CN110183299A - 提高甲醇制烯烃产品收率的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高甲醇制烯烃产品收率的方法和系统，其中，所述方法包括：将催化剂与甲醇发生反应；控制反应中催化剂循环量保持稳定。该方法克服了现有技术中的对反应中的催化剂循环量没有当主要的控制量进行控制，造成其波动较大，不仅造成甲醇制烯烃产品收率的下降，而且影响装置的经济效益，严重影响装置的平稳生产，缩短了装置的运行周期的问题。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工技术领域，具体地，涉及一种提高甲醇制烯烃产品收率的方法和系统。
背景技术
在甲醇制烯烃(MTO)工业装置的生产过程中，甲醇在反应器内与催化剂SAPO-34接触生成以烯烃为主的产品气。甲醇制烯烃专用催化剂基于小孔SAPO分子筛的酸性催化特点，由于利用了该分子筛的酸性和较小的孔口直径的形状选择性作用，可以高选择性地将甲醇转化为乙烯、丙烯，同时SAPO分子筛结构中的“笼”的存在和酸性催化的固有性质也使得该催化剂因结焦而失活较快。催化剂的单程寿命也只能维持数小时，因此对失活催化剂的频繁烧焦再生是必须的，失活的催化剂通过待生输送管输送至再生器，在再生器内进行烧焦再生，再生后的催化剂恢复活性通过再生输送管输送至反应器继续参加反应。由于甲醇制烯烃利用催化剂的形状选择性作用，因此在反应过程中催化剂的定碳对产品收率影响非常大，在实际生产中，如何控制反应器和再生器内催化剂的定碳是当下甲醇制烯烃装置研究的重要方向。
MTO装置使用的催化剂酸性较大，易发生副反应，一定程度的积炭可影响催化剂的酸性，既能使甲醇有效转化为低碳烯烃又不至于发生大量副反应，积炭减少了催化剂笼内的自由空间，使大分子生成明显受到抑制，小分子乙烯、丙烯等生成更加有利。
在反应温度、反应压力、进料量、再生温度、再生压力、反应再生藏量、主风量等操作条件不变的情况下，若循环量较低，再生定碳降低，待生定碳升高，再生和待生催化剂的碳差增大，将会多产C5 +组分，其中有些大分子有机物在急冷水洗系统中冷凝下来，不能及时分离出去，随着装置运行时间的增加，这些重组分与催化剂细粉结合后凝结在换热器或塔盘上，影响换热效果，堵塞塔盘，给后期换热器及塔盘的运行造成不良影响，这种情况还能造成水洗塔的压差大幅波动和水洗塔顶温超高，同时引起反应压力的剧烈波动，对正常生产影响极大，目前大部分MTO通过高压水清洗水洗塔塔盘及注入药剂对堵塞物进行清除，这样不仅影响装置的经济效益，而且严重影响装置的平稳生产，缩短了装置的运行周期。
因此，提供一种在使用过程中以达到提高低碳烯烃的收率的目的，并且不改变装置现有工艺技术，最终能够提高工艺经济性的提高甲醇制烯烃产品收率的方法和系统是本发明亟需解决的问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是克服现有技术中在甲醇制烯烃产品的生产过程中，对反应中的催化剂循环量没有当主要因素进行控制，造成其波动较大，不仅造成甲醇制烯烃产品收率的下降，而且影响装置的经济效益，严重影响装置的平稳生产，缩短了装置的运行周期的问题，从而提供一种在使用过程中以达到提高低碳烯烃的收率的目的，并且不改变装置现有工艺技术，最终能够提高工艺经济性的提高甲醇制烯烃产品收率的方法和系统。
为了实现上述目的，本发明提供了一种提高甲醇制烯烃产品收率的方法，所述方法包括：
将催化剂与甲醇发生反应；
控制反应中催化剂循环量保持稳定。
优选地，所述催化剂循环量控制在50-90t/h范围内。
优选地，所述催化剂循环量的范围是78-90t/h。
优选地，所述控制反应中催化剂循环量的步骤包括：
输出所述反应后的失活催化剂，并进行再生处理；
对所述失活催化剂的输出量进行实时控制；
将经过所述再生处理以恢复活性的催化剂再输入与甲醇发生反应；对所述恢复活性的催化剂的输入量进行实时控制。
优选地，通过使用待生滑阀和再生滑阀来控制所述反应中的催化剂循环量。
本发明还提供了一种提高甲醇制烯烃产品收率的系统，所述系统包括：
反应器，催化剂与甲醇在其中发生反应；
再生器，反应后失活的催化剂在其中进行再生；
控制模块，用于控制所述反应器与所述再生器之间的催化剂循环量保持稳定。
优选地，所述催化剂循环量在50-90t/h范围内。
优选地，所述催化剂循环量在78-90t/h范围内。
优选地，所述控制模块包括：待生滑阀，以对所述失活催化剂的输出量进行控制；再生滑阀，以对所述再生后恢复活性的催化剂的输入量进行控制。
优选地，所述系统还包括待生循环管和生循环管；其中，
所述反应器和所述再生器之间分别通过所述待生循环管以及所述再生循环管相连通，反应后的失活催化剂通过所述待生循环管输出至所述再生器中进行再生反应，所述再生器中恢复活性的催化剂通过所述再生循环管输入至所述反应器中。
根据上述技术方案，本发明提供的提高甲醇制烯烃产品收率的方法在是对反应中的催化剂循环量进行控制，使其稳定，从而提高甲醇制烯烃产品的收率。本发明的方法的有益效果：在使用过程中达到了提高低碳烯烃的收率的目的，而且没有改变装置现有工艺技术，从而能够提高工艺经济性。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的一种优选的实施方式中提供的提高甲醇制烯烃产品收率的方法的流程图；
图2是本发明的一种优选的实施方式中提供的控制反应中催化剂循环量的方法的流程图；
图3是本发明的一种优选的实施方式中提供的提高甲醇制烯烃产品收率的系统的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
以下首先详细描述本发明的提高甲醇制烯烃产品收率的方法。如图1所示，本发明提供了一种提高甲醇制烯烃产品收率的方法，所述方法包括：步骤S11，将催化剂与甲醇发生反应；步骤S12，控制反应中催化剂循环量保持稳定。
在上述方案中，首先将催化剂与甲醇发生反应，反应的温度控制在410℃-500℃，在反应中催化剂会失活，为了保证反应的正常进行，会将失活的催化剂输出进行再生反应，以恢复活性，再将恢复活性的催化剂输入，使其与所述甲醇反应。所述再生反应是焦炭在610℃-700℃下与主风中的氧气发生反应生成一氧化碳和二氧化碳的过程；
催化剂与甲醇在反应器中进行反应，失活的催化剂在再生器中进行再生，在反应器和再生器内部，催化剂颗粒中的含碳量存在梯度变化，因为，再两器内部的催化剂输送管不能均匀地将催化剂分布在整个进料或主风分布管上方的密相床层，因此，在反应器内部，靠近再生剂输送管处的催化剂定碳低，靠近反应器壁处催化剂的定碳高；同理在再生器内，靠近待生输送管处的定碳高，靠近再生器器壁的定碳低。
甲醇制烯烃反应中，不论是在反应器还是在再生器内部，若催化剂含碳量越均匀，反应或烧焦的过程越容易进行；待生催化剂颗粒的含碳量越均匀，越有利于生成烯烃。但是这个“含碳量均匀”只是它的表现，并不是提高甲醇制烯烃产品收率的决定因素，本发明中通过控制反应中催化剂循环量保持稳定，从而达到“含碳量均匀”的目的，从而有效地提高了甲醇制烯烃产品收率，而且该技术方案并没有改变装置现有工艺技术。
现有技术的生产中，不是以催化剂循环量来对反应进行控制调整的，或者并没有将所述催化剂循环量当做主要的控制量进行控制，因此，在实际的生产过程中，催化剂循环量不稳定，波动较大，而本申请文件提供的方案就是通过适时调整，以保证循环量稳定，从而提高了甲醇制烯烃产品收率。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述催化剂循环量控制在50-90t/h范围内。本发明对所述催化剂循环量进一步优选可以得出所述催化剂循环量的范围是78-90t/h。
根据实际运行中水洗塔高压清洗和水系统换热设备清洗表1，可以得出，随着循环量的变化使得水系统换热设备和水洗塔盘的清洗频率都有了明显的下降。
表1
同时，随着循环量的调整，产品的收率变化也出现变化，甲醇单耗明显下降，烯烃收率明显提高。下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，下面通过实验的具体实施例对上述方案作进一步的阐述；其中，甲醇制烯烃产品收率的计算为：乙烯+丙烯的收率＝甲醇消耗量/(乙烯+丙烯的总产量)。
实施例1，
在180万吨甲醇制烯烃工业化装置正常运行过程中，反应催化剂藏量40t，其他操作变量(反应温度、反应压力、进料量和组份、再生温度、再生压力、再生催化剂藏量、主风量，下同)一定时，反应器和再生器中催化剂循环量在55-57t/h，生成每吨烯烃(乙烯和丙烯之和)需要甲醇约3.204t，乙烯和丙烯的总收率约77.69％(体积百分数)。
实施例2，
在180万吨甲醇制烯烃工业化装置正常运行过程中，反应催化剂藏量40t，其他操作变量一定时，反应器和再生器中催化剂循环量在65-66t/h，生成每吨烯烃(乙烯和丙烯之和)需要甲醇约3.165t，乙烯和丙烯的总收率约78.87％(体积百分数)。
实施例3，
在180万吨甲醇制烯烃工业化装置正常运行过程中，反应催化剂藏量40t，其他操作变量一定时，反应器和再生器中催化剂循环量在70-72t/h，生成每吨烯烃(乙烯和丙烯之和)需要甲醇约3.133t，乙烯和丙烯的总收率约79.97％(体积百分数)。
实施例4，
在180万吨甲醇制烯烃工业化装置正常运行过程中，反应催化剂藏量40t，其他操作变量一定时，反应器和再生器中催化剂循环量在74-76t/h，生成每吨烯烃(乙烯和丙烯之和)需要甲醇约3.113t，乙烯和丙烯的总收率约80.76％(体积百分数)。
实施例5，
在180万吨甲醇制烯烃工业化装置正常运行过程中，反应催化剂藏量40t，其他操作变量一定时，反应器和再生器中催化剂循环量在80-81t/h，生成每吨烯烃(乙烯和丙烯之和)需要甲醇约3.092t，乙烯和丙烯的总收率约81.45％(体积百分数)。
实施例6，
在180万吨甲醇制烯烃工业化装置正常运行过程中，反应催化剂藏量40t，其他操作变量一定时，反应器和再生器中催化剂循环量在85-87t/h，生成每吨烯烃(乙烯和丙烯之和)需要甲醇约3.064t，乙烯和丙烯的总收率约82.34％(体积百分数)。
实施例7，
在180万吨甲醇制烯烃工业化装置正常运行过程中，反应催化剂藏量40t，其他操作变量一定时，反应器和再生器中催化剂循环量在92-95t/h，生成每吨烯烃(乙烯和丙烯之和)需要甲醇约3.085t，乙烯和丙烯的总收率约81.94％(体积百分数)。
实施例8，
在180万吨甲醇制烯烃工业化装置正常运行过程中，反应器和再生器循中催化剂循环量在80-85t/h，其他操作变量(反应温度、反应压力、进料量和进料组份、再生温度、再生压力、再生催化剂藏量、主风量等)一定时，反应催化剂藏量40-42t，生成每吨烯烃(乙烯和丙烯之和)需要甲醇约3.056t，乙烯和丙烯的总收率约82.68％(体积百分数)。
实施例9，
在180万吨甲醇制烯烃工业化装置正常运行过程中，反应器和再生器循中催化剂循环量在80-85t/h，其他操作变量(反应温度、反应压力、进料量和进料组份、再生温度、再生压力、再生催化剂藏量、主风量等)一定时，反应催化剂藏量45-48t，生成每吨烯烃(乙烯和丙烯之和)需要甲醇约3.058t，乙烯和丙烯的总收率约82.72％(体积百分数)。
实施例10，
在180万吨甲醇制烯烃工业化装置正常运行过程中，反应器和再生器循中催化剂循环量在80-85t/h，其他操作变量(反应温度、反应压力、进料量和进料组份、再生温度、再生压力、再生催化剂藏量、主风量等)一定时，反应催化剂藏量52-55t，生成每吨烯烃(乙烯和丙烯之和)需要甲醇约3.067t，乙烯和丙烯的总收率约82.31％(体积百分数)。
由上述实施例1-7可以得出，在生产过程中所述催化剂循环量越大，反应再生两器内的催化剂定碳越平均，越有利烯烃的收率，但是在所述催化剂循环量超过90后t/h，产品收率发生下降，通过实验也验证了本发明的技术方案是有效地，即：采用本发明提供的提高甲醇制烯烃产品收率的方法和系统，所述甲醇制烯烃产品收率得到了提高。
上述实施例8-10还对反应催化剂藏量进行了实验，通过上述实施例可以看出在所述催化剂循环量一定的情况下，所述反应催化剂藏量的改变对产品收率影响很小，起不到提高产品收率的作用或者起到的作用很小。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述控制反应中催化剂循环量的步骤包括：
步骤S21，输出所述反应后的失活催化剂，并进行再生处理；对所述失活催化剂的输出量进行实时控制；
步骤S22，将经过所述再生处理以恢复活性的催化剂再输入与甲醇发生反应；对所述恢复活性的催化剂的输入量进行实时控制。
在上述方案中，通过对失活催化剂的输出量进行实时控制以及对所述恢复活性的催化剂的输入量进行实时控制来实现对催化剂循环量的控制，以使得所述催化剂循环量稳定，其稳定值落入在78-90t/h范围时，更加有利于提高所述甲醇制烯烃产品收率。
在本发明的一种优选的实施方式中，通过使用待生滑阀和再生滑阀来控制所述反应中的催化剂循环量。
在上述方案中，所述待生滑阀和所述再生滑阀可以方便工作人员对催化剂循环量进行有效地控制。
以下再详细描述本发明的提高甲醇制烯烃产品收率的系统，如图2所示，本发明提供了一种提高甲醇制烯烃产品收率的系统，所述系统包括：
反应器，催化剂与甲醇在其中发生反应；
再生器，反应后失活的催化剂在其中进行再生；
控制模块，用于控制所述反应器与所述再生器之间的催化剂循环量保持稳定。
在上述方案中，首先将催化剂与甲醇放入所述反应器中发生反应，反应的温度控制在410℃-500℃，在反应中催化剂会失活，为了保证反应的正常进行，会将失活的催化剂输出至所述再生器中进行再生反应，以恢复活性，再将恢复活性的催化剂输入所述反应器中，使其与所述甲醇反应。所述再生反应是焦炭在610℃-700℃下与主风中的氧气发生反应生成一氧化碳和二氧化碳的过程；
催化剂与甲醇在反应器中进行反应，失活的催化剂在再生器中进行再生，在反应器和再生器内部，催化剂颗粒中的含碳量存在梯度变化，因为，再两器内部的催化剂输送管不能均匀地将催化剂分布在整个进料或主风分布管上方的密相床层，因此，在反应器内部，靠近再生剂输送管处的催化剂定碳低，靠近反应器壁处催化剂的定碳高；同理在再生器内，靠近待生输送管处的定碳高，靠近再生器器壁的定碳低。
甲醇制烯烃反应中，不论是在反应器还是在再生器内部，若催化剂含碳量越均匀，反应或烧焦的过程越容易进行；待生催化剂颗粒的含碳量越均匀，越有利于生成烯烃。但是这个“含碳量均匀”只是它的表现，并不是提高甲醇制烯烃产品收率的决定因素，本发明中通过控制反应中催化剂循环量保持稳定，从而达到“含碳量均匀”的目的，从而有效地提高了甲醇制烯烃产品收率，而且该技术方案并没有改变装置现有工艺技术。
现有技术的生产中，不是以催化剂循环量来对反应进行控制调整的，因此，在实际的生产过程中，催化剂循环量是波动的，而本申请文件提供的方案就是通过适时调整，以保证循环量稳定，从而提高了甲醇制烯烃产品收率。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述催化剂循环量在50-90t/h范围内。本发明对所述催化剂循环量进一步优选可以得出所述催化剂循环量的范围是78-90t/h。
在上述方案中，所述甲醇制烯烃产品的收率可以有效地提高。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述控制模块包括：
待生滑阀，以对所述失活催化剂的输出量进行控制；
再生滑阀，以对所述再生后恢复活性的催化剂的输入量进行控制。
在本发明的一种优选的实施方式中，通过使用待生滑阀和再生滑阀来控制所述反应中的催化剂循环量。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述系统还包括待生循环管和生循环管；其中，所述反应器和所述再生器之间分别通过所述待生循环管以及所述再生循环管相连通，反应后的失活催化剂通过所述待生循环管输出至所述再生器中进行再生反应，所述再生器中恢复活性的催化剂通过所述再生循环管输入至所述反应器中。
上述方案的实施例与提供的提高甲醇制烯烃产品收率的方法的实施例相同，可以参照上述实施例。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种提高甲醇制烯烃产品收率的方法，其特征在于，所述方法包括：
将催化剂与甲醇发生反应；
控制反应中催化剂循环量保持稳定。
2.根据权利要求1所述的提高甲醇制烯烃产品收率的方法，其特征在于，所述催化剂循环量控制在50-90t/h范围内。
3.根据权利要求2所述的提高甲醇制烯烃产品收率的方法，其特征在于，所述催化剂循环量的范围是78-90t/h。
4.根据权利要求1所述的提高甲醇制烯烃产品收率的方法，其特征在于，所述控制反应中催化剂循环量的步骤包括：
输出所述反应后的失活催化剂，并进行再生处理；对所述失活催化剂的输出量进行实时控制；
将经过所述再生处理以恢复活性的催化剂再输入与甲醇发生反应；对所述恢复活性的催化剂的输入量进行实时控制。
5.根据权利要求1或4所述的提高甲醇制烯烃产品收率的方法，其特征在于，通过使用待生滑阀和再生滑阀来控制所述反应中的催化剂循环量。
6.一种提高甲醇制烯烃产品收率的系统，其特征在于，所述系统包括：
反应器，催化剂与甲醇在其中发生反应；
再生器，反应后失活的催化剂在其中进行再生；
控制模块，用于控制所述反应器与所述再生器之间的催化剂循环量保持稳定。
7.根据权利要求6所述的提高甲醇制烯烃产品收率的系统，其特征在于，所述催化剂循环量在50-90t/h范围内。
8.根据权利要求7所述的提高甲醇制烯烃产品收率的系统，其特征在于，所述催化剂循环量在78-90t/h范围内。
9.根据权利要求6所述的提高甲醇制烯烃产品收率的系统，其特征在于，所述控制模块包括：
待生滑阀，以对所述失活催化剂的输出量进行控制；
再生滑阀，以对所述再生后恢复活性的催化剂的输入量进行控制。
10.根据权利要求6所述的提高甲醇制烯烃产品收率的系统，其特征在于，所述系统还包括待生循环管和生循环管；其中，
所述反应器和所述再生器之间分别通过所述待生循环管以及所述再生循环管相连通，反应后的失活催化剂通过所述待生循环管输出至所述再生器中进行再生反应，所述再生器中恢复活性的催化剂通过所述再生循环管输入至所述反应器中。
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