CN103121901A - 含氧化合物转化制低碳烯烃的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含氧化合物转化制低碳烯烃的方法，主要解决现有技术中存在的反应区催化剂混合不均匀、低碳烯烃收率较低的问题。本发明通过采用一种含氧化合物转化制低碳烯烃的方法，含氧化合物在流化床反应器内与分子筛催化剂接触，生成的含低碳烯烃的气相产物从反应器顶部流出，生成的待生催化剂进入反应沉降器；反应沉降器内待生催化剂经汽提后进入混合器和反应器；混合器内催化剂混合后分为两部分进入反应器和再生器；进入再生器的催化剂与再生介质接触再生后形成再生催化剂进入再生沉降器，再生催化剂经汽提后分为两部分进入混合器和再生器的技术方案较好地解决了上述问题，可用于含氧化合物转化制低碳烯烃的工业生产中。

Description

含氧化合物转化制低碳烯烃的方法
技术领域
本发明涉及一种含氧化合物转化制低碳烯烃的方法。
背景技术
低碳烯烃，这里定义为乙烯和丙烯，是两种重要的基础化工原料，其需求在不断增加。乙烯、丙烯传统上主要是通过石油路线制得，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能源转化技术，如含氧化合物转化制烯烃(OTO)的工艺，含氧化合物包括甲醇、乙醇、二甲醚、甲乙醚、碳酸二甲酯等。有许多技术可用来生产含氧化合物，原料包括煤、天然气、生物质等。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。
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。
US20060025646专利中涉及一种控制MTO反应器反应区中催化剂积炭量的方法，是将失活的催化剂一部分送入再生区烧炭，另一部分失活催化剂返回到反应区继续反应。
本领域所公知的，SAPO-34催化剂上附着一定量的积炭，有利于保持较高的低碳烯烃选择性，而且MTO工艺的剂醇比很小，生焦率较低，要实现较大的、容易控制的催化剂循环量，就需要在再生区中将催化剂上的积炭量控制在一定水平，进而达到控制反应区内催化剂平均积炭量的目的。因此，MTO技术中如何将反应区内的催化剂平均积炭量控制在某一水平是关键。现有技术中，循环的失活催化剂和再生后的催化剂直接在反应器内混合，势必导致两股不同积炭量的催化剂混合尚未均匀就与含氧化合物原料接触，从而导致反应的低碳烯烃收率偏低。本发明采用一个催化剂混合器将待生催化剂和再生催化剂先进行预混合后再进入反应器，有针对性的解决了这一问题。
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反应区催化剂混合不均匀、低碳烯烃收率较低的问题，提供一种新的含氧化合物转化制低碳烯烃的方法。该方法用于低碳烯烃的生产中，具有反应区催化剂混合均匀、低碳烯烃收率较高的优点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下，一种含氧化合物转化制低碳烯烃的方法，主要包括以下步骤：含氧化合物原料在流化床反应器内与分子筛催化剂接触，生成包含低碳烯烃和待生催化剂的产物物流I；产物物流I经气固分离后，含低碳烯烃的气相产物从反应器顶部流出，待生催化剂进入反应沉降器；反应沉降器内待生催化剂经汽提后至少分为两部分，第一部分经待生斜管进入混合器，第二部分经反应外取热器取热后进入反应器；待生催化剂与再生催化剂在混合器内混合后至少分为两部分，第一部分经反应循环斜管进入反应器，第二部分经再生循环斜管进入再生器；进入再生器的催化剂与再生介质接触再生后形成再生催化剂进入再生沉降器，再生催化剂经汽提后至少分为两部分，第一部经再生斜管进入混合器，第二部分经再生外取热器取热后进入再生器。
上述技术方案中，所述含氧化合物为甲醇或二甲醚中的至少一种；分子筛包括选自SAPO-5、SAPO-11、SAPO-18、SAPO-20、SAPO-34、SAPO-44或SAPO-56中的至少一种。所述含氧化合物为甲醇；分子筛选自SAPO-34。所述反应沉降器内待生催化剂以质量流量比计第一部分∶第二部分＝0.1～1000∶1；混合器内催化剂以质量流量比计第一部分∶第二部分＝0.1～100∶1；再生沉降器内再生催化剂以质量流量比计第一部分∶第二部分＝0.1～1000∶1。所述混合器内流化方式采用鼓泡床或湍流床。采用旋风分离器对产物物流I进行气固分离。
采用本发明的方法，有如下优点：(1)待生催化剂和再生催化剂在混合器均匀混合，从而进入反应器的催化剂积炭分布更加均匀，可以有效提高低碳烯烃的收率；(2)待生催化剂和再生催化剂两股物流的温度不同，温差可达200℃以上，在混合器内先混合再进入反应器，可以使反应器内温度分布更加合理，有效减小由于温差造成碳烯烃收率下降的影响；(3)将混合器的尺寸做大，可以将反应沉降器和再生沉降器内大量催化剂导入混合器，从而大幅缩小两个沉降器的尺寸，减小反应装置和再生装置的高度；(4)混合器有两个催化剂流入调节阀和两个催化剂流出调节阀，反应循环流量和再生循环流量可以灵活调节，其催化剂藏量也有较大的操作。
采用本发明的技术方案：所述含氧化合物为甲醇或二甲醚中的至少一种；分子筛包括选自SAPO-5、SAPO-11、SAPO-18、SAPO-20、SAPO-34、SAPO-44或SAPO-56中的至少一种；所述反应沉降器内待生催化剂以质量流量比计第一部分∶第二部分＝0.1～1000∶1；混合器内催化剂以质量流量比计第一部分∶第二部分＝0.1～100∶1；再生沉降器内再生催化剂以质量流量比计第一部分∶第二部分＝0.1～1000∶1；所述混合器内流化方式采用鼓泡床或湍流床；采用旋风分离器对产物物流I进行气固分离，乙烯+丙烯的碳基收率质量分数最高可达84.1％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为反应器；2为反应沉降器；3为再生器；4为再生沉降器；5为混合器；6为反应外取热器；7为再生外取热器；8为原料管线；9为产品气出口管线；10为再生介质管线；11为烟气出口管线；12为待生斜管；13为反应循环斜管；14为再生斜管；15为再生循环斜管；16为反应外取热斜管；17为再生外取热斜管；18为旋风分离器。
原料管线8来的含氧化合物从流化床反应器1底部进入，与反应循环斜管13、反应外取热斜管16来的催化剂接触，生成包含低碳烯烃的产品气和待生催化剂，产品气和待生催化剂经旋风分离器18快速分离后，产品气从产品气出口管线9去分离系统，待生催化剂进入反应沉降器2；反应沉降器2内待生催化剂经汽提后分为两部分，第一部分经待生斜管12去混合器5，第二部分进入反应外取热器6换热后经反应外取热斜管16进入反应器1；待生斜管12和再生斜管14来的催化剂在混合器5内均匀混合后分为两部分，第一部分经反应循环斜管13进入反应器1，第二部分经再生循环斜管15进入再生器3；经再生介质管线10来的再生介质进入再生器3底部与再生循环斜管15来的催化剂接触再生，形成的再生催化剂和烟气经旋风分离器18快速分离后，再生催化剂进入再生沉降器4，烟气从烟气出口管线11排出；再生沉降器4内的催化剂经汽提后分为两部分，第一部分经再生斜管14进入混合器5，第二部分经进入再生外取热器7换热后经再生外取热斜管17进入再生器3；反应沉降器2、再生沉降器4、混合器5的汽提流化介质均采用水蒸气。
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，反应器、再生器均采用快速流化床，混合器采用鼓泡床。反应温度为450℃，再生温度为650℃，以表压计反应和再生压力均为0.01MPa，原料采用甲醇，再生介质为空气，汽提介质和混合器流化介质均为水蒸气。控制待生催化剂的积炭量约为5.9％(重量百分比)，再生催化剂的积炭量约为0.5％(重量百分比)，催化剂上碳含量的分析采用红外碳硫高速分析仪。将反应沉降器内待生催化剂以质量流量比计控制为第一部分∶第二部分＝20∶1，再生沉降器内再生催化剂脱气后以质量流量比计控制为第一部分∶第二部分＝20∶1，混合器内催化剂以质量流量比计控制为第一部分∶第二部分＝10∶1，使得系统运行稳定、控制方便。催化剂采用经喷雾干燥成型的SAPO-34改性催化剂。反应器出口产物采用在线气相色谱分析，实验结果：乙烯+丙烯的碳基收率质量分数为81.8％。
【实施例2】
在如图1所示的反应装置上，反应器、再生器均采用快速流化床，混合器采用鼓泡床。反应温度为450℃，再生温度为650℃，以表压计反应和再生压力均为0.01MPa，原料采用甲醇，再生介质为空气，汽提介质和混合器流化介质均为水蒸气。控制待生催化剂的积炭量约为5.9％(重量百分比)，再生催化剂的积炭量约为0.5％(重量百分比)，催化剂上碳含量的分析采用红外碳硫高速分析仪。将反应沉降器内待生催化剂以质量流量比计控制为第一部分∶第二部分＝50∶1，再生沉降器内再生催化剂脱气后以质量流量比计控制为第一部分∶第二部分＝40∶1，混合器内催化剂以质量流量比计控制为第一部分∶第二部分＝15∶1，使得系统运行稳定、控制方便。催化剂采用经喷雾干燥成型的SAPO-34改性催化剂。反应器出口产物采用在线气相色谱分析，实验结果：乙烯+丙烯的碳基收率质量分数为83.9％。
【实施例3】
在如图1所示的反应装置上，反应器、再生器均采用快速流化床，混合器采用鼓泡床。反应温度为450℃，再生温度为650℃，以表压计反应和再生压力均为0.01MPa，原料采用甲醇，再生介质为空气，汽提介质和混合器流化介质均为水蒸气。控制待生催化剂的积炭量质量分数约为5.9％，再生催化剂的积炭量质量分数约为0.5％，催化剂上碳含量的分析采用红外碳硫高速分析仪。将反应沉降器内待生催化剂以质量流量比计控制为第一部分∶第二部分＝0.1∶1，再生沉降器内再生催化剂脱气后以质量流量比计控制为第一部分∶第二部分＝0.1∶1，混合器内催化剂以质量流量比计控制为第一部分∶第二部分＝15∶1，使得系统运行稳定、控制方便。催化剂采用经喷雾干燥成型的SAPO-34改性催化剂。反应器出口产物采用在线气相色谱分析，实验结果：乙烯+丙烯的碳基收率质量分数为71.4％。
【实施例4】
在如图1所示的反应装置上，反应器、再生器均采用快速流化床，混合器采用鼓泡床。反应温度为450℃，再生温度为650℃，以表压计反应和再生压力均为0.01MPa，原料采用甲醇，再生介质为空气，汽提介质和混合器流化介质均为水蒸气。控制待生催化剂的积炭量质量分数约为5.9％，再生催化剂的积炭量质量分数约为0.5％，催化剂上碳含量的分析采用红外碳硫高速分析仪。将反应沉降器内待生催化剂以质量流量比计控制为第一部分∶第二部分＝1000∶1，再生沉降器内再生催化剂脱气后以质量流量比计控制为第一部分∶第二部分＝1000∶1，混合器内催化剂以质量流量比计控制为第一部分∶第二部分＝100∶1，使得系统运行稳定、控制方便。催化剂采用经喷雾干燥成型的SAPO-34改性催化剂。反应器出口产物采用在线气相色谱分析，实验结果：乙烯+丙烯的碳基收率质量分数为68.9％。
【实施例5】
在如图1所示的反应装置上，反应器、再生器均采用快速流化床，混合器采用鼓泡床。反应温度为450℃，再生温度为650℃，以表压计反应和再生压力均为0.01MPa，原料采用甲醇，再生介质为空气，汽提介质和混合器流化介质均为水蒸气。控制待生催化剂的积炭量质量分数约为5.9％，再生催化剂的积炭量质量分数约为0.5％，催化剂上碳含量的分析采用红外碳硫高速分析仪。将反应沉降器内待生催化剂以质量流量比计控制为第一部分∶第二部分＝1000∶1，再生沉降器内再生催化剂脱气后以质量流量比计控制为第一部分∶第二部分＝1000∶1，混合器内催化剂以质量流量比计控制为第一部分∶第二部分＝0.1∶1，使得系统运行稳定、控制方便。催化剂采用经喷雾干燥成型的SAPO-34改性催化剂。反应器出口产物采用在线气相色谱分析，实验结果：乙烯+丙烯的碳基收率质量分数为64.4％。
【实施例6】
在如图1所示的反应装置上，反应器、再生器均采用快速流化床，混合器采用鼓泡床。反应温度为450℃，再生温度为650℃，以表压计反应和再生压力均为0.01MPa，原料采用甲醇，再生介质为空气，汽提介质和混合器流化介质均为水蒸气。控制待生催化剂的积炭量质量分数约为5.9％，再生催化剂的积炭量质量分数约为0.5％，催化剂上碳含量的分析采用红外碳硫高速分析仪。将反应沉降器内待生催化剂以质量流量比计控制为第一部分∶第二部分＝100∶1，再生沉降器内再生催化剂脱气后以质量流量比计控制为第一部分∶第二部分＝100∶1，混合器内催化剂以质量流量比计控制为第一部分∶第二部分＝15∶1，使得系统运行稳定、控制方便。催化剂采用经喷雾干燥成型的SAPO-34改性催化剂。反应器出口产物采用在线气相色谱分析，实验结果：乙烯+丙烯的碳基收率质量分数为84.1％。
【实施例7～9】
按照实施例1所述的条件，只是改变分子筛催化剂类型，实验结果见表1。
表1
  实施例   分子筛催化剂   乙烯+丙烯碳基收率，％(质量分数)
  实施例7   SAPO-11   25.0
  实施例8   SAPO-44   34.1
  实施例9   SAPO-56   42.2
【实施例10】
按照实施例1所述的条件，只是改变分子筛催化剂，由SAPO-11和SAPO-56按照1∶1的比例混合而出，实验结果：乙烯+丙烯的碳基收率质量分数为33.9％。
【比较例1】
按照实施例6所述的条件，并对反应装置进行改动，反应沉降器单独循环斜管至反应器，反应沉降器一根待生斜管至再生器；再生沉降器单独循环斜管至再生器，再生沉降器一根再生斜管至反应器；装置其余部分不变。反应器、再生器均采用快速流化床。反应温度为450℃，再生温度为650℃，以表压计反应和再生压力均为0.01MPa，原料采用甲醇，再生介质为空气，汽提介质为水蒸气。控制待生催化剂的积炭量质量分数约为5.9％，再生催化剂的积炭量质量分数约为0.5％，催化剂上碳含量的分析采用红外碳硫高速分析仪。将反应沉降器内待生催化剂以质量流量比计控制为反应循环斜管∶待生斜管∶反应外取热斜管＝94∶6∶1，反应沉降器内待生催化剂以质量流量比计控制为再生循环斜管∶再生斜管∶再生外取热斜管＝30∶70∶1，待生斜管和再生斜管流量相同，使得系统运行稳定、控制方便。催化剂采用经喷雾干燥成型的SAPO-34改性催化剂。反应器出口产物采用在线气相色谱分析，实验结果：乙烯+丙烯的碳基收率质量分数为82.9％。
显然，采用本发明的方法，反应区催化剂混合较均匀，并有效提高了含氧化合物在分子筛催化剂存在下转化制低碳烯烃的收率，具有较大的技术优势，可用于低碳烯烃的工业生产中。

Claims (6)

1.一种含氧化合物转化制低碳烯烃的方法，主要包括以下步骤：
a)含氧化合物原料在流化床反应器内与分子筛催化剂接触，生成包含低碳烯烃和待生催化剂的产物物流I；
b)产物物流I经气固分离后，含低碳烯烃的气相产物从反应器顶部流出，待生催化剂进入反应沉降器；
c)反应沉降器内待生催化剂经汽提后至少分为两部分，第一部分经待生斜管进入混合器，第二部分经反应外取热器取热后进入反应器；
d)待生催化剂与再生催化剂在混合器内混合后至少分为两部分，第一部分经反应循环斜管进入反应器，第二部分经再生循环斜管进入再生器；
e)进入再生器的催化剂与再生介质接触再生后形成再生催化剂进入再生沉降器，再生催化剂经汽提后至少分为两部分，第一部经再生斜管进入混合器，第二部分经再生外取热器取热后进入再生器。
2.根据权利要求1所述一种含氧化合物转化制低碳烯烃的方法，其特征在于所述含氧化合物为甲醇或二甲醚中的至少一种；分子筛包括选自SAPO-5、SAPO-11、SAPO-18、SAPO-20、SAPO-34、SAPO-44或SAPO-56中的至少一种。
3.根据权利要求2所述一种含氧化合物转化制低碳烯烃的方法，其特征在于所述含氧化合物为甲醇；分子筛选自SAPO-34。
4.根据权利要求1所述一种含氧化合物转化制低碳烯烃的方法，其特征在于所述反应沉降器内待生催化剂以质量流量比计第一部分∶第二部分＝0.1～1000∶1；混合器内催化剂以质量流量比计第一部分∶第二部分＝0.1～100∶1；再生沉降器内再生催化剂以质量流量比计第一部分∶第二部分＝0.1～1000∶1。
5.根据权利要求1所述一种含氧化合物转化制低碳烯烃的方法，其特征在于所述混合器内流化方式采用鼓泡床或湍流床。
6.根据权利要求1所述一种含氧化合物转化制低碳烯烃的方法，其特征在于采用旋风分离器对产物物流I进行气固分离。
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