CN102875282A - 甲醇制备低碳烯烃的反应装置 - Google Patents

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。本发明通过采用主要包括反应区2、沉降区9、二密床4、汽提区6、进料分布区18，上部设有气固快速分离设备3，二密床4位于反应区2上部，二密床4上部与沉降区9相连，下部开有催化剂出口分别与汽提区6和反应区2相连，所述进料分布区18内嵌于反应区2内，通过环形隔板19与反应区2隔开，进料分布区18的高度为1/5～4/5反应区高度，环形隔板19与反应区2内壁的间距均等且与反应区2直径的比例为0.05～0.2∶1，环形隔板19轴向方向上开有至少两个原料出口，环形隔板19底部开有至少一个原料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，一类重要的用于低碳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，再加上转化生成低碳烯烃工艺的经济性，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催化剂具有很高的低碳烯烃选择性，而且活性也较高，可使甲醇转化为低碳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中公布了一种甲醇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。经模拟计算，与传统的鼓泡流化床反应器相比，该快速流化床反应器内径及催化剂所需藏量均大大减少。但该方法存在低碳烯烃收率较低的问题。

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。该方法同样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，主要包括反应区2、沉降区9、二密床4、汽提区6、进料分布区18，反应区2底部设有再生催化剂入口，上部设有气固快速分离设备3，二密床4位于反应区2上部，二密床4上部与沉降区9相连，下部开有催化剂出口分别与汽提区6和反应区2相连，沉降区9顶部设有产品气出口，所述进料分布区18内嵌于反应区2内，通过环形隔板19与反应区2隔开，进料分布区18的高度为1/5～4/5反应区高度，环形隔板19与反应区2内壁的间距均等且与反应区2直径的比例为0.05～0.2∶1，环形隔板19轴向方向上开有至少两个原料出口，环形隔板19底部开有至少一个原料出口，进料分布区18与原料进料管线1相连。

上述技术方案中，所述催化剂选自SAPO-34；所述环形隔板19轴向方向上开有至少四个原料出口，优选方案为至少八个原料出口，最优选方案为至少十二个原料出口；环形隔板19底部开有至少四个原料出口；所述二密床4的催化剂经过换热后返回反应区2；所述汽提区6底部开有催化剂出口；所述沉降区9内设有气固旋风分离器8。

本发明中，所述反应区2内反应条件为：反应温度为400～500℃，反应压力以表压计为0.01～0.3MPa，气相线速为1.0～3.0米/秒；所述甲醇经加热至150～300℃后进入进料分布区18。

本发明中所述的二密床是指位于反应区2上部的第二密相流化床，被本领域的技术人员一般简称之为“二密床”。由于第二密相流化床中通常采用水蒸气流化，同时还起到汽提的作用，另外二密床中气体线速较低(0.2～0.6米/秒)，催化剂密度大，一般是大量催化剂聚集的区域。本领域所公知的，“二密床”一般和“快速床”概念出现，快速床作为反应区，而位于快速床上方的二密床作为催化剂沉降和汽提区域。

本发明所述的环形挡板19将进料分布区18和反应区2在高度为1/5～4/5反应区2高度的空间分为两个区域，原料在进入反应区2和催化剂接触前，先进入进料分布区18，将甲醇原料在隔开的多个进料口17送入反应区2内，不但降低了甲醇分压，而且减少了反应区2器壁出的返混，有效提高了低碳烯烃的选择性。另外，在未设置进料分布区18的反应区域内，可以保证甲醇的高转化率，从而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-34；所述环形隔板19轴向方向上开有至少四个原料出口，环形隔板19底部开有至少四个原料出口；所述二密床4的催化剂经过换热后返回反应区2；所述汽提区6底部开有催化剂出口；所述沉降区9内设有气固旋风分离器8，低碳烯烃碳基收率达到82.79％(重量)，比现有技术的低碳烯烃碳基收率高出可达到2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2为图1中的A-B剖视图。

图1中，1为甲醇进料管线；2为反应区；3为气固快速分离设备；4为二密床；5为催化剂循环管；6为汽提区；7为换热器；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为汽提区流化介质进料；13为再生斜管；14为汽提物质返回反应器管线；15为待生斜管；16为二密床流化介质进料；17为原料出口；18为进料分布区；19为环形隔板。

甲醇从进料管线1进入进料分布区18，从环形隔板19上的多个原料出口17进入反应区2中，与催化剂接触，生成包括低碳烯烃的产品，进入气固快速分离设备3中，分离出的气相产品经过旋风分离器8再次分离后经管线11进入分离工段，旋风分离器分出的待生催化剂，一部分经过待生斜管15去再生器再生，一部分经过催化剂循环管5返回反应区2。

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】

在如图1所示的反应装置上，催化剂采用SAPO-34，纯甲醇进料，甲醇经加热至152℃后进入进料分布区，进料分布区内嵌于反应区内，通过环形隔板与反应区隔开，进料分布区的高度为3/5反应区高度，环形隔板与反应区内壁的间距均等且与反应区直径的比例为0.1∶1，环形隔板轴向方向上开有四个原料出口，环形隔板底部开有四个原料出口，反应区反应条件为：反应温度为470℃，反应压力以表压计为0.1MPa，气相线速为1.25米/秒，反应产品采用气相色谱分析，反应器出口的低碳烯烃碳基收率为81.18％(重量)。

【实施例2】

按照实施例1所述的条件和步骤，甲醇经加热至300℃后进入进料分布区，进料分布区内嵌于反应区内，通过环形隔板与反应区隔开，进料分布区的高度为4/5反应区高度，环形隔板与反应区内壁的间距均等且与反应区直径的比例为0.2∶1，环形隔板轴向方向上开有四个原料出口，环形隔板底部开有一个原料出口，反应区反应条件为：反应温度为500℃，反应压力以表压计为0.1MPa，气相线速为1.5米/秒，反应产品采用气相色谱分析，反应器出口的低碳烯烃碳基收率为81.77％(重量)。

【实施例3】

按照实施例1所述的条件和步骤，甲醇经加热至184℃后进入进料分布区，进料分布区内嵌于反应区内，通过环形隔板与反应区隔开，进料分布区的高度为1/5反应区高度，环形隔板与反应区内壁的间距均等且与反应区直径的比例为0.01∶1，环形隔板轴向方向上开有两个原料出口，环形隔板底部开有两个原料出口，反应区反应条件为：反应温度为482℃，反应压力以表压计为0.1MPa，气相线速为1.43米/秒，反应产品采用气相色谱分析，反应器出口的低碳烯烃碳基收率为80.89％(重量)。

【实施例4】

按照实施例1所述的条件和步骤，甲醇经加热至180℃后进入进料分布区，进料分布区内嵌于反应区内，通过环形隔板与反应区隔开，进料分布区的高度为4/5反应区高度，环形隔板与反应区内壁的间距均等且与反应区直径的比例为0.1∶1，环形隔板轴向方向上开有八个原料出口，环形隔板底部开有四个原料出口，反应区反应条件为：反应温度为467℃，反应压力以表压计为0.1MPa，气相线速为1.26米/秒，反应产品采用气相色谱分析，反应器出口的低碳烯烃碳基收率为82.28％(重量)。

【实施例5】

按照实施例4所述的条件和步骤，只是改变环形隔板轴向方向上开有十二个原料出口，反应器出口的低碳烯烃碳基收率为82.79％(重量)。

【实施例6】

按照实施例5所述的条件和步骤，只是改变反应温度为500℃，反应压力以表压计为0.01MPa，气相线速为3.0米/秒，反应产品采用气相色谱分析，反应器出口的低碳烯烃碳基收率为80.23％(重量)。

【实施例7】

按照实施例5所述的条件和步骤，只是改变反应温度为400℃，反应压力以表压计为0.3MPa，气相线速为1.0米/秒，反应产品采用气相色谱分析，反应器出口的低碳烯烃碳基收率为78.68％(重量)。

【比较例1】

按照实施例4所述的条件和步骤，只是不设置进料分布区，甲醇原料经加热至180℃后通过分布板从反应区底部直接进入反应区，反应器出口的低碳烯烃碳基收率为80.74％(重量)。

显然，采用本发明的反应装置，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)

1.一种甲醇制备低碳烯烃的反应装置，主要包括反应区(2)、沉降区(9)、二密床(4)、汽提区(6)、进料分布区(18)，反应区(2)底部设有再生催化剂入口，上部设有气固快速分离设备(3)，二密床(4)位于反应区(2)上部，二密床(4)上部与沉降区(9)相连，下部开有催化剂出口分别与汽提区(6)和反应区(2)相连，沉降区(9)顶部设有产品气出口，所述进料分布区(18)内嵌于反应区(2)内，通过环形隔板(19)与反应区(2)隔开，进料分布区(18)的高度为1/5～4/5反应区高度，环形隔板(19)与反应区(2)内壁的间距均等且与反应区(2)直径的比例为0.05～0.2∶1，环形隔板(19)轴向方向上开有至少两个原料出口，环形隔板(19)底部开有至少一个原料出口，进料分布区(18)与原料进料管线(1)相连。

2.根据权利要求1所述甲醇制备低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述催化剂选自SAPO-34。

3.根据权利要求1所述甲醇制备低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述环形隔板(19)轴向方向上开有至少四个原料出口，环形隔板(19)底部开有至少四个原料出口。

4.根据权利要求3所述甲醇制备低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述环形隔板(19)轴向方向上开有至少八个原料出口。

5.根据权利要求4所述甲醇制备低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述环形隔板(19)轴向方向上开有至少十二个原料出口。

6.根据权利要求1所述甲醇制备低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述二密床(4)的催化剂经过换热后返回反应区(2)。

7.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(6)底部开有催化剂出口。

8.根据权利要求1所述甲醇制备低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述沉降区(9)内设有气固旋风分离器(8)。