CN105013406A - 一种叠式径向固定床反应器及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种叠式径向固定床反应器及其应用，包括壳体(3)、进料分布器(6)、多孔隔件(7)、顶部隔间(8)、支撑板(11)和换热器(2)组成，其特征在于：进料分布器(6)位于壳体(3)顶部，急冷管(4)位于壳体(3)中心，多孔隔件(7)将壳体(3)内部隔成至少2个反应区(10)，顶部隔间(8)位于反应区(10)顶部，支撑板(11)位于反应区(10)底部，原料含氧化合物在反应区(10)制烃，该反应器结构简单、反应区温度平稳、产品性质稳定。

Description

一种叠式径向固定床反应器及应用

技术领域

本发明涉及一种径向固定床反应器，特别涉及一种含氧化合物生产烃的叠式径向固定床反应器。

技术背景

随着煤化工的发展，煤基含氧化合物的合成与转化技术越来越成熟，近几年为了提高竞争力，我国含氧化合物生产向着大型化，节能型发展，煤基含氧化合物占含氧化合物产量的80％以上，含氧化合物产量逐年增加，进而出现了严重的产能过剩问题，截止2012年11月，中国共有产能10万吨/年以上的含氧化合物生产企业172家，产能合计为5050万吨/年。2011年我国含氧化合物产量1984.1万吨，行业开工率约为41％。预计2012年我国含氧化合物甲醇产量为2600万吨，行业开工率51％。含氧化合物制烃市场空间大，具有规模经济和高附加值的含氧化合物下游顶目，也是含氧化合物产业摆脱困境，步入良性发展的出路，故积极进行含氧化合物下游产品的开发对含氧化合物工业的发展有着十分重要的意义。

甲醇制汽油(MTG)工艺是指以甲醇为原料，在一定温度、压力和空速下，用特定的催化剂进行脱水、低聚、异构等步骤转化为碳数为11以下烃类油的过程。1976年，Mobil公司在其甲醇转化成芳烃的技术基础上，研发了MTG技术，总流程是以煤或天然气为原料生产合成气，再用合成气制甲醇，最后将粗甲醇转化为高辛烷值汽油，所用催化剂为Mobil公司研发的ZSM-5催化剂。

甲醇制芳烃(MTA)理念最早出现在Mobil公司开发的MTG技术中，20世纪70年代Mobil公司开发了ZSM-5沸石分子筛，利用沸石分子筛可以有效地将甲醇转化为高辛烷值汽油，其中芳烃含量大于35％。美国专利USP4590321，公开了甲醇制芳烃，采用P改性的ZSM-5沸石分子筛为催化剂，P含量为2.7重量％，反应温度在400～450℃之间，甲醇进料空速为1.3h^-1，P改性的ZSM-5分子筛催化剂在高级烃，芳烃的选择性上比未改性的ZSM-5分子筛好很多，但是芳烃含量不是很高。美国专利USP4686312，公开了将甲醇等低碳含氧化合物转化为富含芳烃的产品的多段反应工艺。在第一段甲醇转化为低碳烷烃及烯烃，随后进入第二段反应器，在催化剂的作用下进一步发生芳构化反应，获得富含低碳芳烃的产物。

含氧化合物制烃属于强放热反应，目的产物烃的选择性对温度比较敏感。目前，典型的冷激式反应器主要是轴向流动反应器，由圆柱形外筒和内部多层全轴向流催化剂床组成，每个床层间有众多冷气管引入冷激气直接冷却，如移走反应热。随着产能规模的大型化，又考虑到阻力的因素，这类反应器将显现三大方面的问题。第一、反应器的直径越来越大，有的已超过12m，且每个催化剂床层的高度越来越薄，如仅0.3m，这样反应器内的气流通过催化剂床的分布不易均匀，总体设计十分困难。第二、由于冷激气分布冷却的面积太大，冷、热气体需要很大的混合空间，因此使分布器的设计带来很大困难，难以达到理想的均匀分布。第三、当反应器需要两种流体以上作冷激源时，在上述两大难题之上，更增加了喷射器和混合器结构上的设计难度，其结果使反应器的结构更为复杂，体积更加庞大，造价更为高昂，冷激气的调节和操作更为困难，而使用的效果还往往达不到工艺上的要求。

国内有好多科研机构都在开发MTA催化及其工艺技术，其中中科院山西煤化所和赛鼎工程公司合作的固定床甲醇制芳烃技术，清华大学的循环流化床甲醇制芳烃(FMTA)技术都在积极推进中试阶段，河南煤化集团研究院与北京化工大学也在合作开展甲醇制芳烃技术。中国专利CN1880288A公开了一种甲醇转化制芳烃工艺及催化剂和催化剂制备方法，采用改性的ZSM-5为催化剂，两段固定床反应器，操作压力为0.1～5.0Mpa，操作温度为300-460℃，原料液体空速为0.1～6.0h^-1条件下催化转化为以芳烃为主的产物。使用Ga，La改性小晶粒ZSM-5分子筛为催化剂，本发明的第二段反应器主要作用为第一段反应器产生的非芳及低碳烃再次的芳构化，油相产率大于40％，其中芳烃含量大于80％，具有总芳烃选择性高，工艺操作灵活的优点。清华大学专利CN101244969A中公开了一种连续芳构化与催化剂再生的装置及其方法，属于化工设备领域，采用流化床技术将甲醇转化为芳烃，本发明具有可调变催化剂活性和选择性，可以使反应连续操作而不停车。但是本专利没有涉及反应副产物的利用，总体芳烃的选择性不高。中国海洋石油总公司专利CN101602646A公开了一种甲醇/二甲醚生产芳烃的方法及其专用反应装置，所述的反应装置为连续反应再生的流化床，在本专利提供的方法中甲醇转化率大于80％，产物中芳烃含量在50～60重量％。CN101823929A公开了一种甲醇或二甲醚转化制取芳烃的系统与工艺，原料甲醇或二甲醚首先在芳构化反应器中进行反应，反应后的产物经过分离后氢气，甲烷，混合C₈芳烃和部分C₉ ⁺芳烃作为产品输出，而C₂ ⁺非芳和除混合C₈芳烃及部分C₉ ⁺芳烃类之外的芳烃则作为循环物流返回相应的反应器进一步芳构化反应，本系统可以把甲醇芳构化中的副产物循环利用，提高了芳烃的收率和选择性，并且工艺灵活，可以根据市场需求变化目标产物。

以上现有技术中都提出了一种用于以含氧化合物为原料生产烃的工艺流程及其相应的催化剂，目前普遍存在的一个难点在于任何移出反应热，尚没有合适的反应器适用于此类型大量放热的反应。

发明内容

本发明提出了一种叠式径向固定床反应器，该反应器结构简单，通过反应产物及时和冷介质的换热带走反应放出的热量，维持反应器床层温度在一个稳定的温度区间，克服了以往反应器由于反应放热导致床层温升太大，反应热不好移出导致反应温度升高使得长链烃选择性降低的问题。

本发明提出叠式径向固定床反应器在含氧化合物制烃中的应用。

一种叠式径向固定床反应器，包括壳体3、进料分布器6、顶部隔间8、支撑板11和换热器2组成，其特征在于：进料分布器6位于壳体3顶部，顶部隔间8和支撑板11将壳体3内部隔成至少2个反应区10，顶部隔间8位于反应区10顶部，支撑板11位于反应区10底部。

壳体3还设有多孔隔件7，多孔隔件7将反应区10隔成环状。

所述的壳体3顶部设有原料入口1，底部设有产品出口5。

所述的换热器2设有介质入口15和出口16，入口15和出口16设置在壳体3顶部。

所述的反应区10与反应区10之间设有急冷区9，急冷区9内设有急冷管4，急冷管4一端设有喷嘴。

所述的反应区10的高径比50-10：1，。

所述的支撑板11在壳体3中心处设有反应段间物料出口12。

所述的在壳体3还是有换热区13。

一种叠式径向固定床反应器在含氧化合物制烃中的应用，原料含氧化合物在压力0.5～2.5Mpa，反应温度350～420℃条件下，原料以空速为0.6～5.0h^-1进入壳体3内的反应区10进行反应，对反应产物进行分离，液相烃为产品。

所述的反应区10内装填有条状或者球形催化剂催化剂。

所述的含氧化合物至少为甲醇、二甲醚或者乙醇的一种。

所述换热器2内冷介质为冷料甲醇、二甲醚、乙醇或水。

与现有反应器相比，本发明反应器具有以下特点：

(1)反应器结构简单，容易制造。

(2)反应器反应区温度平稳，可以很好的控制整个反应器床层温度。

(3)产品性质稳定。

(4)反应热得到了最大化的利用。

附图说明

图1为一种叠式径向固定床反应器主视图；

图2为一种叠式径向固定床反应器轴向中心的刨视图；

图3为一种叠式径向固定床反应器A-A刨视图

图4为一种叠式径向固定床反应器B-B刨视图。

其中：1.原料入口，2.换热器，3.反应器壳体，4.急冷管，5.反应器产物出口，6.进料分布器，7.多孔隔件，8.顶部隔件，9.急冷区，10.反应区，11.支撑板，12.段间物料出口，13.换热区，14.最外层环形区域，15.换热器2介质入口，16.换热器2介质出口。

下面利用具体的实例说明本发明，但并不限制本发明的范围。

具体实施方式

实施例1

一种叠式径向固定床反应器，包括壳体3、进料分布器6、多孔隔件7、顶部隔间8、支撑板11和换热器2组成，其特征在于：进料分布器6位于壳体3顶部，急冷管4位于壳体3中心，多孔隔件7将壳体3内部隔成3个反应区10，顶部隔间8位于反应区10顶部，支撑板11位于反应区10底部，壳体3顶部设有原料入口1，底部设有产品出口5，换热器2设有介质入口15和出口16，入口15和出口16设置在壳体3顶部，反应区10与反应区10之间设有急冷区9，壳体3内部还设有急冷管4，急冷管4设置在两个反应区10之间，急冷管4在反应区10内一端设有喷嘴，反应区10的高径比50∶1，支撑板11在壳体3中心处设有反应段间物料出口12，在壳体3还是有换热区13。

实施例2

一种叠式径向固定床反应器，包括壳体3、进料分布器6、多孔隔件7、顶部隔间8、支撑板11和换热器2组成，其特征在于：进料分布器6位于壳体3顶部，急冷管4位于壳体3中心，多孔隔件7将壳体3内部隔成2个反应区10，顶部隔间8位于反应区10顶部，支撑板11位于反应区10底部，壳体3顶部设有原料入口1，底部设有产品出口5，换热器2设有介质入口15和出口16，入口15和出口16设置在壳体3顶部，反应区10与反应区10之间设有急冷区9，壳体3内部还设有急冷管4，急冷管4设置在两个反应区10之间，急冷管4在反应区10内一端设有喷嘴，反应区10的高径比40：1，支撑板11在壳体3中心处设有反应段间物料出口12，在壳体3还是有换热区13。

实施例3

一种叠式径向固定床反应器，包括壳体3、进料分布器6、多孔隔件7、顶部隔间8、支撑板11和换热器2组成，其特征在于：进料分布器6位于壳体3顶部，急冷管4位于壳体3中心，多孔隔件7将壳体3内部隔成4个反应区10，顶部隔间8位于反应区10顶部，支撑板11位于反应区10底部，壳体3顶部设有原料入口1，底部设有产品出口5，换热器2设有介质入口15和出口16，入口15和出口16设置在壳体3顶部，反应区10与反应区10之间设有急冷区9，壳体3内部还设有急冷管4，急冷管4设置在两个反应区10之间，急冷管4在反应区10内一端设有喷嘴，反应区10的高径比40：1，支撑板11在壳体3中心处设有反应段间物料出口12，在壳体3还是有换热区13。

实施例4

将组成为ZSM-5含量为80wt％，粘结剂SB粉含量为16wt％，改性元素含量为4wt％的催化剂装入壳体3内的反应区10中压力0.5Mpa，温度350℃，空速0.6h^-1，甲醇含水量为5％，按照实施例1的方法，将甲醇进料改为二甲醚进料，其余步骤与实施例1相同，该催化剂在压力0.5Mpa，温度350℃，空速0.6h^-1，甲醇含水量为5％，含氧化合物转化率99.7％，烃收率91％，催化剂寿命27天。

实施例5

将组成为ZSM-5含量为80wt％，粘结剂SB粉含量为16wt％，改性元素含量为4wt％的催化剂装入壳体3内的反应区10中压力0.5Mpa，温度350℃，空速0.6h^-1，原料二甲醚含水量为5％，在压力0.5Mpa，温度350℃，空速0.6h^-1，甲醇含水量为5％，含氧化合物转化率90.0％，烃收率90.8％，催化剂寿命30天。

Claims (9)

1.一种叠式径向固定床反应器，包括壳体(3)、进料分布器(6)、顶部隔间(8)、支撑板(11)和换热器(2)组成，其特征在于：进料分布器(6)位于壳体(3)顶部，顶部隔间(8)和支撑板(11)将壳体(3)内部隔成至少2个反应区(10)，顶部隔间(8)位于反应区(10)顶部，支撑板(11)位于反应区(10)底部。

2.依照权利要求1所述的一种叠式径向固定床反应器，其特征在于：所述的壳体(3)顶部设有原料入口(1)，底部设有产品出口(5)。

3..依照权利要求1所述的一种叠式径向固定床反应器，其特征在于：壳体(3)还设有多孔隔件(7)，多孔隔件(7)将反应区(10)隔成环状。

4.依照权利要求1所述的一种叠式径向固定床反应器，其特征在于：所述的换热器(2)设有介质入口(15)和出口(16)，入口(15)和出口(16)设置在壳体(3)顶部。

5.依照权利要求1所述的一种叠式径向固定床反应器，其特征在于：所述的反应区(10)与反应区(10)之间设有急冷区(9)，急冷区(9)内设有急冷管(4)，急冷管(4)一端设有喷嘴，反应区(10)的高径比50-10：1，支撑板(11)在壳体(3)中心处设有反应段间物料出口(12)，在壳体(3)还是有换热区(13)。

6.一种叠式径向固定床反应器在含氧化合物制烃中的应用，原料含氧化合物在压力0.5～2.5Mpa，反应温度350～420℃条件下，原料以空速为0.6～5.0h^-1进入壳体(3)内的反应区(10)进行反应，对反应产物进行分离，液相烃为产品。

7.依照权利要求6所述的一种叠式径向固定床反应器在含氧化合物制烃中的应用，其特征在于：所述的反应区(10)内装填有条状或者球形催化剂催化剂。

8.依照权利要求6所述的一种叠式径向固定床反应器在含氧化合物制烃中的应用，其特征在于：所述的含氧化合物至少为甲醇、二甲醚或者乙醇的一种。

9.依照权利要求6所述的一种叠式径向固定床反应器在含氧化合物制烃中的应用，其特征在于：所述换热器(2)内冷介质为冷料甲醇、二甲醚、乙醇或水。