CN105983376B - 一种用于移动床反应器的急冷方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于移动床反应器的急冷方法。在多级移动床反应器中，相邻的两个移动床反应器之间均设有串连安装的一级急冷混合器(6)和二级急冷混合器(7)。将甲醇醚化反应器(1)的出口物流分成多股，一股进入第一级移动床反应器发生转化反应；其余各股作为第一急冷进料分别进入各一级急冷混合器，与来自上一级移动床反应器的高温反应气体混合。一级急冷混合器混合物进入二级急冷混合器，与进入二级急冷混合器的作为第二急冷进料的稀释剂(9)混合。二级急冷混合器混合物分别进入下一级移动床反应器发生转化反应。本发明主要用于甲醇转化制丙烯领域的移动床反应器的急冷。

Description

一种用于移动床反应器的急冷方法

技术领域

本发明属于甲醇转化制丙烯技术领域，涉及一种用于移动床反应器的急冷方法。

背景技术

甲醇转化制丙烯反应属于强放热反应，且目的产物丙烯的选择性对温度比较敏感。目前世界上比较成熟的甲醇转化制丙烯技术中，UOP/Hydro联合开发的MTO工艺采用流化床反应器，传热效果较好，反应温度较容易控制；但是催化剂在流化过程中容易磨损，因此对催化剂的耐磨性能要求较高。Lurgi公司的MTP工艺采用固定床反应器，丙烯选择性较高；但是固定床反应器的传热效果较差，因此Lurgi在其MTP工艺中采用设置预反应器、薄层主反应器、级间设置急冷盘和加入急冷物流等方法来增加传热、控制反应温度。

移动床技术由于床层内物流返混少、反应接近平推流，因此原料转化率高；且床层内的催化剂不断移动、能保持良好的催化剂性能，因而越来越受到研究人员的重视。

中国专利CN102276407B公开了一种多级移动床反应器温度控制的方法，CN102240527A公开了一种用于甲醇制备丙烯工艺的多级移动床反应系统的装置。上述方法和装置中，用于控制移动床反应器温度的急冷原料为甲醇醚化反应产物(包括甲醇、二甲醚和水的平衡混合物)的一部分，经热量综合利用(即对甲醇原料进行预热)后温度降低，气相质量分率为0.3～0.9。冷却后的急冷原料分配至各级间处理区或级间混合器，与来自上一级移动床反应器的高温反应气体混合使高温反应气体降温，再进入下一级移动床反应器，以此来移除甲醇制丙烯反应的强放热。存在的问题是：(1)冷却后的急冷原料为气液两相流，气液两相不容易根据需要的流量均匀地分配至各级间处理区或级间混合器与高温反应气体混合；由各级间处理区或级间混合器流出的混合物的温度会出现波动，因而难以平稳控制各下级移动床反应器的物流入口温度，更难以稳定各下级移动床反应器的反应温度。(2)设置热量综合利用装置(例如换热器)对甲醇醚化反应产物和甲醇原料进行换热，投资较高且操作较复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于移动床反应器的急冷方法，以解决现有的用于移动床反应器的急冷技术所存在的冷却后的急冷原料为气液两相流、气液两相不容易根据需要的流量均匀地分配至各级间处理区或级间混合器与高温反应气体混合所造成的问题，以及设置热量综合利用装置对甲醇醚化反应产物和甲醇原料进行换热存在着投资较高且操作较复杂的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种用于移动床反应器的急冷方法，将甲醇醚化反应器的出口物流分成多股；一股作为多级移动床反应器中第一级移动床反应器的进料，与返回烃(主要组成是碳2、碳4、碳5、碳6)和稀释剂混合并在加热装置中加热后(一般是加热至450～480℃)进入第一级移动床反应器，与催化剂错流接触发生转化反应。在多级移动床反应器中，相邻的两个移动床反应器之间均设有串连安装的一级急冷混合器和二级急冷混合器，甲醇醚化反应器出口物流的其余各股作为第一急冷进料分别进入各一级急冷混合器，与来自上一级移动床反应器的高温反应气体混合。在各一级急冷混合器内形成的一级急冷混合器混合物由各一级急冷混合器流出，进入与相应的一级急冷混合器串连安装的二级急冷混合器，与进入二级急冷混合器的作为第二急冷进料的稀释剂混合。在各二级急冷混合器内形成的二级急冷混合器混合物由各二级急冷混合器流出，分别进入下一级移动床反应器，与催化剂错流接触发生转化反应。

在上述的急冷方法中，甲醇醚化反应器的出口物流为包括甲醇、二甲醚和水的平衡混合物，温度一般为220～300℃，相态为气相。上一级移动床反应器的高温反应气体为包括二甲醚、水和碳2～碳6烃以及少量甲醇、甲烷、碳7以上烃的混合物，温度一般为480～530℃。稀释剂为0.5～1.0MPa(本发明提到的压力为表压)的饱和工艺水蒸汽。

由各一级急冷混合器流出的一级急冷混合器混合物的温度一般为475～500℃，此温度亦即高温反应气体在一级急冷混合器内被第一急冷进料冷却到的温度。第一急冷进料的流量，主要根据上述温度及其自身的温度、高温反应气体的流量和温度确定。

由各二级急冷混合器流出的二级急冷混合器混合物的温度一般为450～470℃，此温度亦即在一级急冷混合器内被第一急冷进料冷却后的高温反应气体在二级急冷混合器内被第二急冷进料冷却到的温度，该温度能够满足下一级移动床反应器对进料温度的要求。第二急冷进料的流量，主要根据上述温度及其自身的温度、一级急冷混合器混合物的流量和温度确定。

多级移动床反应器的总级数可以为2级～10级，各级移动床反应器串连安装。由于甲醇制丙烯反应是强放热反应，因此采用多级移动床反应器；既可分散反应热、降低级间高温反应气体的温度，又能将单级反应床层的反应温升控制在50℃以内(最好是控制在40℃以内)。同时，通过增设级间急冷设施，能将进入下一级移动床反应器的物流温度控制在要求的范围内。

一级急冷混合器的数量和二级急冷混合器的数量，第一急冷进料的股数和第二急冷进料的股数，均比多级移动床反应器的总级数少1。

多级移动床反应器中，最后一级移动床反应器出来的反应产物经脱酸、能量回收以及脱除氧化物后，送至分离区。

采用本发明，具有如下的有益效果：(1)本发明用于移动床反应器的急冷方法，将来自上一级移动床反应器的高温反应气体于移动床反应器外依次在一级急冷混合器和二级急冷混合器内与第一急冷进料和第二急冷进料充分混合，温度降低至要求的范围之内后再送入下一级移动床反应器。甲醇醚化反应器出口物流不经热量综合利用使温度降低、直接作为第一急冷进料，相态为单一的气相，作为第二急冷进料的稀释剂的相态也为单一的气相；因为可以避免现有技术中冷却后的急冷原料为气液两相流而存在的气液两相不容易根据需要的流量均匀分配的问题，所以本发明易于控制一级急冷混合器混合物和二级急冷混合器混合物的温度，尤其是易于将各股二级急冷混合器混合物的温度控制得比较稳定、防止该温度出现波动。这样，就易于平稳控制各下级移动床反应器的物流入口温度，易于稳定各下级移动床反应器的反应温度。(2)与现有技术相比，本发明不设置热量综合利用装置对甲醇醚化反应器出口物流和甲醇原料进行换热，没有这一部分的较高投资和复杂操作。本发明虽然在每相邻的两个移动床反应器之间多使用一个急冷混合器，但急冷混合器属于小型设备，其投资较低，操作也比较简单。

本发明主要用于甲醇转化制丙烯领域的移动床反应器的急冷，能够有效地移除甲醇制丙烯反应热、维持反应的稳定性、提高丙烯选择性。本发明不需要在移动床反应器内设置换热部件，使反应器的结构简单且急冷效果好，提高了操作的可行性。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明用于移动床反应器急冷方法的流程示意图。

图2是本发明提出的一级急冷混合器的结构示意图。

图3是本发明提出的二级急冷混合器的结构示意图。

图1至图3中，相同附图标记表示相同的技术特征。

具体实施方式

参见图1，所示的多级移动床反应器为3级移动床反应器，包括串连安装的第一级移动床反应器21、第二级移动床反应器22、第三级移动床反应器23。在相邻的第一级移动床反应器21和第二级移动床反应器22中，第一级移动床反应器21为上一级移动床反应器，第二级移动床反应器22为下一级移动床反应器，两个移动床反应器之间设有串连安装的一级急冷混合器6和二级急冷混合器7。在相邻的第二级移动床反应器22和第三级移动床反应器23中，第二级移动床反应器22为上一级移动床反应器，第三级移动床反应器23为下一级移动床反应器，两个移动床反应器之间也设有串连安装的一级急冷混合器6和二级急冷混合器7。

本发明用于移动床反应器的急冷方法是，将甲醇醚化反应器1的出口物流分成3股，一股作为3级移动床反应器中第一级移动床反应器21的进料，与返回烃8(主要组成是碳2、碳4、碳5、碳6)和稀释剂9混合并在加热装置5中加热后(一般是加热至450～480℃)进入第一级移动床反应器21，与催化剂错流接触发生转化反应。

甲醇醚化反应器1出口物流的其余2股作为第一急冷进料，分别进入第一级移动床反应器21与第二级移动床反应器22之间的一级急冷混合器6和第二级移动床反应器22与第三级移动床反应器23之间的一级急冷混合器6，与分别进入这两个一级急冷混合器6的来自第一级移动床反应器21和第二级移动床反应器22的高温反应气体混合。在各一级急冷混合器6内形成的一级急冷混合器混合物进入与相应的一级急冷混合器6串连安装的二级急冷混合器7，与进入二级急冷混合器7的作为第二急冷进料的稀释剂9混合。在各二级急冷混合器7内形成的二级急冷混合器混合物分别进入第二级移动床反应器22和第三级移动床反应器23，与催化剂错流接触发生转化反应。

在上述的急冷方法中，甲醇醚化反应器1的出口物流为包括甲醇、二甲醚和水的平衡混合物，温度一般为220～300℃，相态为气相。第一级移动床反应器21和第二级移动床反应器22的高温反应气体均为包括二甲醚、水和碳2～碳6烃以及少量甲醇、甲烷、碳7以上烃的混合物，温度一般均为480～530℃。稀释剂9为0.5～1.0MPa的饱和工艺水蒸汽。由各一级急冷混合器6流出的一级急冷混合器混合物的温度一般为475～500℃，由各二级急冷混合器7流出的二级急冷混合器混合物的温度一般为450～470℃。

与二级急冷混合器7的第二急冷进料入口和二级急冷混合器混合物出口相连的装置管道上分别设有温控阀4和温度变送器3，组成温度控制回路，通过调节第二急冷进料的流量来调节控制由二级急冷混合器7流出的二级急冷混合器混合物的温度。

第三级移动床反应器23为最后一级移动床反应器，由其出来的反应产物10经脱酸、能量回收以及脱除氧化物后，送至分离区。

CN102240527A所述的急冷混合器，为其图2和图3所示的管道输送混合器以及图4和图5所示的管道夹套混合器。其中的管道输送混合器，原料主入口和混合流出口位于管道本体的两端，原料辅入口(走急冷原料)垂直连接于管道本体上。在管道本体的内壁上焊接有螺旋导流板，以对混合器内的气体进行导流扰动，提高混合和传热的综合效果。驱动喷嘴位于原料辅入口处。管道夹套混合器，同样在管道本体的内壁上焊接有螺旋导流板，且在管道本体的外壁上焊接有半管夹套(走急冷原料)。由于使用了螺旋导流板和半管夹套，且在管道本体的内壁上焊接螺旋导流板比较困难、螺旋导流板和半管夹套与管道本体内外壁的焊接长度较长，使这两种急冷混合器的制造难度较大。

为此，本发明提出了新型结构的一级急冷混合器6(如图2所示)和二级急冷混合器7(如图3所示)。一级急冷混合器6和二级急冷混合器7均设有同轴设置的第一管体11和第二管体12(均为圆管)。第一管体11和第二管体12的两端均有一个入口和一个出口并在入口端和出口端焊接法兰，第一管体11的出口端与第二管体12的入口端通过法兰相连。第二管体12内与其同轴设置有截头圆锥面形的分布器13，分布器13的一端敝口、另一端封闭，侧面上设有开孔。分布器13敞口端的边缘连接于第二管体12的入口端。一级急冷混合器6与二级急冷混合器7在结构上的主要不同之处是：一级急冷混合器6的第一管体11上垂直设有第一急冷进料入口管16(圆管)，其顶部入口为第一急冷进料入口。二级急冷混合器7的第一管体11上垂直设有第二急冷进料喷嘴17，第二急冷进料喷嘴17为圆管，其上设有一个喷孔170，底部设有封头。喷孔170位于第一管体11的轴心线位置，面向第一管体11的出口。第二急冷进料喷嘴17的顶部入口为第二急冷进料入口。一级急冷混合器6中第一管体11的入口14为上一级移动床反应器高温反应气体的入口，第二管体12的出口15为一级急冷混合器混合物的出口；二级急冷混合器7中第一管体11的入口14为一级急冷混合器混合物的入口，第二管体12的出口15为二级急冷混合器混合物的出口。

一级急冷混合器6和二级急冷混合器7中，第一管体11和第二管体12的横截面积(按两个管体的内径计算)相等；本发明所述的内径为内直径。分布器13的长度L一般为500～1500毫米，锥角θ一般为20～60度。分布器13上的开孔为圆形，垂直于分布器13的侧面均匀开设，开孔面积一般为第二管体12横截面积的1～1.25倍。一级急冷混合器6中分布器13上开孔的直径一般为4～8毫米，二级急冷混合器7中分布器13上开孔的直径一般为2～6毫米。

二级急冷混合器7中，第二急冷进料喷嘴17上的喷孔170通常为矩形或椭圆形，矩形的长边或椭圆的长轴与第二急冷进料喷嘴17的轴心线垂直。喷孔170的中心位于二级急冷混合器7中第一管体11的轴心线上，且喷孔170相对于该轴心线对称。喷孔170的面积为第二急冷进料喷嘴17横截面积(按第二急冷进料喷嘴17的内径计算)的0.4～0.6倍，第二急冷进料喷嘴17的内径一般为10～80毫米。喷孔170的形状，是指喷孔170在垂直于第一管体11轴心线的平面上投影的形状，喷孔170的面积按其在该平面上投影的面积确定。

本发明的一级急冷混合器6和二级急冷混合器7中，分布器13敞口端的边缘可以直接焊接于第二管体12的入口端，之后再将第一管体11的出口端与第二管体12的入口端通过法兰相连(图略)。或者是如图2和图3所示，分布器13敞口端的边缘带有外翻的圆环形的折边，第二管体12入口端的端面带有圆环形的凹槽；将所述的折边放入凹槽后，再将第一管体11的出口端与第二管体12的入口端通过法兰相连。上述分布器13敞口端的边缘焊接于第二管体12的入口端，或者是将分布器13敞口端边缘的外翻折边放入第二管体12入口端端面的凹槽，都可以在第二管体12未与第一管体11连接时进行；且所述焊接的焊接长度较短，分布器13(包括其敞口端边缘的外翻折边)以及第二管体12入口端端面的凹槽也可以事先加工好。这使本发明一级急冷混合器6和二级急冷混合器7的制造较为容易。

二级急冷混合器7上的第二急冷进料喷嘴17可以直接焊接于第一管体11上(图略)。但最好是如图3所示，在二级急冷混合器7的第一管体11上垂直焊接一个立管19，立管19的顶部焊接立管法兰20；第二急冷进料喷嘴17穿过一个法兰盖18并与之焊接连接，之后将第二急冷进料喷嘴17插入二级急冷混合器7的第一管体11内，再将法兰盖18与立管法兰20连接。采用图3所示方案的优点是，第二急冷进料喷嘴17的安装与维修都比较方便。

本发明一级急冷混合器6和二级急冷混合器7中第一管体11的入口端和第二管体12的出口端，以及一级急冷混合器6中第一急冷进料入口管16的入口端和二级急冷混合器7中第二急冷进料喷嘴17的入口端，均通过法兰与相关的装置管道相连；这使本发明一级急冷混合器6和二级急冷混合器7的安装十分方便。本发明的一级急冷混合器6和二级急冷混合器7还具有结构与操作简单、操作弹性大、设备投资较低等优点。

本发明的一级急冷混合器6在使用时，来自上一级移动床反应器(例如图1所示的第一级移动床反应器21)的高温反应气体经一级急冷混合器6中第一管体11的入口14进入第一管体11，第一急冷进料经第一急冷进料入口管16进入第一管体11。第一急冷进料与高温反应气体混合后向分布器13流动，进入分布器13后从分布器13侧面上的开孔流出、撕裂成多股细小气流，再进入一级急冷混合器6中的第二管体12内。在一级急冷混合器6内形成的一级急冷混合器混合物最后由一级急冷混合器6中第二管体12的出口15流出。

本发明的二级急冷混合器7在使用时，来自一级急冷混合器6的一级急冷混合器混合物经二级急冷混合器7中第一管体11的入口14进入第一管体11，第二急冷进料(稀释剂9)经第二急冷进料喷嘴17的喷孔170进入第一管体11。第二急冷进料与一级急冷混合器混合物混合后向分布器13流动，进入分布器13后从分布器13侧面上的开孔流出、撕裂成多股细小气流，再进入二级急冷混合器7中的第二管体12内。在二级急冷混合器7内形成的二级急冷混合器混合物最后由二级急冷混合器7中第二管体12的出口15流出，进入下一级移动床反应器(例如图1所示的第二级移动床反应器22)。

本发明的一级急冷混合器6和二级急冷混合器7具有良好的气一气混合效果，气一气混合均匀，且介质流动阻力小、压降低。上一级移动床反应器的高温反应气体在这两个急冷混合器内能分别与第一急冷进料和第二急冷进料快速混合，达到降温效果。但本发明并不限于使用上述的急冷混合器，也可以使用现有的能够实现气一气混合降温的急冷混合器。

Claims (4)

1.一种用于移动床反应器的急冷方法，将甲醇醚化反应器(1)的出口物流分成多股，一股作为多级移动床反应器中第一级移动床反应器的进料进入第一级移动床反应器发生转化反应，移动床反应器为甲醇转化制丙烯移动床反应器，其特征在于：在多级移动床反应器中，相邻的两个移动床反应器之间均设有串连安装的一级急冷混合器(6)和二级急冷混合器(7)，甲醇醚化反应器(1)出口物流的其余各股作为第一急冷进料分别进入各一级急冷混合器(6)，与来自上一级移动床反应器的高温反应气体混合，在各一级急冷混合器(6)内形成的一级急冷混合器混合物进入与相应的一级急冷混合器(6)串连安装的二级急冷混合器(7)，与进入二级急冷混合器(7)的作为第二急冷进料的稀释剂(9)混合，在各二级急冷混合器(7)内形成的二级急冷混合器混合物分别进入下一级移动床反应器发生转化反应；

甲醇醚化反应器(1)的出口物流的温度为220～300℃，相态为气相，上一级移动床反应器的高温反应气体的温度为480～530℃，稀释剂(9)是表压为0.5～1.0MPa的饱和工艺水蒸汽，由各一级急冷混合器(6)流出的一级急冷混合器混合物的温度为475～500℃，由各二级急冷混合器(7)流出的二级急冷混合器混合物的温度为450～470℃。

2.根据权利要求1所述的急冷方法，其特征在于：多级移动床反应器的总级数为2级～10级。

3.根据权利要求1或2所述的急冷方法，其特征在于：一级急冷混合器(6)设有同轴设置的第一管体(11)和第二管体(12)，第一管体(11)和第二管体(12)的两端均有一个入口和一个出口并在入口端和出口端焊接法兰，第一管体(11)的出口端与第二管体(12)的入口端通过法兰相连，第二管体(12)内与其同轴设置有截头圆锥面形的分布器(13)，分布器(13)的一端敞口、另一端封闭，侧面上设有开孔，分布器(13)敞口端的边缘连接于第二管体(12)的入口端，第一管体(11)上设有第一急冷进料入口管(16)。

4.根据权利要求1或2所述的急冷方法，其特征在于：二级急冷混合器(7)设有同轴设置的第一管体(11)和第二管体(12)，第一管体(11)和第二管体(12)的两端均有一个入口和一个出口并在入口端和出口端焊接法兰，第一管体(11)的出口端与第二管体(12)的入口端通过法兰相连，第二管体(12)内与其同轴设置有截头圆锥面形的分布器(13)，分布器(13)的一端敞口、另一端封闭，侧面上设有开孔，分布器(13)敞口端的边缘连接于第二管体(12)的入口端，第一管体(11)上设有第二急冷进料喷嘴(17)，其上设有一个喷孔(170)，喷孔(170)位于第一管体(11)的轴心线位置，面向第一管体(11)的出口。