CN103539598B - 一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法 - Google Patents

一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法，克服现有技术低碳烯烃产率低的缺陷，含氧化合物进入主反应器与来自再生器的再生催化剂接触反应，主反应器的反应气送到分离系统进行分离，C4～C8烃进入辅助反应器与来自再生器的再生催化剂接触反应，反应气进入分离系统进行分离，积碳催化剂进入再生器再生，再生催化剂循环使用。

Description

一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法
技术领域：
本发明涉及从一种或者几种非烃化合物制备烃技术领域，特别涉及一种以含氧化合物生成低碳烯烃的方法。
背景技术：
以乙烯、丙烯、丁二烯为主的轻质烯烃和以苯、甲苯、二甲苯为主的轻质芳烃是石油化工的基本原料。目前乙烯生产主要依靠轻石脑油原料的管式炉水蒸气裂解工艺。由于原油资源的短缺和价格的日益提高，石脑油资源已经越来越显得不足，低碳烯烃的生产成本越来越高。国内外正积极开发原料来源更丰富的乙烯生产路线，有机含氧化合物原料经金属改性的SAPO类型小孔磷硅酸铝氧化物分子筛的催化作用，可生成以乙烯、丙烯为主的反应产物，正受到国内外的广泛的重视。
以甲醇或二甲醚为代表的含氧有机化合物是典型的含氧有机化合物，主要由煤基或天然气基的合成气生产。用以甲醇为代表的含氧有机化合物为原料生产以乙烯和丙烯为主的低碳烯烃工艺目前主要有美国UOP/Hyro公司的MTO技术、德国Lurgi公司的MTP技术和中国科学院大连化物所的甲醇制烯烃DMTO技术。
以甲醇为代表含氧化合物制取低碳烯烃工艺简称MTO的反应特点是快速反应、强放热、且剂醇比较低，在连续的反应-再生的密相流化床反应器中进行反应和再生。反应生成的富含乙烯和丙烯等低碳烯烃的高温油气，需要进行急冷和水洗，除去其中催化剂和降温后，送往下部烯烃分离系统进行分离。MTO工艺装置的目的产品是乙烯和丙烯，副产品液化气、C5 +以上组分和燃料气，其中C4 +的碳基收率为10％左右。如何将这部分低值产品转化为高附加值的乙烯和丙烯，一直是摆在广大科研和工程设计人员面前的课题。
近年来，MTO已成为业内人士研究的热点和重点。人们从加工流程、催化剂、工艺条件以及设备结构等方面进行了广泛的研究和探索，取得令人满意的成果，但有关如何将MTO工艺产物中的副产品C4 +转化为高附加值的乙烯和丙烯文献报道不多。
US20040102667涉及OTO工艺提高乙烯和丙烯产率的技术。采用硅铝磷酸盐催化剂。产物经分离得到的C4～C7中质烯烃馏分在一个单独的烯烃裂化反应器中进行裂化。主要步骤是：(1)将富含烯烃的进料C2～C8送入一级分离装置，分出C2～C3轻烯烃和C4 +重烯烃馏分；(2)将重烯烃馏分送入二级分离区，分出第二轻烯烃馏分、C4～C7中质烯烃馏分和C7 +重烯烃馏分；(3)将中质烯烃馏分送入烯烃裂化反应器，使至少一部分原料裂化为C2～C3烯烃；(4)裂化形成的C2～C3烯烃有一部分回到二级分离区。另一部分被抽出；(5)二级分离区分出的第二轻烯烃馏分有一部分返回到一级分离区。
US5914433专利涉及OTO生产聚合级烯烃的工艺。其特点是对产物中的混合丁烯和重组分进行裂化，从而提高乙烯和丙烯的产量。裂化反应在提升管裂化区或单独的裂化区进行，给工艺提供了灵活性。该工艺克服了硅铝磷酸盐催化剂的平衡限制，也提高了催化剂的寿命，提高了催化剂在转化区的稳定性。
主要的工艺步骤是：(1)含氧化合物(C1～C4的一种醇或一种醚)原料用稀释剂稀释，采用硅铝磷酸盐催化剂(SAPO-34、SAPO-17或其混合物)和流化床反应器，在反应条件下得到轻烯烃产品物流；(2)将轻烯烃物流分离后得到乙烯、丙烯和混合丁烯重组分；(3)取出至少一部分待生催化剂去进行再生；(4)再生后的催化剂一部分返回到流化床反应区，另一部分与一定量的混合丁烯及重组分混合，进入裂化反应器得到第二产品物流，生成额外的乙烯和丙烯；(5)将部分第二产品物流返回到流化床反应区。
美国UOP公司的专利CN1803738披露了使用移动技术和独立的重烯烃互变步骤将含氧化合物转化为丙烯。该专利要点是设两个反应区，第一个移动床反应区使用具有SAPO和ZSM功能的双功能催化剂，油气产物主要是丙烯，同时有少量乙烯、丁烯和C4 +烯烃、C1～C4饱和烃、少量芳香烃以及水。反应油气急冷分离后分为富含丙烯的蒸汽、包含未反应的甲醇和新生成含氧化合物的水相、烯烃、饱和烃、芳烃的液态烃三部分。回收部分反应生成水作为反应原料的吸收剂。第二反应区也是移动床，使用的是组合比例不同的ZSM、SAPO双功能催化剂，反应温度比第一反应区高15℃以上，目的是将C4 +烯烃转化为丙烯为主的产物，估计类似于已经公开的Atofina公司OCPC4 +烯烃转化工艺催化剂。第一反应器生成的含有乙烯、丁烯和C4 +烯烃、C1～C4饱和烃、少量芳香烃的气相产物进一步分离，其中C4 +烯烃去第二反应器进一步烯烃转化。
美国ExxonMobil公司的专利CN1419527披露了一种含氧化合物转化反应中C4及C4 +物流至轻产品的转化的控制方法，在反应器系统的第一反应区内是含氧化合物进料与磷酸铝催化剂接触，产生第一烯烃产物流，该第一烯烃产物流包含轻烯烃和C4 +烯烃，将第一烯烃产物流和至少部分来自第一反应区内的催化剂引入第二反应区，第二反应区内的至少部分催化剂引入再生器，所有催化剂在再生器内再生，第二反应区内使第一烯烃产物流与至少部分催化剂接触，C4 +烯烃转化成轻烯烃。
BASF公司的专利US4433188披露了一种甲醇/二甲醚制烯烃技术，该发明采用硅酸硼催化剂，包括两段反应及两段分离。原料甲醇/二甲醚在第一段反应区中与催化剂接触发生催化裂解反应，产物经第一分离系统分出C2～C4的烯烃及C1～C4的烷烃，C5 +组分进入第二反应区与催化剂接触发生裂解反应，产物经第二分离系统脱除芳烃组分，然后返回第一分离系统。该专利的主要特点是循环C5 +组分与原料在不同的反应区域及条件下发生反应。
清华大学的专利CN1962573A披露了流化床催化裂解生产丙烯的方法及反应器，该发明属于醇、醚裂解制丙烯技术领域，其特征在于，把低碳烯烃制备工艺的产物中的C2以及C2以下组分，C4以及C4以上组分与目的产物丙烯分离后，循环返回到流化床催化裂解反应装置中烯烃转反应区进行烯烃转化，通过控制操作条件，高选择性生产丙烯。C2 -、C4 +两股物流在返回烯烃转化反应区之前有少量驰放，以避免惰性组分积累。相应地，提出了可用作主反应区或烯烃转化反应区的多层流化床反应器结构。该发明具有丙烯总收高、选择性强的优点。
综上所述，现有技术中虽然涉及了一些含氧化合物转化反应中C4及C4 +回炼方法，但是还存在使用不同的催化剂系统，需要建设独立的投资比较高的C4 +裂化装置，烯烃裂解系统热量不平衡，需要专门为C4 +裂解装置提供所需的热量，裂解条件受到限制，转化率较低；只关注未转化原料及产物中C5 +组分，通常不涉及丁烯的回炼问题；还有部分以丙烯为目的产品的技术通过副产物循环提高丙烯总收率，但是多数采用将副产物循环回原反应器的简单形式。
发明内容：
本发明的目的就在于提供一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法，克服现有技术低碳烯烃产率低、流程复杂、投资高的缺陷。
本发明提供一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法，其特征在于：
1)含氧化合物进入主反应器与来自再生器的再生催化剂接触反应，主反应器的反应气送到分离系统进行分离，积碳催化剂进入再生器进行再生，再生催化剂循环使用；
2)C4～C8烃进入辅助反应器与来自再生器的再生催化剂接触反应，反应气进入分离系统进行分离，积碳催化剂进入再生器再生，再生催化剂循环使用。
所述的C4～C8烃一部分进入提升管反应器与来自再生器的再生催化剂接触反应，催化剂和油气混合物进入辅助反应器。
所述的C4～C8烃一部分进入提升管反应器与来自再生器的再生催化剂接触反应，催化剂和油气混合物进入主反应器。
所述的主反应器的反应条件为：温度350～650℃，优选400～550℃；压力0.1～0.5MPa，优选0.1～0.3MPa；催化剂与含氧化合物的重量比0.01～10，优选0.05～5，再生器的温度550～750℃，优选600～700℃。
所述的C4～C8烃进入提升管反应器和辅助反应器底部。
提升管反应器的反应条件为：温度400～700℃，优选400～550℃；压力0.1～0.5MPa，优选0.1～0.3MPa；催化剂与C4～C8烃重量比0.01～30，优选5～20。
所述的辅助反应器的反应温度500～650℃，优选550～600℃；反应压力0.1～0.5MPa，优选0.1～0.3MPa；催化剂与C4～C8烃重量比0.5～25，优选5～15。
所述的含氧化合物为至少甲醇、乙醇、二甲醚和C4～C10醇化合物中一种。
所述反应器反应油气和辅助反应器反应油气分别进入各自分离系统。
所述反应器反应油气和辅助反应器反应油气进入同一分离系统。
所述C4～C8烃至少为MTO装置、甲醇制丙烯装置、甲醇制芳烃装置、焦化装置、催化裂化装置产生的C4～C8烃、凝析油之中一种。
所述主反应器、辅助反应器、再生器的催化剂处于为流化、鼓泡、快速流化之中的一种状态，优选湍流状态。
本发明提供一种含氧化合物制取低碳烯烃的装置，由主反应器5、辅助反应器11和再生器21组成，其特征在于：主反应器5与再生器21之间通过第二待生催化剂输送管23和第二再生催化剂输送管28连通，辅助反应器11与再生器21之间通过第一待生催化剂输送管16和第一再生催化剂输送管18连通。
所述一种含氧化合物制取低碳烯烃的装置，特征在于：还设置有提升管反应器15，提升管反应器15通过第一再生催化剂输送管18与辅助反应器11和再生器21连通。
所述一种含氧化合物制取低碳烯烃的装置，特征在于：还设置有提升管反应器15，提升管反应器15通过第一再生催化剂输送管18与主反应器5和再生器21连通。
所述主反应器5和辅助反应器11设有出口，出口与分离系统连通。
所述的辅助反应器11底部设有辅助反应器待生催化剂汽提段13。
所述的辅助反应器待生催化剂汽提段13顶部与辅助反应器11底部连通，底部通过第一待生催化剂输送管16与再生器21连通。
所述的主反应器5和再生器21底部分别设有第一待生催化剂汽提段2和再生催化剂汽提段17，第一待生催化剂汽提段2顶部与主反应器5底部连通，底部通过第二待生催化剂输送管23与再生器21连通，再生催化剂汽提段17顶部与再生器21连通，底部分别通过第二再生催化剂输送管28和第一再生催化剂输送管18连通与反应器5和辅助反应器11连通。
所述的主反应器5、辅助反应器11和再生器21内部设有第二旋风分离器6和第一旋风分离器20。
所述的辅助反应器11和提升管反应器15设有C4～C8烃入口。
所述的主反应器5设有取热器4，特别是内取热器4。
所述主反应器5、辅助反应器11、再生器21为流化床、鼓泡床、快速流化床之中的一种，优选湍流床。
所述的再生器21设有取热器22，特别是外取热器22。
本发明所提供的方法和现有技术相比具有以下几个方面的优越性：
与现有技术相比，本发明一种含氧化合物制烯烃方法具有以下几个优点：
(1)本发明中所述的含氧化合物裂解反应是放热反应，反应温度较低，剂/料比较小，而C4～C8烃转化是吸热反应，反应温度较高，剂/料比较大，催化剂循环方式为并联操作，确保含氧化合物和C4～C8烃分别在优化的操作条件下进行反应；
(2)本装置生产的C4～C8烃可以进行回炼，也可以不回炼，装置操作领会；
(3)由于采用辅助反应器，乙烯+丙烯收率提高4～6个百分点；
(4)含氧化合物和C4～C8烃反应所用的催化剂为一种催化剂，共用一个再生器，降低了再生器高度节省投资。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。但并不限制本发明的范围。
附图说明
图1本发明一种含氧化合物制取低碳烯烃的装置图。
图2是本发明另一种含氧化合物制取低碳烯烃的装置图。
其中：
1.待生滑阀，2.第一待生催化剂汽提段，3.含氧化合物，4.取热器，5.主反应器，6.第二旋风分离器，7.主反应器反应油气，9.辅助反应器反应油气，10.辅助反应器旋风分离器，11.辅助反应器，12.C4～C8烃，13.第二待生催化剂汽提段，14.第一待生催化剂输送管，15.提升管反应器，16.待生催化剂输送管，17.再生催化剂汽提段，18.第一再生催化剂输送管，19.再生烟气，20.第一旋风分离器，21.再生器，22.外取热器，23.第二待生催化剂输送管，24.第一待生滑阀，25.第二待生滑阀，26.第一再生滑阀1，27.第二再生滑阀，28.第二待生催化剂输送管。
具体实施方式
如图1所示，一种含氧化合物制取低碳烯烃的装置图，包括主反应器5、辅助反应器11和一个再生器21，提升管反应器15组成，主反应器5与再生器21之间通过第二待生催化剂输送管23和第二再生催化剂输送管28连通，辅助反应器11与再生器21之间通过第一待生催化剂输送管16和第一再生催化剂输送管18连通，提升管反应器15通过第一再生催化剂输送管18与辅助反应器11和再生器21连通。
含氧化合物3进入主反应器5下部，与来自再生器21的高温再生催化剂接触，发生强放热反应，反应生成物经主反应器旋风分离器6进行催化剂分离，分离催化剂后的富含乙烯和丙烯等低碳烯烃的反应气7由主反应器5顶部引出，送到后部急冷水洗系统，通过急冷、水洗进一步降低反应气的温度，同时洗涤反应气中携带的催化剂细粉，通过水洗将反应气中的大部分水进行分离，然后送至后部的烯烃分离单元。在烯烃分离单元中，将反应气进行分离，得到的目的产品乙烯和丙烯出装置，C4～C8烃作为辅助反应器和提升管反应器进料。
分离后的积碳的待生催化剂进入第一待生催化剂汽提段2汽提，除去待生催化剂携带的反应气，汽提后的待生催化剂经待生滑阀1和第二待生催化剂输送管23，在氮气的输送下进入再生器21，在再生器21内烧焦再生。再生后的催化剂进再生器汽提段17汽提，汽提后的再生催化剂经再生滑阀27、再生输送管28，进到主反应器5循环使用。
C4～C8烃12经换热后进入辅助反应器11底部，在辅助反应器11内与来自再生器21的高温再生催化剂直接接触，在催化剂表面迅速进行吸热反应；或分两路，一路进入辅助反应器11底部，另一路进入提升管反应器15底部与来自再生器21的高温再生催化剂接触反应，提升管反应器15的反应流出物进入辅助反应器11；辅助反应器11的反应气9经辅助反应器旋风分离器10除去所夹带的催化剂后引出，与来自主反应器5顶部的反应气7混合或分别送到后烯烃分离系统进行分离，得到乙烯和丙烯等目的产品。
辅助反应器11中反应后积碳的待生催化剂进入第二待生汽提段13汽提，除去待生催化剂携带的反应气，汽提后的待生催化剂经待生滑阀25和待生催化剂输送管16，在氮气的输送下进入再生器21，在再生器21内与主风接触烧焦再生；或者一部分进入再生器21，另一部分进入提升管反应器与C4～C8烃12接触反应，反应流出物进入辅助反应器11。再生器21的再生烟气，经旋风分离器20除去携带的催化剂后，经双动滑阀、降压孔板后送至余热回收系统回收热量后，由烟囱排放大气。
如图2所示，如图2所示为本发明的另一种含氧化合物制取低碳烯烃的装置图。与图1相同，只是在辅助反应器11和主反应器5之间设置有第一待生催化剂输送管14，通过第一待生催化剂输送管14将辅助反应器11和主反应器5连通。含氧化合物3以气相形式进入主反应器5下部，与来自再生器21的高温再生催化剂接触，发生强放热反应，反应生成物经主反应器旋风分离器6进行催化剂分离，分离催化剂后的富含乙烯和丙烯等低碳烯烃的反应气7由主反应器5顶部引出，送到后部急冷水洗系统，通过急冷、水洗进一步降低反应气的温度，同时洗涤反应气中携带的催化剂细粉，通过水洗将反应气中的大部分水进行分离，然后送至后部的烯烃分离单元。在烯烃分离单元中，将反应气进行分离，得到的目的产品乙烯和丙烯出装置，C4～C8烃作为辅助反应器和提升管反应器进料。
分离后的积碳的待生催化剂进入第一待生催化剂汽提段2汽提，除去待生催化剂携带的反应气，汽提后的待生催化剂经待生滑阀1和待生催化剂输送管23，在氮气的输送下进入再生器21，在再生器21内烧焦再生。再生后的催化剂进再生器汽提段17汽提，汽提后的再生催化剂经再生滑阀27、再生输送管28，进到主反应器5循环使用。
再生器21的再生烟气19，经旋风分离器20除去携带的催化剂后，经双动滑阀、降压孔板后送至余热回收系统回收热量后，由烟囱排放大气。
C4～C8烃12经换热进入辅助反应器11底部，在辅助反应器11内与来自再生器21的高温再生催化剂直接接触，在催化剂表面迅速进行吸热反应；或分两路，一路进入辅助反应器11底部，另一路进入辅助提升管反应器15底部与来自再生器21的高温再生催化剂接触反应，辅助提升管反应器15的反应流出物进入辅助反应器11；辅助反应器11的反应气9经辅助反应器旋风分离器10除去所夹带的催化剂后引出，与来自主反应器5顶部的反应气7混合或分别送到后烯烃分离系统进行分离，得到乙烯和丙烯等目的产品。
辅助反应器11中反应后积碳的待生催化剂进入第二待生汽提段13汽提，除去待生催化剂携带的反应气，汽提后的待生催化剂部分经待生滑阀25和待生催化剂输送管16，在氮气的输送下进入再生器21，在再生器21内与主风接触烧焦再生循环使用，另一部分经待生滑阀24和待生催化剂输送管14，在蒸汽的输送下送至主反应器5。

Claims (14)

1.一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法，其特征在于：
1)含氧化合物进入主反应器与来自再生器的再生催化剂接触反应，主反应器的反应气送到分离系统进行分离，积碳催化剂进入再生器进行再生，再生催化剂循环使用；
2)C4～C8烃一部分进入提升管反应器与来自再生器的再生催化剂接触反应，催化剂和油气混合物进入辅助反应器C4～C8烃另一部分进入辅助反应器与来自再生器的再生催化剂接触反应，反应气进入分离系统进行分离，积碳催化剂进入再生器再生，再生催化剂循环使用。
2.依照权利要求1所述的一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法，其特征在于：所述的主反应器的反应条件为：温度350～650℃，压力0.1～0.5MPa，催化剂与含氧化合物的重量比0.01～10，再生器的温度550～750℃。
3.依照权利要求1所述的一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法，其特征在于：所述的主反应器的反应条件为：温度400～550℃，压力0.1～0.3MPa，催化剂与含氧化合物的重量比0.05～5，再生器的温度600～700℃。
4.依照权利要求1所述的一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法，其特征在于：所述的C4～C8烃进入提升管反应器和辅助反应器底部。
5.依照权利要求1所述的一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法，其特征在于：所述的提升管反应器的反应条件为：温度400～700℃，压力0.1～0.5MPa，催化剂与C4～C8烃重量比0.01～30。
6.依照权利要求1所述的一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法，其特征在于：所述的提升管反应器的反应条件为：温度400～550℃，压力0.1～0.3MPa，催化剂与C4～C8烃重量比5～20。
7.依照权利要求1所述的一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法，其特征在于：所述的辅助反应器的反应温度500～650℃，反应压力0.1～0.5MPa，催化剂与C4～C8烃重量比0.5～25。
8.依照权利要求1所述的一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法，其特征在于：所述的辅助反应器的反应温度550～600℃，反应压力0.1～0.3MPa，催化剂与C4～C8烃重量比5～15。
9.依照权利要求1所述的一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法，其特征在于：所述的含氧化合物为至少甲醇、乙醇、二甲醚和C4～C10醇化合物中一种。
10.依照权利要求1所述的一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法，其特征在于：所述主反应器反应油气和辅助反应器反应油气分别进入各自分离系统。
11.依照权利要求1所述的一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法，其特征在于：所述主反应器反应油气和辅助反应器反应油气进入同一分离系统。
12.依照权利要求1所述的一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法，其特征在于：所述C4～C8烃至少为MTO装置、甲醇制丙烯装置、甲醇制芳烃装置、焦化装置、催化裂化装置产生的C4～C8烃、凝析油之中一种。
13.依照权利要求1所述的一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法，其特征在于：所述主反应器、辅助反应器、再生器的催化剂处于为流化、鼓泡、快速流化之中的一种状态。
14.依照权利要求1所述的一种含氧化合物制取低碳烯烃的方法，其特征在于：所述主反应器、辅助反应器、再生器的催化剂处于为湍流状态。
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