～3/4，该挡板将所述反应区域分为三部分，分别为第一反应区、第二反应区和第三反应区；
(b)含有甲醇或二甲醚至少一种的原料分别进入第一反应区、第二反应区，与催化剂接触，生成的气相物流和催化剂一起进入第三反应区，生成包括低碳烯烃的产品，同时形成待生催化剂；
(c)所述待生催化剂至少分为三部分，一部分返回至第一反应区，一部分返回至第二反应区，一部分去再生器再生；
(d)再生完成的再生催化剂返回至第一反应区。
2.根据权利要求1所述甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的方法，其特征在于所述催化剂选自SAPO-18、SAPO-34中的至少一种。
3.根据权利要求2所述甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的方法，其特征在于所述催化剂选自SAPO-34。
4.根据权利要求1所述甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的方法，其特征在于所述挡板垂直安装，挡板为弧形或直板形，第一反应区与第二反应区的体积比为0.4～0.8∶1。
5.根据权利要求1所述甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的方法，其特征在于所述进入第一反应区与进入第二反应区的原料质量流量之比为0.3～1.0∶1。
6.根据权利要求1所述甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的方法，其特征在于所述待生催化剂分为三部分，15～30％返回至第一反应区，35～55％返回至第二反应区，15～50％去再生器再生。
7.根据权利要求1所述甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的方法，其特征在于所述第一反应区条件为：反应温度为425～500℃，气相线速为1.0～3.0米/秒；第二反应区条件为：反应温度为400～475℃，气相线速为1.0～3.0米/秒；第三反应区催化剂平均积碳量质量分数为2.5～5.0％。
8.根据权利要求1所述甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的方法，其特征在于所述再生催化剂平均积碳量质量分数为0.01～1.5％。
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