CN107721791A - 一种甲醇制丙烯的制备系统及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种甲醇制丙烯的制备系统，包括：用于甲醇制二甲醚的第一反应器、用于二甲醚制丙烯的第二反应器、用于循环烃和水蒸气混合的混合装置、用于物料加热的加热装置、用于对第一反应器的出口物料进行分离的分离装置、用于向第二反应器的第二至最末催化剂床层输送物料的第一侧线管道和第二侧线管道、用于对第二反应器的出口物料进行分离的精制单元。本发明还提供利用该制备系统制备丙烯的制备方法。本发明的甲醇制丙烯的制备系统和制备方法，可控制催化剂床层的进料和温升，提高丙烯的收率，增加经济效益。

Description

一种甲醇制丙烯的制备系统及制备方法
技术领域
本发明属于天然气化工和煤化工领域，特别是一种甲醇制丙烯的制备系统及制备方法。
背景技术
丙烯作为重要的石油化工基础原料，年需求量巨大，可用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷以及异丙醇等。目前，丙烯主要来自于石油加工中的轻油裂解/裂化工艺，而且以联产物或副产物方式得到，但随着“石油危机”问题的出现，势必会使丙烯在原料及产量上受到很大的限制。甲醇制丙烯(MTP)工艺是指以煤基或天然气基合成的甲醇为原料，在催化剂的作用下生产丙烯的化工工艺技术。针对我国富煤、贫油、少气的能源结构，MTP技术具有很好的应用前景和深远的战略意义。
德国鲁奇公司(Lurgi)是世界上将MTP技术成功工业化应用的公司，该技术的反应设备主要由二甲醚反应器和MTP反应器构成，其中，在二甲醚反应器中，原料甲醇转化生成含二甲醚、未反应甲醇和水的混合物流。在MTP反应器中，DME/MeOH(二甲醚/甲醇)混合物在沸石基催化剂(cat.2)作用下转化为烯烃，主要反应为：
在实际生产中，为提高丙烯收率，通常会将MTP反应器的产物经精制单元处理，以分离目标产物，并将分离后剩余的主要含有C2、C4、C5和C6组分的烃类物流作为循环烃产物流与水蒸气混合后从MTP反应器顶部送入反应器进行再次反应。从反应器顶部进入的循环烃产物流，往往含有除丙烯外的其他烯烃，经转化后可进一步提高丙烯收率。而在顶部进料中加入适量工艺蒸汽，一方面可作为放热反应的吸热物料，有助于控制催化剂床层的温升；另一方面，可起到延缓催化剂积碳失活的作用。
然而研究发现，将循环烃产物流从MTP反应器顶部引入MTP反应器进行再次反应，虽然可在一定程度上提高丙烯收率，但是提高程度有限。
此外，目前国内外已有多项专利技术涉及MTP技术领域，如中国专利CN101080373A，CN 101659592 A，CN101142156 A等，但都侧重在甲醇制丙烯的工艺技术路线及其催化剂制备方法上，而就如何能提供一种新的甲醇制丙烯的反应系统，并在其基础上进一步提高丙烯收率的关键技术却鲜有报导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种甲醇制丙烯的制备系统及制备方法，以提高丙烯收率。
为实现上述发明目的的一个方面，本发明采用如下技术方案：
一种甲醇制丙烯的制备系统，包括：
第一反应器，用于进行甲醇合成二甲醚反应，以得到第一产物流；所述第一产物流包括二甲醚、水以及未反应的甲醇；
第二反应器，用于进行所述第一产物流制丙烯反应，以得到第二产物流；并且在所述第二反应器内沿纵向设有多个催化剂床层；
混合装置，用于使来自水蒸汽管线与循环烃产物流管线的物料混合，以得到烃汽混合物；
加热装置，用于将来自所述第一反应器的部分第一产物流与来自所述混合装置的部分烃汽混合物加热升温，并送至第一催化剂床层；
分离装置，用于对来自所述第一反应器的部分第一产物流进行分离，以得到轻组分产物流和重组分产物流；
第一侧线管道，用于接收来自所述分离装置的轻组分产物流与来自所述混合装置的部分烃汽混合物，并将接收的物料分别送至第二至最末催化剂床层；
第二侧线管道，用于接收来自所述分离装置的重组分产物流，并将接收的物料分别送至第二至最末催化剂床层；和
精制单元，用于对所述第二产物流进行分离，以得到包含C2、C4、C5和C6组分的循环烃产物流，将所述循环烃产物流通过所述循环烃产物流管线送入所述混合装置中水蒸汽管线。
优选地，所述催化剂床层共有4-8个，比如6个。
为实现上述发明目的的另一方面，本发明采用以下技术方案：
一种利用上述制备系统进行甲醇制丙烯的制备方法，包括：
利用第一反应器进行甲醇制二甲醚反应，以得到第一产物流；所述第一产物流包括二甲醚、水以及未反应的甲醇；
利用第二反应器进行所述第一产物流制丙烯的反应，以得到第二产物流；
将所述第一产物流分为第一部分产物流和第二部分产物流，利用分离装置对所述第一部分产物流进行分离，以得到轻组分产物流和重组分产物流；
利用混合装置对来自水蒸汽管线与循环烃产物流管线的物料进行混合，并将得到的烃汽混合物分为第一部分烃汽混合物和第二部分烃汽混合物；
利用加热装置对将所述第一部分产物流与所述第一部分烃汽混合物进行加热升温，并将其送至所述第一催化剂床层；
利用第一侧线管道接收所述轻组分产物流与所述第二部分烃汽混合物，并将接收的物料从所述第二反应器的一侧分别送至第二至最末催化剂床层；
利用第二侧线管道接收所述重组分产物流，并将接收的物料从所述第二反应器的另一侧分别送至第二至最末催化剂床层；和
利用精制单元对所述第二产物流进行分离得到包含C2、C4、C5和C6组分的循环烃产物流，并将所述循环烃产物流通过所述循环烃产物流管线送入所述混合装置中水蒸汽管线。
优选地，所述循环烃产物流中C2、C4、与C5～C6烃的质量比为1:(5-15):(20-35)。
优选地，输入所述加热装置的第一部分烃汽混合物与输入所述第一侧线管道的第二部分烃汽混合物的质量比为(1-3):1。
优选地，输入所述分离装置的第一部分产物流与输入所述加热装置的第二部分产物流的质量比为(85-95):(5-15)，比如89:11。
优选地，反应时，控制所述催化剂床层的温升为10-30℃。
优选地，所述催化剂床层的热点温度为460-490℃。
优选地，所述分离装置分离得到的轻组分产物流中二甲醚含量不小于70wt％，得到的重组分产物流中二甲醚的含量不大于20wt％。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的甲醇制丙烯的制备系统，通过将循环烃和水蒸汽的烃汽混合物分别送入各催化剂床层，以缩小各床层的进料差异，有利于使各催化剂床层的反应条件基本保持一致，进而可以在反应过程中将催化剂床层的温升控制在10-30℃，热点温度控制在460-490℃，既避免了飞温现象又有利于使催化剂床层整体保持较高的活性，提高原料利用率和丙烯产率；
(2)另一方面，本发明将第一产物流分为两部分并分别送至不同催化剂床层，虽然不利于缩小各床层的进料产异性，但研究发现将部分未分离的第一产物流直接送入第一催化剂床层，可进一步利用其中甲醇与二甲醚的反应平衡，提高丙烯的收率，降低经济损耗。
附图说明
图1是本发明的制备系统在一种实施方式的工艺流程图；
图2是对比例中甲醇制丙烯的制备系统的工艺流程图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案及其效果做进一步说明。以下实施例仅用于说明本发明的内容，并不用于限制本发明的保护范围。应用本发明的构思对本发明进行的简单改变都在本发明要求保护的范围内。
如图1所示，本发明的甲醇制丙烯的制备系统，包括：
第一反应器2，用于进行甲醇合成二甲醚反应，以得到第一产物流；所述第一产物流包括二甲醚、水以及未反应的甲醇；所述第一反应器2可以为本领域常用的DME反应器；
第二反应器13，用于进行所述第一产物流制丙烯反应，以得到第二产物流；并且在所述第二反应器13内沿纵向设有多个催化剂床层14，优选4-8个，比如6个；所述第二反应器13可以为本领域常用的MTP反应器；所述第二产物流中主要包含C2、C4、C5和C6烃，以及作为主要产物的丙烯；
混合装置17，用于使来自水蒸汽管线9与循环烃产物流管线8的物料混合，以得到烃汽混合物；所述混合装置17为本领域常用的混合设备；
加热装置12，用于将来自所述第一反应器2的部分第一产物流与来自所述混合装置17的部分烃汽混合物加热升温，并送至第一催化剂床层；所述加热装置12为本领域常用的用于加热的装置，比如加热器、加热炉；
分离装置5，用于对来自所述第一反应器2的部分第一产物流进行分离，以得到轻组分产物流和重组分产物流；所述分离装置5可以为本领域常用的可用于轻重组分分离的装置，比如DME分离器；
第一侧线管道18，用于接收来自所述分离装置5的轻组分产物流与来自所述混合装置17的部分烃汽混合物，并将接收的物料分别送至第二至最末催化剂床层；
第二侧线管道7，用于接收来自所述分离装置5的重组分产物流，并将接收的物料分别送至第二至最末催化剂床层；和
精制单元19，用于对所述第二产物流分离，在分离出目标产物丙烯后，得到包含C2、C4、C5和C6组分的循环烃产物流，将所述循环烃产物流通过所述循环烃产物流管线8送入所述混合装置17中。
在一种实施方式中，所述催化剂床层14共有4-8个，比如6个。
运行时，原料甲醇经原料进料管线1输入第一反应器2中进行反应产生二甲醚(DEM)，来自第一反反应器2的第一产物流(包括未完全反应的甲醇、反应产生的二甲醚和少量的水)进一步分为两部分，其中一部分经管线输入分离装置5中进行分离，在顶部得到轻组分产物流(包括二甲醚和少量甲醇)，在底部得到重组分产物流(包括水和少量甲醇)；另一部分经管线41输入加热装置12中。来自循环烃产物流管线8的循环烃和来自水蒸汽管线9的水蒸汽进入混合装置17混合得到烃气混合物，所述烃气混合物分为两部分，其中一部分经管线16送入加热装置12中与来自管线41的物料混合、升温。
来自所述加热装置12的物料经管线10从所述第二反应器13顶部的进气口送至第一催化剂床层，以合成丙烯；来自所述分离装置5的轻组分产物流经管线6输出，并与烃汽混合物的另一部分混合后，经第一侧线管道18从所述第二反应器13的一侧分别送至第二至最末催化剂床层，以合成丙烯；来自所述分离装置5的重组分产物流(即液相物料，包括水和少量甲醇)经第二侧线管道7从所述第二反应器13的另一侧分别送至第二至最末催化剂床层，以调控床层温度，例如第一侧线管道18和第二侧线管道7上均设置有控制阀，通过对不同的床层进料分别进行控制，以使各床层的温升基本一致。
反应进料在第二反应器内进行催化反应，得到含有丙烯的第二产物流，所述第二产物流经管线11输出至精制单元19，经分离得到包含C2、C4、C5和C6组分的循环烃产物流和主要产物丙烯，所述循环烃产物流进一步通过所述循环烃产物流管线8送入所述混合装置17中，以循环利用。
为了用甲醇制备丙烯，可利用如上述的制备系统按照如下的制备方法进行：
利用第一反应器2进行甲醇制二甲醚反应，以得到第一产物流；所述第一产物流包括二甲醚、水以及未反应的甲醇；
利用第二反应器13进行所述第一产物流制丙烯的反应，以得到第二产物流；
将所述第一产物流分为第一部分产物流和第二部分产物流，利用分离装置5对所述第一部分产物流进行分离，以得到轻组分产物流和重组分产物流；
利用混合装置17对来自水蒸汽管线9与循环烃产物流管线8的物料进行混合，并将得到的烃汽混合物分为第一部分烃汽混合物和第二部分烃汽混合物；
利用加热装置12对将所述第一部分产物流与所述第一部分烃汽混合物进行加热升温，并将其送至所述第一催化剂床层；
利用第一侧线管道18接收所述轻组分产物流与所述第二部分烃汽混合物，并将接收的物料从所述第二反应器13的一侧分别送至第二至最末催化剂床层；
利用第二侧线管道7接收所述重组分产物流，并将接收的物料从所述第二反应器13的另一侧分别送至第二至最末催化剂床层；和
利用精制单元19对所述第二产物流进行分离得到包含C2、C4、C5和C6组分的循环烃产物流，并将所述循环烃产物流通过所述循环烃产物流管线8送入所述混合装置17中。
在一种实施方式中，所述循环烃产物流中C2、C4、与C5～C6烃的质量比为1:(5-15):(20-35)。C2、C4、与C5～C6烃的质量比是指C2、C4、与C5和C6烃的总质量的质量比，若C2烃的质量份数为1，则C4烃的质量份数为5-15，C5和C6烃的质量份数之和为20-35。
在一种实施方式中，输入所述加热装置12的第一部分烃汽混合物与输入所述第一侧线管道18的第二部分烃汽混合物的质量比为(1-3):1。
在一种实施方式中，输入所述分离装置5的第一部分产物流与输入所述加热装置12的第二部分产物流的质量比为(85-95):(5-15)，比如89:11。
刚进入单个催化剂床层14时的物料温度较低，但是由于第二反应器13内的反应为放热反应，随着进入该单个催化剂床层14的物料在其中发生反应而放热，该单个催化剂床层14的温度逐渐升高，从而使得催化剂床层出现温升。在一种实施方式中，反应时，控制所述催化剂床层14的温升为10-30℃。
在本发明中，MTP反应器中的各催化剂床层的热点温度可以相同也可以不同，在一种实施方式中，反应时，控制所述催化剂床层14的热点温度为460-490℃。所述催化剂床层的热点温度是指单个催化剂床层中温度最高点的温度。
在一种实施方式中，所述分离装置5分离得到的轻组分产物流中二甲醚含量不小于70wt％，得到的重组分产物流中二甲醚的含量不大于20wt％。
在一种实施方式中，所述分离装置5的分离条件为常压下35℃。
实施例1
利用如图1所示的甲醇制丙烯的制备系统制备丙烯，其中，第一反应器2的入口温度为270℃，出口温度是380℃，反应压力为1.4MPa，所用催化剂未Al2O3；分离装置5的分离条件为常压下35℃，分离装置5分离得到的轻组分产物流中二甲醚含量为80wt％，得到的重组分产物流中二甲醚的含量为15wt％；加热装置12的出口物料温度为430℃；输入所述分离装置5的第一部分产物流与输入所述加热装置12的第二部分产物流的质量比为89:11；输入加热装置12的第一部分烃汽混合物与输入第一侧线管道18的第二部分烃汽混合物的质量比为2.3:1；第二反应器13中，催化剂为ZSM-5、催化剂装填量为50吨、进料空速为1h-1、热点温度为480℃、温升为20℃。
对比例1
用如图2所示甲醇制丙烯的制备系统生产丙烯，除以下内容外，其余均与实施例1相同：
来自混合装置17的烃汽混合物全部输入加热装置12进行加热，加热后全部从顶部输入第二反应器13。
效果比较
实施例1与对比例1中，第二反应器13的出口物料中，气相组成如表1所示。
表1第一反应器出口物料的气相组成
由表1可知，本发明的制备系统，出口物料中，丙烯含量比较高，相对于对比例1，实施例1中制备系统的丙烯含量提高了4.91v％，以对比例1中制备系统的年产量为50万吨为例，实施例1中制备系统的年产量提高至57.5万吨，增加了7.5万吨，经济效益增加显著。

Claims (9)

1.一种甲醇制丙烯的制备系统，包括：
第一反应器(2)，用于进行甲醇合成二甲醚反应，以得到第一产物流；所述第一产物流包括二甲醚、水以及未反应的甲醇；
第二反应器(13)，用于进行所述第一产物流制丙烯反应，以得到第二产物流；并且在所述第二反应器(13)内沿纵向设有多个催化剂床层(14)；
混合装置(17)，用于使来自水蒸汽管线(9)与循环烃产物流管线(8)的物料混合，以得到烃汽混合物；
加热装置(12)，用于将来自所述第一反应器(2)的部分第一产物流与来自所述混合装置(17)的部分烃汽混合物加热升温，并送至第一催化剂床层；
分离装置(5)，用于对来自所述第一反应器(2)的部分第一产物流进行分离，以得到轻组分产物流和重组分产物流；
第一侧线管道(18)，用于接收来自所述分离装置(5)的轻组分产物流与来自所述混合装置(17)的部分烃汽混合物，并将接收的物料分别送至第二至最末催化剂床层；
第二侧线管道(7)，用于接收来自所述分离装置(5)的重组分产物流，并将接收的物料分别送至第二至最末催化剂床层；和
精制单元(19)，用于对所述第二产物流进行分离，以得到包含C2、C4、C5和C6组分的循环烃产物流，将所述循环烃产物流通过所述循环烃产物流管线(8)送入所述混合装置(17)中。
2.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，所述催化剂床层(14)共有4-8个。
3.一种利用如权利要求1或2所述的制备系统进行甲醇制丙烯的制备方法，所述制备方法包括：
利用第一反应器(2)进行甲醇制二甲醚反应，以得到第一产物流；所述第一产物流包括二甲醚、水以及未反应的甲醇；
利用第二反应器(13)进行所述第一产物流制丙烯的反应，以得到第二产物流；
将所述第一产物流分为第一部分产物流和第二部分产物流，利用分离装置(5)对所述第一部分产物流进行分离，以得到轻组分产物流和重组分产物流；
利用混合装置(17)对来自水蒸汽管线(9)与循环烃产物流管线(8)的物料进行混合，并将得到的烃汽混合物分为第一部分烃汽混合物和第二部分烃汽混合物；
利用加热装置(12)对将所述第一部分产物流与所述第一部分烃汽混合物进行加热升温，并将其送至所述第一催化剂床层；
利用第一侧线管道(18)接收所述轻组分产物流与所述第二部分烃汽混合物，并将接收的物料从所述第二反应器(13)的一侧分别送至第二至最末催化剂床层；
利用第二侧线管道(7)接收所述重组分产物流，并将接收的物料从所述第二反应器(13)的另一侧分别送至第二至最末催化剂床层；和
利用精制单元(19)对所述第二产物流进行分离得到包含C2、C4、C5和C6组分的循环烃产物流，并将所述循环烃产物流通过所述循环烃产物流管线(8)送入所述混合装置(17)中。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述循环烃产物流中C2、C4、与C5～C6烃的质量比为1:(5-15):(20-35)。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，输入所述加热装置(12)的第一部分烃汽混合物与输入所述第一侧线管道(18)的第二部分烃汽混合物的质量比为(1-3):1。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，输入所述分离装置(5)的第一部分产物流与输入所述加热装置(12)的第二部分产物流的质量比为(85-95):(5-15)。
7.根据权利要求3-6任一项所述的制备方法，其特征在于，反应时，控制所述催化剂床层(14)的温升为10-30℃。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂床层(14)的热点温度为460-490℃。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述分离装置(5)分离得到的轻组分产物流中二甲醚含量不小于70wt％，得到的重组分产物流中二甲醚的含量不大于20wt％。
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