CN107400532A - 甲醇制低碳烯烃装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种甲醇制低碳烯烃装置，包括：沉降器，沉降器内设置有沉降空间；再生器，再生器内设置有再生空间，沉降空间与再生空间可选择地连通；提升管反应器，提升管反应器的第一端与沉降空间连通，提升管反应器的第二端设置有甲醇原料入口和再生催化剂斜管，提升管反应器通过再生催化剂斜管与再生器连通。本发明的甲醇制低碳烯烃装置工作时，甲醇通过甲醇原料入口进入提升管反应器底部，再生器中的高温催化剂通过再生催化剂斜管进入提升管反应器底部，甲醇与高温催化剂在提升管反应器底部相遇并快速反应，从而缩短了甲醇与催化剂的反应时间，减少了二次反应的发生，提高了低碳烯烃的选择性。

Description

甲醇制低碳烯烃装置
技术领域
本发明涉及甲醇制低碳烯烃技术领域，具体而言，涉及一种甲醇制低碳烯烃装置。
背景技术
低碳烯烃(乙烯、丙烯和丁烯等)是现代化学工业中重要的基础有机原料。长期以来，低碳烯烃主要依赖传统的石脑油或轻柴油的高温裂解及催化裂化装置副产的LPG来生产，即所谓的石油路线。但是石油资源储量有限，国际油价的频繁波动极大地影响着低碳烯烃的成本，并制约着烯烃及其下游工业的发展。世界许多国家已经开始致力于非石油路线制低碳烯烃工艺技术开发。我国石油资源短缺，随着我国经济的快速发展，低碳烯烃的产量远低于市场需求，需要依靠大量进口低碳烯烃及其衍生物来弥补市场缺口。
而我国煤炭资源相对丰富，使用煤为原料，通过煤气化、合成气制甲醇，再将甲醇转化为乙烯、丙烯和丁烯等低碳烯烃(MTO)，不仅开辟了一条生产低碳烯烃的新途径，而且可使烯烃价格摆脱石油产品的影响，降低了我国生产低碳烯烃对石油资源的依赖，同时也在一定程度上降低了低碳烯烃的生产成本。
虽然MTO技术的研究和产业化开发已经取得了重大进展，但是催化剂性能仍有进一步提高的空间。活性更高(反应速度更快)、选择性、耐磨性等性能更优的MTO催化剂正在不断地被研发出来。对于性能越来越优良的MTO催化剂来说，严格控制甲醇与催化剂的反应接触时间以减少副反应和过多的二次反应、提高目标产品选择性和收率非常重要，因此目前常用的密相流化床反应器难以充分发挥新型高效催化剂的优势，需要开发出一种能适应高活性、高强耐磨、高选择性催化剂需求的新式MTO反应、分离及催化剂再生装置。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种甲醇制低碳烯烃装置，以解决甲醇制低碳烯烃过程中高效催化剂的反应时间过长而产生过多二次反应的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种甲醇制低碳烯烃装置，包括：沉降器，沉降器内设置有沉降空间；再生器，再生器内设置有再生空间，沉降空间与再生空间可选择地连通；提升管反应器，提升管反应器的第一端与沉降空间连通，提升管反应器的第二端设置有甲醇原料入口和再生催化剂斜管，提升管反应器通过再生催化剂斜管与再生器连通。
进一步地，甲醇制低碳烯烃装置还包括集气室，集气室设置在沉降器的远离再生器的一端，集气室与沉降器相导通。
进一步地，沉降器包括：快速分离器，快速分离器安装在提升管反应器的第一端，快速分离器用于将提升管反应器内反应结束的待生催化剂与制得的低碳烯烃分离。进一步地，沉降器还包括：沉降器旋风分离器，沉降器旋风分离器的第一端与集气室连通，沉降器旋风分离器的第二端埋设在沉降空间内的待生催化剂的密相床层中。
进一步地，第一分离部为气固快速分离器，沉降器第二分离部为二级旋风分离器。
进一步地，沉降器包括沉降壳体，沉降壳体围设形成沉降空间，沉降空间包括：沉降段，沉降段的远离再生器的一端与集气室相导通；汽提段，汽提段设置在沉降空间的底部，汽提段设置有汽提蒸汽入口，汽提蒸汽入口用于导入汽提蒸汽。
进一步地，汽提段的半径小于沉降段的半径。
进一步地，沉降段处的沉降壳体与汽提段处的沉降壳体之间设置有过渡锥面。
进一步地，汽提段内部设置有汽提挡板，汽提挡板安装在沉降壳体的内壁上。
进一步地，汽提挡板为多个，汽提挡板包括折弯板，折弯板的折弯角朝向甲醇制低碳烯烃装置的底端设置。
进一步地，再生器包括再生壳体，再生壳体围设形成再生空间，再生器还包括：主风入口，主风入口设置在再生壳体的底部，主风入口用于导入压缩空气；再生烟气出口，再生烟气出口设置在再生器的远离主风入口的一端，再生烟气出口与再生空间相导通。
进一步地，再生器还包括再生器主风分布器，再生器主风分布器安装在再生壳体靠近主风入口的一侧，再生器主风分布器用于分配从主风入口进入的压缩空气。
进一步地，再生器还包括再生器两级旋风分离器，再生器两级旋风分离器的第一端与再生烟气出口连通，再生器两级旋风分离器的第二端处于再生器内部的稀相段上部。
进一步地，沉降器还包括待生立管，待生立管的第一端与汽提段连通，待生立管的第二端伸入到再生器内部的密相床层中。
进一步地，沉降器还包括待生塞阀，待生塞阀设置在待生立管的第二端出口处。
进一步地，待生立管与再生壳体之间设置有环间隙。
进一步地，甲醇制低碳烯烃装置还包括汽提段夹套，汽提段夹套的第一端与沉降壳体的外壁连接，汽提段夹套的第二端与再生壳体的外壁连接，汽提段夹套与沉降壳体和再生壳体形成防漏空间，汽提段夹套上设置有进风口，压缩空气通过环间隙进入再生器，以避免含有催化剂的高温再生烟气向外泄露。
应用本发明的技术方案，本发明的甲醇制低碳烯烃装置工作时，甲醇通过甲醇原料入口进入提升管反应器底部，再生器中的高温催化剂通过再生催化剂斜管进入提升管反应器底部，甲醇与高温催化剂在提升管反应器底部相遇并快速反应，从而缩短了甲醇与催化剂的反应时间，减少了二次反应的发生，提高了低碳烯烃的选择性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示意性示出了本发明的甲醇制低碳烯烃装置的整体结构图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、沉降器；11、快速分离器；12、旋风分离器；13、沉降壳体；14、沉降段；15、汽提段；151、汽提蒸汽入口；152、汽提挡板；16、过渡锥面；17、待生立管；20、再生器；21、再生壳体；22、主风入口；23、再生烟气出口；24、再生器两级旋风分离器；25、待生塞阀；26、环间隙；27、再生器主风分布器；30、提升管反应器；31、甲醇原料入口；32、再生催化剂斜管；40、集气室；50、汽提段夹套；51、进风口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。
例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
正如背景技术中所说的，对于性能越来越优良的MTO催化剂来说，严格控制甲醇与催化剂的反应接触时间以减少副反应和过多的二次反应、提高目标产品选择性和收率非常重要，因此目前常用的密相流化床反应器难以充分发挥新型高效催化剂的优势。为了解决上述问题，参见图1所示，本发明提供了一种甲醇制低碳烯烃装置，该甲醇制低碳烯烃装置包括沉降器10、再生器20和提升管反应器30，其中，沉降器10内设置有沉降空间，沉降空间内部包括密相段和稀相段；再生器20内设置有再生空间，沉降空间与再生空间可选择地连通；提升管反应器30的第一端与沉降空间连通，提升管反应器30的第二端设置有甲醇原料入口31和再生催化剂斜管32，提升管反应器30通过再生催化剂斜管32与再生器连通。工作时，工作人员通过甲醇原料入口将甲醇输入到提升管反应器中，此时再生器中的高温催化剂通过再生催化剂斜管进入提升管反应器底部，甲醇与高温催化剂在提升管反应器中相遇并快速反应，有效地缩短了甲醇与催化剂的反应时间，减少了二次反应的发生，提高了低碳烯烃的选择性。
为了将产生的产品气体引出，优选地，本发明中的甲醇制低碳烯烃装置还包括集气室40，集气室40设置在沉降器10的远离再生器20的一端，集气室40与沉降器10相导通。工作时，甲醇与高温催化剂在提升管反应器30内发生反应，并产生产品气体，通过集气室40将产品气体汇集并引出。
提升管反应器内的甲醇制低碳烯烃反应过程中，为了将产品气体与固态的经过反应的表面覆盖焦炭的催化剂，即待生催化剂分离开。优选地，本发明中的沉降器10包括快速分离器11，快速分离器11安装在提升管反应器30的第一端，快速分离器11用于将提升管反应器30内反应结束的待生催化剂与制得的低碳烯烃等反应产物进行快速分离。提升管反应器内发生反应的同时，制得的低碳烯烃以及待生催化剂通过快速分离器11分开。
为了提高反应产物与待生催化剂的分离效果，进一步将沉降器内部的产品气体引出而尽量减少反应产物携带的催化剂，本发明中的快速分离器11为气固快速分离器，旋风分离器12为二级旋风分离器。优选地，沉降器10还包括沉降器旋风分离器12，沉降器旋风分离器12的第一端，即第二级旋风分离器出口处与集气室40连通，沉降器旋风分离器12的第二端，即第一级旋风分离器的入口处于沉降器稀相段上部。一、二级旋风分离器料腿插入沉降器10的催化剂密相床层中，为防止催化剂倒串，料腿中的待生催化剂的料位由靠重力作用的再生器旋风分离器料腿及再生料腿上的翼阀控制。
为了满足本发明中的快速分离器11的气固分离作用，也可以采用其他装置，本发明中快速分离器11采用的装置不唯一。
由于沉降器内部的待生催化剂表面还会吸附、少量携带反应产物，为了防止气相反应产物进入高温且含氧的再生器中，本发明中的沉降器10包括沉降壳体13，沉降壳体13围设形成沉降空间，沉降空间包括沉降段14和汽提段15，其中沉降段具体包括稀相段和密相段，沉降段14的远离再生器20的一端与集气室40相导通；汽提段15设置在沉降空间的底部，汽提段15设置有汽提蒸汽入口151，汽提蒸汽入口151用于导入汽提蒸汽。工作时，通过汽提蒸汽入口151导入汽提蒸汽以将待生催化剂表面的反应产物汽提走，实现对待生催化剂的汽提，保证了后续操作的安全。
为了提高汽提效率，优选地，汽提段15的半径小于沉降段14的半径。通过较小的半径使汽提过程更加集中。
为了使待生催化剂能够顺利的向下流动，并集中于汽提段，优选地，本发明中的沉降段14的沉降壳体13与汽提段15处的沉降壳体13之间设置有过渡锥面16。工作时，沉降壳体13内部的待生催化剂沿着过渡锥面16流入汽提段。
为了使本发明中的汽提段的汽提更加彻底，优选地，本发明中的汽提段15内部设置有汽提挡板152，汽提挡板152安装在沉降壳体内部汽提段的内壁上。工作时，通过汽提挡板152使汽提段15内部的待生催化剂分散，从而使汽提蒸汽与待生催化剂的接触面积增大，进而使汽提更加彻底。
为了进一步优化汽提效果，同时不妨碍待生催化剂的流动，优选地，本发明中的汽提挡板152为多个，汽提挡板152为折弯板，折弯板的折弯角朝向甲醇制低碳烯烃装置的底端设置。工作时，待生催化剂沿着折弯板的折弯角运动，从而能够顺利向下运动，与此同时，多块折弯板共同将待生催化剂分散，提高汽提效果。
本发明中的再生器20包括再生壳体21，再生壳体21围设形成再生空间，再生器20还包括主风入口22和再生烟气出口23，主风入口22设置在再生壳体的底部，主风入口22用于导入压缩空气；再生烟气出口23设置在再生器20的远离主风入口22的一端，再生烟气出口23与再生空间相导通，具体为通过集气室连通。工作时，工作人员将大量压缩空气通入至再生器20中，从再生器20底部通入压缩空气对待生催化剂进行烧焦再生。其中，经燃烧除去结焦的催化剂，称为再生催化剂。为了合理分配进入再生器20内部的压缩空气，优选地，再生器20还包括再生器主风分布器27，再生器主风分布器27安装在再生壳体21靠近主风入口22的一侧，再生器主风分布器27用于分配从主风入口22进入的压缩空气。
为了实现再生器内部的固气分离，使烧焦的烟气能够尽量少地携带催化剂，进而提高再生催化剂的使用时间、降低再生催化剂的跑损和消耗量，优选地，再生器20还包括再生器两级旋风分离器24，再生器两级旋风分离器24的第一端，即第二级旋风分离器出口，与再生烟气出口23连通，再生器两级旋风分离器24的第二端，即第一级旋风分离器入口，处于再生器内部的稀相段上部。其中，本发明中的再生器两级旋风分离器料腿插入再生器20的催化剂密相床层中，为防止催化剂倒串，料腿中的再生催化剂的料位由靠重力作用的再生器两级旋风分离器料腿及再生料腿上的翼阀控制。
本发明中的沉降器10还包括待生立管17，待生立管17的第一端与汽提段15连通，待生立管17的第二端伸入到再生器内部的密相床层中。其中待生立管即为待生催化剂下料立管。
为了实现对待生催化剂进入再生器的量及速率的控制，优选地，再生器20还包括待生塞阀25，待生塞阀25设置在待生立管17的第二端出口处。工作时，工作人员通过控制待生塞阀开度来控制待生催化剂进入到再生器密相床层的量。
为了提高本发明的甲醇制低碳烯烃装置整体性，以加强整体强度，本发明中的甲醇制低碳烯烃装置还包括汽提段夹套50，汽提段夹套50的第一端与沉降壳体13的外壁连接，汽提段夹套50的第二端与再生壳体21的外壁连接，汽提段夹套50与沉降壳体13和再生壳体21形成防漏空间，汽提段夹套50上设置有进风口51。
本发明中的待生立管17与再生壳体21之间设置有环间隙26。通过汽提段夹套50上设置的用于输送非净化风的进风口51向汽提段夹套中送入非净化风，由于非净化风的压力明显高于再生器内的压力，从而有效防止了再生器中的高温烟气从环间隙溢出，再生器20中的高温烟气不会从环间隙26中流出。
优选地，本发明中的提升管反应器的内径范围可根据生产规模的不同而选择150毫米到10000毫米；提升管反应器的甲醇原料入口处物料与催化剂的气固混合物流速为3～8米/秒，提升管反应器的出口即提升管出口快速分离器处物料与催化剂的气固混合物料流速为10～25米/秒；提升管反应器的甲醇原料入口处的催化剂密度为40～120公斤/立方米，出口处的催化剂密度为10～80公斤/立方米；提升管反应器的出口即提升管出口快速分离器处的温度为460～530℃(甲醇制低碳烯烃的反应温度)、再生器中的再生催化剂密相床层温度610～720℃(催化剂再生温度)；再生器压力(顶部压力)比沉降装置压力(顶部压力)略高，两个装置的压力均在0.1-0.3兆帕(表压)范围内。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明的甲醇制低碳烯烃装置工作时，甲醇通过甲醇原料入口进入提升管反应器，再生器中的催化剂通过再生催化剂斜管进入提升管底部，甲醇与高温催化剂在反应管中相遇并快速反应，从而缩短了甲醇与催化剂的反应时间，减少了二次反应的发生，提高了低碳烯烃的选择性。甲醇原料单耗得到降低，提高了反应的经济性。另外，由于沉降器只起到反应后的催化剂(待生催化剂)与反应产物分离的作用(而不是密相床反应器的作用)，因此沉降器直径和容量可以明显缩小，相应投资可以得到减少。并且由于沉降器和再生器的同轴式布置，与现有的并列式布置相比减少了装置占地面积。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种甲醇制低碳烯烃装置，其特征在于，包括：
沉降器(10)，所述沉降器(10)内设置有沉降空间；
再生器(20)，所述再生器(20)内设置有再生空间，所述沉降空间与所述再生空间可选择地连通；
提升管反应器(30)，所述提升管反应器(30)的第一端与所述沉降空间连通，所述提升管反应器(30)的第二端设置有甲醇原料入口(31)和再生催化剂斜管(32)，所述提升管反应器(30)通过所述再生催化剂斜管(32)与所述再生器(20)连通。
2.根据权利要求1所述的甲醇制低碳烯烃装置，其特征在于，所述甲醇制低碳烯烃装置还包括集气室(40)，所述集气室(40)设置在所述沉降器(10)的远离所述再生器(20)的一端，所述集气室(40)与所述沉降器(10)相导通。
3.根据权利要求2所述的甲醇制低碳烯烃装置，其特征在于，所述沉降器(10)包括：
快速分离器(11)，所述快速分离器(11)安装在所述提升管反应器(30)的第一端，所述快速分离器(11)用于将所述提升管反应器(30)内反应结束的待生催化剂与制得的低碳烯烃进行分离。
4.根据权利要求3所述的甲醇制低碳烯烃装置，其特征在于，所述沉降器(10)还包括：沉降器旋风分离器(12)，所述沉降器旋风分离器(12)的第一端与所述集气室(40)连通，所述沉降器旋风分离器(12)的第二端埋设在所述沉降空间内的待生催化剂的密相床层中。
5.根据权利要求4所述的甲醇制低碳烯烃装置，其特征在于，所述快速分离器(11)为气固快速分离器，所述沉降器旋风分离器(12)为二级旋风分离器。
6.根据权利要求2所述的甲醇制低碳烯烃装置，其特征在于，所述沉降器(10)包括沉降壳体(13)，所述沉降壳体(13)围设形成所述沉降空间，所述沉降空间包括：
沉降段(14)，所述沉降段(14)的远离所述再生器(20)的一端与所述集气室(40)相导通；
汽提段(15)，所述汽提段(15)设置在所述沉降空间的底部，所述汽提段(15)设置有汽提蒸汽入口(151)，所述汽提蒸汽入口(151)用于导入汽提蒸汽。
7.根据权利要求6所述的甲醇制低碳烯烃装置，其特征在于，所述汽提段(15)的半径小于所述沉降段(14)的半径。
8.根据权利要求7所述的甲醇制低碳烯烃装置，其特征在于，所述沉降段(14)处的沉降壳体(13)与所述汽提段(15)处的沉降壳体(13)之间设置有过渡锥面(16)。
9.根据权利要求6所述的甲醇制低碳烯烃装置，其特征在于，所述汽提段(15)内部设置有汽提挡板(152)，所述汽提挡板(152)安装在所述沉降壳体的内壁上。
10.根据权利要求9所述的甲醇制低碳烯烃装置，其特征在于，所述汽提挡板(152)为多个，所述汽提挡板(152)包括折弯板，所述折弯板的折弯角朝向所述甲醇制低碳烯烃装置的底端设置。
11.根据权利要求6所述的甲醇制低碳烯烃装置，其特征在于，所述再生器(20)包括再生壳体(21)，所述再生壳体(21)围设形成所述再生空间，所述再生器(20)还包括：
主风入口(22)，所述主风入口(22)设置在所述再生壳体的底部，所述主风入口(22)用于导入压缩空气；
再生烟气出口(23)，所述再生烟气出口(23)设置在所述再生器(20)的远离所述主风入口(22)的一端，所述再生烟气出口(23)与所述再生空间相导通。
12.根据权利要求11所述的甲醇制低碳烯烃装置，其特征在于，所述再生器(20)还包括再生器主风分布器(27)，所述再生器主风分布器(27)安装在所述再生壳体(21)靠近所述主风入口(22)的一侧，所述再生器主风分布器(27)用于分配从所述主风入口(22)进入的压缩空气。
13.根据权利要求11所述的甲醇制低碳烯烃装置，其特征在于，所述再生器(20)还包括再生器两级旋风分离器(24)，所述再生器两级旋风分离器(24)的第一端与所述再生烟气出口(23)连通，所述再生器两级旋风分离器(24)的第二端处于所述再生器(20)内部的稀相段上部。
14.根据权利要求11所述的甲醇制低碳烯烃装置，其特征在于，所述沉降器(10)还包括待生立管(17)，所述待生立管(17)的第一端与所述汽提段(15)连通，所述待生立管(17)的第二端伸入到所述再生器(20)内部的密相床层中。
15.根据权利要求14所述的甲醇制低碳烯烃装置，其特征在于，所述沉降器(10)还包括待生塞阀(25)，所述待生塞阀(25)设置在所述待生立管(17)的第二端出口处。
16.根据权利要求14所述的甲醇制低碳烯烃装置，其特征在于，所述待生立管(17)与所述再生壳体(21)之间设置有环间隙(26)。
17.根据权利要求16所述的甲醇制低碳烯烃装置，其特征在于，所述甲醇制低碳烯烃装置还包括汽提段夹套(50)，所述汽提段夹套(50)的第一端与所述沉降壳体(13)的外壁连接，所述汽提段夹套(50)的第二端与所述再生壳体(21)的外壁连接，所述汽提段夹套(50)与所述沉降壳体(13)和所述再生壳体(21)形成防漏空间，所述汽提段夹套(50)上设置有进风口(51)，压缩空气通过所述环间隙(26)进入再生器，以避免含有催化剂的高温再生烟气向外泄露。
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