CN103739429B - 甲醇制低碳烯烃的反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种甲醇制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。本发明通过采用一种甲醇制低碳烯烃的反应装置，主要包括反应区2、外取热器13、再生区23、再生立管18、再生催化剂输送管16，反应区2上部设有气固快速分离设备3，气固快速分离设备3出口与反应器沉降区9相通，反应器沉降区9下部设有汽提区4，汽提区4下部开有催化剂出口，待生斜管5与再生区23相连，再生区下部与脱气区20相连，脱气区20下部与再生立管18相连，再生立管18出口与再生催化剂输送管16相连，输送管16出口与外取热器13相连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

甲醇制低碳烯烃的反应装置
技术领域
本发明涉及一种甲醇制低碳烯烃的反应装置。
背景技术
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。但该方法中低碳烯烃碳基收率一般均在77%左右，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。该方法中低碳烯烃碳基收率一般均在75～80%之间，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：一种甲醇制低碳烯烃的反应装置，主要包括反应区2、外取热器13、反应器沉降区9、再生区23、再生器沉降区24、再生立管18、再生催化剂输送管16，反应区2上部设有气固快速分离设备3，气固快速分离设备3出口与反应器沉降区9相通，反应器沉降区9下部设有汽提区4，汽提区4下部开有催化剂出口，分别与待生斜管5、外取热器13相连，待生斜管5与再生区23相连，再生区23上部与再生器沉降区24相连，再生区下部与脱气区20相连，脱气区20下部与再生立管18相连，再生立管18出口与再生催化剂输送管16相连，输送管16出口与外取热器13相连，外取热器13下部设有催化剂出口与反应区2相连。
上述技术方案中，所述催化剂包括SAPO-34分子筛；所述再生器再生区23为密相流化床；所述外取热器13内部设有取热盘管15；所述外取热器13中的流化介质为水蒸气；所述输送管16中的输送介质为水蒸气、包括C4烯烃的混合烃中的至少一种；所述外取热器13顶部设有气相出口管线12，气相出口管线12上设有旋风分离器11；所述脱气区20中的脱气介质为水蒸气或氮气；所述反应区2为快速流化床；所述反应器沉降区9、再生器沉降区24分别设有旋风分离器8和25。
本发明中，输送管16的输送介质为水蒸气、包括C4烯烃的混合烃中的至少一种，所述混合烃中C4烯烃质量含量大于60%；所述反应区2反应条件为：反应温度为400～550℃，反应压力以表压计为0.01～0.3MPa，气相线速为0.4～3米/秒；所述再生催化剂平均积碳量质量分数为0.01～0.5%；所述分离出的催化剂至少分为两股，第一股催化剂以质量分数计占40～80%，第二股以质量分数计占20-60%。
本发明所述平均积炭量的计算方法为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：将混合较为均匀的带有积炭的催化剂混合，然后称量0.1～1克的带碳催化剂，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。
本发明所采用的硅铝磷分子筛的制备方法是：首先制备分子筛前驱体，将摩尔配比为0.03～0.6R∶(Si0.01～0.98∶Al0.01～0.6∶P0.01～0.6)∶2～500H2O，其中R代表模板剂，模板剂为三乙胺，组成原料混合液，在100-250℃的温度下经过1～10小时的晶化后获得；再次，将分子筛前驱体、磷源、硅源、铝源、模板剂、水等按照一定的比例混合后在110～260℃下水热晶化至少0.1小时后，最终得到SAPO分子筛。将制备的分子筛与所需比例的粘结剂混合，经过喷雾干燥、焙烧等操作步骤后得到最终的SAPO催化剂，粘结剂在分子筛中的重量百分数在10～90%之间。
采用本发明的装置，将再生催化剂在输送介质的输送下进入外取热器，输送介质优选包括C4烯烃的混合烃，混合烃接触高温、高活性的再生催化剂，可以裂解为低碳烯烃。同时，外取热器除了起到换热的作用，还起到再生催化剂和待生催化剂混合器的作用，混合均匀的催化剂返回反应区，可以使反应区底部催化剂混合均匀，降低甲醇分解几率，达到提高低碳烯烃收率的目的。另外，再生器的脱气区位于再生器下方，然后再生催化剂经再生立管进入输送管，再生催化剂在输送气力的输送下进入外取热器，显然这种再生器的布局可以降低再生器的布置高度，提高待生斜管推动力。
采用本发明的技术方案：所述催化剂包括SAPO-34分子筛；所述再生器再生区23为密相流化床；所述外取热器13内部设有取热盘管15；所述外取热器13中的流化介质为水蒸气；所述输送管16中的输送介质为水蒸气、包括C4烯烃的混合烃中的至少一种；所述外取热器13顶部设有气相出口管线12，气相出口管线12上设有旋风分离器11；所述脱气区20中的脱气介质为水蒸气或氮气；所述反应区2为快速流化床；所述反应器沉降区9、再生器沉降区24分别设有旋风分离器8和25，低碳烯烃碳基收率达到84.78%(重量)，比现有技术的低碳烯烃碳基收率高出可达到3个百分点以上，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明所述装置的流程示意图；
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为汽提区；5为待生斜管；6为进入外取热器斜管；7为外取热器下斜管；8为旋风分离器；9为沉降区；10为旋风分离器11的气相出口；11为旋风分离器；12为外取热器气相出口；13为外取热器；14为外取热器流化介质入口；15为取热盘管；16为输送管；17为输送介质；18为再生立管；19为脱气介质；20为脱气区；21为分布板；22为再生介质；23为再生区；24为再生器沉降区；25为旋风分离器；26为烟气出口；27为产品气出口管线
主要为甲醇的第一股原料进入反应区2，与包括硅铝磷分子筛的催化剂接触，生成的气相物流和催化剂进入进入气固快速分离设备3、旋风分离器8后进入分离工段，催化剂进入汽提区4，形成待生催化剂；汽提区4的待生催化剂至少分为两部分，一部分进入外取热器13，一部分经待生斜管5进入再生器再生区23再生，形成再生催化剂，再生催化剂经脱气区20脱气后经再生立管18进入输送管16，然后进入外取热器13。
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，纯度为99.5%(重量)的甲醇进入反应区，与包括SAPO-34分子筛的催化剂接触，生成的气相物流经气固分离后进入分离工段，催化剂经汽提后分为两部分，以质量分数计，80%进入外取热器，20%进入再生器再生，形成再生催化剂，再生催化剂经脱气后经再生立管进入输送管，与输送介质接触，将再生催化剂输送进入外取热器。外取热器中的流化介质为水蒸气，外取热器顶部设有气相出口管线，气相出口管线上设有旋风分离器，脱气区中的脱气介质为水蒸气，反应器沉降区、再生器沉降区分别设有旋风分离器。再生器再生区为密相流化床，反应区2为快速流化床，外取热器内部设有取热盘管。输送介质为水蒸气，反应区反应条件为：反应温度为550℃，反应压力以表压计为0.01MPa，气相线速为3米/秒，再生催化剂平均积碳量质量分数为0.5%。反应产品采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率为81.95%(重量)。
【实施例2】
按照实施例1所述的条件和步骤，催化剂经汽提后分为两部分，以质量分数计，40%进入外取热器，60%进入再生器再生，形成再生催化剂，输送介质为包括C4烯烃的混合烃，所述混合烃中C4烯烃质量含量为61%。脱气区中的脱气介质为氮气。反应区反应条件为：反应温度为400℃，反应压力以表压计为0.01MPa，气相线速为0.4米/秒，再生催化剂平均积碳量质量分数为0.015%。反应产品采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率为81.35%(重量)。
【实施例3】
按照实施例2所述的条件和步骤，催化剂经汽提后分为两部分，以质量分数计，60%进入外取热器，40%进入再生器再生，形成再生催化剂，输送介质为包括C4烯烃的混合烃，所述混合烃中C4烯烃质量含量为92%。反应区反应条件为：反应温度为480℃，反应压力以表压计为0.01MPa，气相线速为1.3米/秒，再生催化剂平均积碳量质量分数为0.1%。反应产品采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率为84.78%(重量)。
【实施例4】
按照实施例3所述的条件和步骤，催化剂经汽提后分为两部分，以质量分数计，50%进入外取热器，50%进入再生器再生，形成再生催化剂，输送介质为包括C4烯烃的混合烃，所述混合烃中C4烯烃质量含量为76%。反应区反应条件为：反应温度为500℃，反应压力以表压计为0.3MPa，气相线速为0.8米/秒，再生催化剂平均积碳量质量分数为0.05%。反应产品采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率为82.87%(重量)。
【比较例1】
按照实施例3所述的条件和步骤，再生催化剂直接返回反应区，低碳烯烃收率为81.53%(重量)。
显然，采用本发明的装置，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 (10)

1.一种甲醇制低碳烯烃的反应装置，主要包括反应区(2)、外取热器(13)、反应器沉降区(9)、再生区(23)、再生器沉降区(24)、再生立管(18)、再生催化剂输送管(16)，反应区(2)上部设有气固快速分离设备(3)，气固快速分离设备(3)出口与反应器沉降区(9)相通，反应器沉降区(9)下部设有汽提区(4)，汽提区(4)下部开有催化剂出口，分别与待生斜管(5)、外取热器(13)相连，待生斜管(5)与再生区(23)相连，再生区(23)上部与再生器沉降区(24)相连，再生区下部与脱气区(20)相连，脱气区(20)下部与再生立管(18)相连，再生立管(18)出口与再生催化剂输送管(16)相连，输送管(16)出口与外取热器(13)相连，外取热器(13)下部设有催化剂出口与反应区(2)相连；其中，低碳烯烃即乙烯和丙烯。
2.根据权利要求1所述甲醇制低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述催化剂包括SAPO-34分子筛。
3.根据权利要求1所述甲醇制低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述再生器再生区(23)为密相流化床。
4.根据权利要求1所述甲醇制低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述外取热器(13)内部设有取热盘管(15)。
5.根据权利要求1所述甲醇制低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述外取热器(13)中的流化介质为水蒸气。
6.根据权利要求1所述甲醇制低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述输送管(16)中的输送介质为水蒸气、包括C4烯烃的混合烃中的至少一种。
7.根据权利要求1所述甲醇制低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述外取热器(13)顶部设有气相出口管线(12)，气相出口管线(12)上设有旋风分离器(11)。
8.根据权利要求1所述甲醇制低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述脱气区(20)中的脱气介质为水蒸气或氮气。
9.根据权利要求1所述甲醇制低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述反应区(2)为快速流化床。
10.根据权利要求1所述甲醇制低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述反应器沉降区(9)设有旋风分离器I(8)，再生器沉降区(24)设有旋风分离器II(25)。
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