CN105085130B - 含氧化合物转化制低碳烯烃的生产装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含氧化合物转化制低碳烯烃的生产装置，主要解决现有技术中存在的副产物较多、低碳烯烃收率不高的问题。本发明通过采用一种含氧化合物转化制低碳烯烃的生产装置，主要包括流化床反应器Ⅰ区(1)、流化床反应器Ⅱ区(2)、沉降器(3)、再生器(4)、脱气取热器(5)；流化床反应器Ⅰ区(1)出口与流化床反应器Ⅱ区(2)入口连接，沉降器(3)开有至少两个催化剂出口分别连接流化床反应器Ⅰ区(1)和再生器(4)，再生器(4)开有催化剂出口与脱气取热器(5)连接，脱气取热器(5)开有至少两个催化剂出口分别连接流化床反应器Ⅱ区(2)和再生器(4)的技术方案较好地解决了该问题，可用于低碳烯烃的工业生产中。

Description

含氧化合物转化制低碳烯烃的生产装置

技术领域

本发明涉及一种含氧化合物转化制低碳烯烃的生产装置。

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中公布了一种氧化物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。

MTO副产物种类较多，主要包括C4及以上烃类和醚、醇、醛、酮类含氧化合物，这些副产物一方面降低了反应低碳烯烃的收率，且回收利用率不高，另一方面增加了后续分离单元的工作负荷和设备投资。因此，降低MTO副产物的 生成，尤其是减少或者消除醚、醇、醛、酮类等含氧化合物的生成对提高MTO经济性指标有着非常重要的作用。本发明采用的方式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副产物较多、低碳烯烃收率不高的问题，提供一种新的含氧化合物转化制低碳烯烃的生产装置。该装置用于低碳烯烃的生产中，具有副产物较少、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生产装置，主要包括流化床反应器Ⅰ区1、流化床反应器Ⅱ区2、沉降器3、再生器4、脱气取热器5；流化床反应器Ⅰ区1的出口与流化床反应器Ⅱ区2的入口连接，流化床反应器Ⅰ区1下部开有进料口7，流化床反应器Ⅱ区2与沉降器3连接；沉降器3上部开有产品气出口17并开有至少两个催化剂出口分别连接流化床反应器Ⅰ区1和再生器4；再生器4下部开有再生气入口6，上部开有烟气出口18，并开有催化剂出口与脱气取热器5连接；脱气取热器5内部设有取热设备15，下部开有至少两个催化剂出口分别连接流化床反应器Ⅱ区2和再生器4。

上述技术方案中，所述流化床反应器Ⅰ区1与流化床反应器Ⅱ区2的直径之比为1.0～10.0：1；流化床反应器Ⅰ区1与流化床反应器Ⅱ区2的高度之比为0.1～10.0∶1。所述流化床反应器Ⅰ区1与流化床反应器Ⅱ区2的直径之比为2.0～4.0：1；流化床反应器Ⅰ区1与流化床反应器Ⅱ区2的高度之比为0.5～2∶1。所述流化床反应器Ⅰ区1内催化剂循环斜管8入口与流化床反应器Ⅰ区1底端的垂直方向的距离为整个流化床反应器Ⅰ区1高度的0.0～0.4。所述流化床反应器Ⅱ区2与再生催化剂斜管11连接口位于流化床反应器Ⅱ区2底端的垂直方向的距离为整个流化床反应器Ⅱ区2高度的0.0～0.4。所述流化床反应器Ⅱ区2上部设有旋风分离器9。所述沉降器3内部设有气固旋风分离器10。所述沉降器3内的气固旋风分离器10为1～3级。所述再生器4内部设有烟气旋风分离器16。所述再生器4内的烟气旋风分离器16为1～3级。

在本发明所述装置上，采用以下工艺条件：流化床反应器Ⅰ区1内的反应温度为400～500℃，反应压力以表压计为0.01～0.3MPa，气体线速为0.8～2.5米/秒；流化床反应器Ⅱ区2内的反应温度为400～550℃，反应压力以表压计为 0.01～0.3MPa，气体线速为3.0～10.0米/秒；再生催化剂斜管11出口的再生催化剂积碳量为0.0～0.8％重量；流化床反应器Ⅰ区1内的催化剂平均积炭量为2.0～6.0％(重量)；以质量流量比计催化剂循环斜管8积炭催化剂流量：待生催化剂斜管12积炭催化剂流量＝1～100：1。

本发明所述装置中设置了两个反应区，含氧化合物转化制低碳烯烃的反应主要在流化床反应器Ⅰ区进行，物流在流化床反应器Ⅱ区停留时间较短，主要利用高活性的再生催化剂进行一些副产物的转化。该装置用于甲醇制烯烃工业生产有如下优点：(1)甲醇在流化床反应器Ⅰ区反应生成后，产物中含有少量未反应的甲醇以及醚、醇、醛、酮类等含氧副产物，利用高活性的再生催化剂在流化床反应器Ⅱ区与这部分含氧化合物接触，由于流化床反应器Ⅱ区停留时间短，可以有效将上述含氧化合物转化生成低碳烯烃并且能抑制一些反应较慢的副反应，另外同时也能将副产物中部分C4及以上的烃类转化生成低碳烯烃，整体上减少副产物的生成，提高低碳烯烃的收率，降低副产物带来的分离成本；(2)再生催化剂快速经过流化床反应器Ⅱ区后在沉降器中与待生催化剂充分混合均匀，再循环至流化床反应器Ⅰ区与原料接触，反应器Ⅰ区内积炭催化剂和温度分布更加均匀，有利于提高低碳烯烃的选择性；(3)脱气取热器具有再生催化剂的脱气和取热双重的功能，将原有的脱气罐和外取热器合二为一，减少了设备投入，节约投资成本。因此，采用本发明的所述装置，有效提高了目的产物低碳烯烃的收率。

采用本发明的技术方案：所述流化床反应器Ⅰ区与流化床反应器Ⅱ区的直径之比为1.0～10.0：1；流化床反应器Ⅰ区与流化床反应器Ⅱ区的高度之比为0.1～10.0∶1。所述流化床反应器Ⅰ区内催化剂循环斜管入口与流化床反应器Ⅰ区底端的垂直方向的距离为整个流化床反应器Ⅰ区高度的0.0～0.4。所述流化床反应器Ⅱ区与再生催化剂斜管连接口位于流化床反应器Ⅱ区底端的垂直方向的距离为整个流化床反应器Ⅱ区高度的0.0～0.4。所述流化床反应器Ⅱ区上部设有旋风分离器。所述沉降器内部设有气固旋风分离器。所述再生器内部设有烟气旋风分离器。低碳烯烃选择性最高可达到82.3％重量，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为流化床反应器Ⅰ区；2为流化床反应器Ⅱ区；3为沉降器；4为再生器；5为脱气取热器；6为再生气入口；7为进料口；8为催化剂循环斜管；9为旋风分离器；10为气固旋风分离器；11为再生催化剂斜管；12为待生催化剂斜管；13为催化剂取热斜管；14为催化剂脱气斜管；15为取热设备；16为烟气旋风分离器；17为产品气出口；18为烟气出口。

含氧化合物从进料口7进入流化床反应器Ⅰ区1底部，与催化剂循环斜管8来的催化剂接触，生成包含低碳烯烃和待生催化剂的产物物流进入流化床反应器Ⅱ区2与再催化剂生斜管11来的再生催化剂接触，所生成的低碳烯烃和待生催化剂气固快速分离设备9快速分离后，产品气经气固旋风分离器10脱除夹带的催化剂后从产品气出口17去分离系统，待生催化剂进入沉降器3；沉降器3内待生催化剂至少分为二部分，第一部分经催化剂循环斜管8返回流化床反应器Ⅰ区1，第二部分经待生催化剂斜管12去再生器4；再生气入口6来的再生介质进入再生器4底部与待生催化剂斜管12和催化剂取热斜管13来的催化剂接触，再生后再生催化剂经催化剂脱气斜管14进入脱气取热器5，形成的烟气经烟气旋风分离器16脱除夹带的催化剂后从烟气出口18排出；脱气取热器5内的再生催化剂经汽提和取热设备15的取热介质取热后分为两部分，第一部分经催化剂取热斜管13进入再生器4，第二部分经再生催化剂斜管11进入流化床反应器Ⅰ区1。

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所示的生产装置中，流化床反应器Ⅰ区与流化床反应器Ⅱ区的直径之比为2.0：1，高度之比为1∶1；催化剂循环斜管入口与流化床反应器Ⅰ区底端的垂直方向的距离为整个流化床反应器Ⅰ区高度的0.1；流化床反应器Ⅱ区与再生催化剂斜管连接口位于流化床反应器Ⅱ区底端的垂直方向的距离为整个流化床反应器Ⅱ区高度的0.1；沉降器和再生器内的旋风分离器均为2级。

反应条件：流化床反应器Ⅰ区的平均温度为500℃，流化床反应器Ⅱ区的平均温度为550℃，流化床反应器Ⅱ区顶部压力以表压计为0.10MPa，流化床反应 器Ⅰ区纯甲醇进料；流化床反应器Ⅰ区内气体空塔线速在1.1米/秒，流化床反应器Ⅱ区气体空塔线速为8.0米/秒；脱气取热器中的换热介质为水蒸气。催化剂为改性SAPO-34，将流化床反应器Ⅰ区中的平均催化剂积炭量控制在5％重量。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率达到82.3％重量。

【实施例2】

按照实施例1所述的条件，流化床反应器Ⅰ区与流化床反应器Ⅱ区的直径之比为4.0：1，高度之比为2∶1；催化剂循环斜管入口与流化床反应器Ⅰ区底端的垂直方向的距离为整个流化床反应器Ⅰ区高度的0.2；流化床反应器Ⅱ区与再生催化剂斜管连接口位于流化床反应器Ⅱ区底端的垂直方向的距离为整个流化床反应器Ⅱ区高度的0.4；沉降器和再生器内的旋风分离器均为2级。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率达到80.5％重量。

【实施例3】

按照实施例1所述的条件，流化床反应器Ⅰ区与流化床反应器Ⅱ区的直径之比为3.0：1，高度之比为0.5∶1；催化剂循环斜管入口与流化床反应器Ⅰ区底端的垂直方向的距离为整个流化床反应器Ⅰ区高度的0.1；流化床反应器Ⅱ区与再生催化剂斜管连接口位于流化床反应器Ⅱ区底端的垂直方向的距离为整个流化床反应器Ⅱ区高度的0.2；沉降器和再生器内的旋风分离器均为3级。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率达到82.0％重量。

【实施例4】

按照实施例1所述的条件，流化床反应器Ⅰ区与流化床反应器Ⅱ区的直径之比为8.0：1，高度之比为10∶1；催化剂循环斜管入口与流化床反应器Ⅰ区底端的垂直方向的距离为整个流化床反应器Ⅰ区高度的0.4；流化床反应器Ⅱ区与再生催化剂斜管连接口位于流化床反应器Ⅱ区底端的垂直方向的距离为整个流化床反应器Ⅱ区高度的0.01；沉降器和再生器内的旋风分离器均为1级。保持催化 剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率达到79.3％重量。

【实施例5】

按照实施例4所述的条件，流化床反应器Ⅰ区与流化床反应器Ⅱ区的直径之比为1.5：1，高度之比为0.2∶1；催化剂循环斜管入口与流化床反应器Ⅰ区底端的垂直方向的距离为整个流化床反应器Ⅰ区高度的0.01；流化床反应器Ⅱ区与再生催化剂斜管连接口位于流化床反应器Ⅱ区底端的垂直方向的距离为整个流化床反应器Ⅱ区高度的0.3；沉降器和再生器内的旋风分离器均为3级。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率达到81.7％重量。

【比较例1】

按照实施例1所述的条件，只是改变再生催化剂经再生斜管与流化床反应器Ⅰ区底部连接，低碳烯烃碳基收率为80.80％重量。

显然，采用本发明的方法，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)

1.一种含氧化合物转化制低碳烯烃的生产装置，主要包括流化床反应器Ⅰ区(1)、流化床反应器Ⅱ区(2)、沉降器(3)、再生器(4)、脱气取热器(5)；所述流化床反应器Ⅰ区(1)与流化床反应器Ⅱ区(2)的直径之比为2.0～4.0：1；流化床反应器Ⅰ区(1)的出口与流化床反应器Ⅱ区(2)的入口连接，流化床反应器Ⅰ区(1)下部开有进料口(7)，流化床反应器Ⅱ区(2)与沉降器(3)连接；沉降器(3)上部开有产品气出口(17)并开有至少两个催化剂出口分别连接流化床反应器Ⅰ区(1)和再生器(4)；再生器(4)下部开有再生气入口(6)，上部开有烟气出口(18)，并开有催化剂出口与脱气取热器(5)连接；脱气取热器(5)内部设有取热设备(15)，下部开有至少两个催化剂出口分别连接流化床反应器Ⅱ区(2)和再生器(4)。

2.根据权利要求1所述含氧化合物转化制低碳烯烃的生产装置，其特征在于所述流化床反应器Ⅰ区(1)与流化床反应器Ⅱ区(2)的高度之比为0.1～10.0∶1。

3.根据权利要求2所述含氧化合物转化制低碳烯烃的生产装置，其特征在于流化床反应器Ⅰ区(1)与流化床反应器Ⅱ区(2)的高度之比为0.5～2∶1。

4.根据权利要求1所述含氧化合物转化制低碳烯烃的生产装置，其特征在于所述流化床反应器Ⅰ区(1)内催化剂循环斜管(8)入口与流化床反应器Ⅰ区(1)底端的垂直方向的距离为整个流化床反应器Ⅰ区(1)高度的0.0～0.4。

5.根据权利要求1所述含氧化合物转化制低碳烯烃的生产装置，其特征在于所述流化床反应器Ⅱ区(2)与再生催化剂斜管(11)连接口位于流化床反应器Ⅱ区(2)底端的垂直方向的距离为整个流化床反应器Ⅱ区(2)高度的0.0～0.4。

6.根据权利要求1所述含氧化合物转化制低碳烯烃的生产装置，其特征在于所述流化床反应器Ⅱ区(2)上部设有旋风分离器(9)。

7.根据权利要求1所述含氧化合物转化制低碳烯烃的生产装置，其特征在于所述沉降器(3)内部设有气固旋风分离器(10)。

8.根据权利要求7所述含氧化合物转化制低碳烯烃的生产装置，其特征在于所述沉降器(3)内的气固旋风分离器(10)为1～3级。

9.根据权利要求1所述含氧化合物转化制低碳烯烃的生产装置，其特征在于所述再生器(4)内部设有烟气旋风分离器(16)。

10.根据权利要求1所述含氧化合物转化制低碳烯烃的生产装置，其特征在于所述再生器(4)内的烟气旋风分离器(16)为1～3级。