CN115501823B - 流化床反应器和制备低碳烯烃的装置以及制备低碳烯烃的方法 - Google Patents

流化床反应器和制备低碳烯烃的装置以及制备低碳烯烃的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及烯烃制备领域，公开了一种流化床反应器和制备低碳烯烃的装置以及制备低碳烯烃的方法。该流化床反应器的反应区域从下至上依次设置有第一原料分布器(8)、第二原料分布器(11)和催化剂分布器(16)，所述催化剂分布器(16)与第二催化剂进料管(27)连通，所述第一原料分布器(8)与所述第二原料分布器(11)之间形成为密相区(28)，所述催化剂分布器(16)所在的区域形成为与所述密相区(28)连通的催化剂分布区(29)，在所述密相区(28)的反应器侧壁上设置有至少一个第一催化剂进料口(24)。采用本发明的流化床反应器和制备低碳烯烃的装置，可以实现催化剂分布和原料的充分接触，有效抑制温度分布不均匀和双烯选择低。

Description

流化床反应器和制备低碳烯烃的装置以及制备低碳烯烃的 方法
技术领域
本发明涉及烯烃制备领域，具体地，涉及一种流化床反应器，制备低碳烯烃的装置，以及制备低碳烯烃的方法。
背景技术
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，以及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。
目前含氧物制烯烃的装置与催化裂化装置相似，均为连续反应-再生方式。在PCT申请WO2018072139A1中公布了一种由含氧化合物制备丙烯和C4烃类的湍动流化床反应器、装置及方法，该技术方案在湍动流化床反应器的反应区设置n个反应器进料分布器，含氧化合物浓度较为均匀，削弱MTO反应对烯烃烷基化反应的抑制，再生催化剂直接进入反应区底部，有利于乙烯、丙烯和甲醇的烷基化反应。
公开号为CN108794294A和CN108786669A的中国专利申请分别记载了一种流化床分布器及包括该流化床分布器的流化床反应器，该流化床分布器包括第一分布器和第二分布器，所述第一分布器位于流化床底部，所述第二分布器位于第一分布器的气体流向下游的至少一个区域，通过不同原料物流在不同区域分布进料，实现传质控制，进而协调优化共进料体系。
公开号为CN107235821A的中国专利申请记载了一种甲醇制烯烃的装置，在流化床反应器的反应区内设置第一外循环催化剂分布器和第一催化剂再分配器，以及在再生区内设置第二外循环催化剂分布器、低活性催化剂分布器、冷后催化剂分布器和第二催化剂再分配器，不仅能保证反应物和催化剂的温度及活性均匀分布，且能保证反应气体与催化剂的接触效果。
在现有技术中，流化床反应器内仍存在再生催化剂分布不均匀的现象，导致床层温度波动较大，对双烯的选择影响较大；此外，再生过程主要采用空气为再生气体，通过调节再生进料气中辅助气体的量，防止再生过程出现“飞温”现象，但是，这种方法会产生大量的温室气体CO2，不利于环境保护，若利用空气烧炭对催化剂进行部分再生，其烧炭速率较快，不利于催化剂残炭量的控制，增加操作过程中的难度。
发明内容
本发明的目的是克服现有的制备低碳烯烃的装置中存在中催化剂分布不均匀、再生热量利用不充分和低碳烯烃收率低的问题，提供一种流化床反应器和制备低碳烯烃的装置以及制备低碳烯烃的方法。
本发明第一方面提供了一种流化床反应器，其中，该流化床反应器的反应区域从下至上依次设置有第一原料分布器、第二原料分布器和催化剂分布器，所述催化剂分布器与第二催化剂进料管连通，所述第一原料分布器与所述第二原料分布器之间形成为密相区，所述催化剂分布器所在的区域形成为与所述密相区连通的催化剂分布区，在所述密相区的反应器侧壁上设置有至少一个第一催化剂进料口。
本发明第二方面提供了一种制备低碳烯烃的装置，该装置包括上述的流化床反应器、沉降器和再生器，所述沉降器与所述流化床反应器的反应区域的上方连通，所述沉降器的下部分别与所述第一催化剂进料口和所述再生器连通，所述再生器的再生催化剂出口与所述第二催化剂进料管连通。
本发明第三方面提供了一种制备低碳烯烃的方法，其使用了上述的制备低碳烯烃的装置，该方法包括：
将气态原料和催化剂在流化床反应器的反应区域内进行反应；
将得到的产物和被夹带的催化剂经所述反应区域的上方送入沉降器；
所述沉降器将所述产物和所述被夹带的催化剂分离开，并且将分离得到的催化剂的一部分从所述第一催化剂进料口直接供入所述密相区内，另一部分经所述再生器再生后从所述第二催化剂进料管供入所述催化剂分布区内。
根据本发明提供的所述流化床反应器和所述制备低碳烯烃的装置，通过在流化床反应器的反应区域内设置第一原料分布器、第二原料分布器和催化剂分布器，以形成密相区和催化剂分布区，使得从第一催化剂进料口供入的未再生的循环催化剂能够直接进入密相区，与反应原料进行接触反应，第二催化剂进料管供入的再生催化剂进入流化床反应器后则经催化剂分布器作用，在催化剂分布区进行预分配，以能够在流场的作用下实现能量传递和反应，进而使得再生催化剂分布更加均匀，实现对再生催化剂的颗粒混合控制，提高流化床反应器内的反应效率；
根据本发明提供的所述流化床反应器和所述制备低碳烯烃的装置，反应原料通过第一原料分布器与第二原料分布器进行分层进入反应区域，实现对流化床反应器的分段流场控制，能够有效实现催化剂与反应原料的充分接触，有效消除流化状态不佳、低碳烯烃选择性不高的缺陷，进一步提高反应效率，有利于提高低碳烯烃的收率。
本发明的其它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是本发明所述的制备低碳烯烃的一种具体实施方式的装置的示意图；
图2是本发明所述的制备低碳烯烃的装置中第一原料分布器的一种具体实施方式的结构示意图；
图3是本发明所述的制备低碳烯烃的装置中第一原料分布器的另一种具体实施方式的结构示意图；
图4是本发明所述的制备低碳烯烃的装置中第一分布器增强喷头的一种具体实施方式的结构示意图；
图5是本发明所述的制备低碳烯烃的装置中第二原料分布器的一种具体实施方式的结构示意图；
图6是本发明所述的制备低碳烯烃的装置中催化剂分布器的一种具体实施方式的结构示意图；
图7是本发明所述的制备低碳烯烃的装置中催化剂分布器的另一种具体实施方式的结构示意图；
图8是本发明所述的制备低碳烯烃的装置中循环布料挡板设置为两个时在流化床反应器内的分布图；
图9是本发明所述的制备低碳烯烃的装置中循环布料挡板设置为四个时在流化床反应器内的分布图；
图10是本发明所述的制备低碳烯烃的装置中循环布料挡板的一种具体实施方式的结构示意图；
图11是本发明所述的制备低碳烯烃的装置中沉降器分布板的一种具体实施方式的结构示意图。
附图标记说明
1、第一进料口；2、第二进料口；3、汽提介质；4、再生器气体；5、产品气出口；6、烟气出口；7、流化床反应器；8、第一原料分布器；9、沉降器；10、再生器；11、第二原料分布器；12、沉降器分布板；13、再生器气体分布器；14、挡板；15、提升分离管；16、催化剂分布器；17、沉降器下段；18、沉降器上段；19、沉降器旋风；20、再生器旋风；21、汽提器；22、循环管；23、循环管控制阀；24、第一催化剂进料口；25、再生器循环出料管控制阀；26、再生器循环出料管；27、第二催化剂进料管；28、密相区；29、催化剂分布区；30、汽提器进料管；31、汽提器出料管；32、汽提器控制阀；33、再生器进料管；34、循环布料挡板；35、第一沉降器分布板孔；36、第二沉降器分布板孔；37、循环布料挡板槽；38、第一分布器增强区域；39、第一分布器增强喷头；39-1、增强喷头进口；39-2、增强喷头渐缩管；39-3、增强喷头管喉；39-4、增强喷头扩大段；39-5、增强喷头出口；40、第一分布器中心区域；41、第一分布器中心区域风口；42、第一分布器外部区域；43、第二分布器气体主导流管；44、第二分布器气体环隙导流管；45、第二分布器风口；46、第二分布器固体导流槽；47、催化剂分布器主导流管；48、催化剂分布系统；49、第一催化剂分布导管；50、第二催化剂分布导管；51、催化剂出口；α、循环布料挡板槽与水平方向形成的夹角；R、循环布料挡板的半径。
具体实施方式
以下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。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指参考附图所示的上、下；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
如图1所示，本发明第一方面所述的流化床反应器7的反应区域从下至上依次设置有第一原料分布器8、第二原料分布器11和催化剂分布器16，催化剂分布器16与第二催化剂进料管27连通，第一原料分布器8与第二原料分布器11之间形成为密相区28，催化剂分布器16所在的区域形成为与密相区28连通的催化剂分布区29，在密相区28的反应器侧壁上设置有至少一个第一催化剂进料口24。
根据本发明，通过在流化床反应器7的反应区域内设置第一原料分布器8、第二原料分布器11和催化剂分布器16，以在反应区域形成密相区28和催化剂分布区29，使得从第一催化剂进料口24供入的催化剂能够直接进入密相区28，与反应原料进行接触反应，第二催化剂进料管27供入的催化剂进入流化床反应器7后则经催化剂分布器16作用，在催化剂分布区29进行预分配，以能够在流场的作用下实现能量传递和反应，进而使得催化剂分布更加均匀，实现对催化剂的颗粒混合控制，提高流化床反应器7内的反应效率；反应原料通过第一原料分布器8与第二原料分布器11进行分层进入反应区域，实现对流化床反应器7的分段流场控制，能够有效实现催化剂与反应原料的充分接触，进一步提高反应效率，有利于提高低碳烯烃的收率。
本发明中，流化床反应器7的第一催化剂进料口24与第二催化剂进料管27可以用于供入相同的催化剂或者不同的催化剂；在流化床反应器7应用于制备低碳烯烃的装置时，第一催化剂进料口24可以用于供入未再生的循环催化剂，第二催化剂进料管27用于供入再生催化剂。
作为本发明所述的流化床反应器中第一原料分布器8的一种具体实施方式，参见图2至图4，第一原料分布器8包括第一分布器中心区域40和位于第一分布器中心区域40外周的第一分布器外部区域42，第一分布器外部区域42上设置有与第一催化剂进料口24相对应的第一分布器增强区域38。参见图2和图3，第一分布器增强区域38与第一催化剂进料口24一一对应设置，以使得第一分布器增强区域38能够将其接收到的反应原料与第一催化剂进料口24供入的催化剂进行快速混合作用。
在优选情况下，第一催化剂进料口24位于其对应的第一分布器增强区域38的外边缘中心的上方，以进一步提升第一分布器增强区域38对反应原料与第一催化剂进料口24供入的催化剂进行均匀混合的效果。更优选地，第一分布器增强区域38的面积可以设置为第一分布器外部区域42的1/(2N)，N为1、2、3的自然数。
根据本发明，第一分布器中心区域40上的第一分布器中心区域风口41可以是圆形、三角形、正方形以及六边形等，有效直径为0.1-10mm，开孔率为0.05-5％。
进一步优选地，第一分布器增强区域38设置有多个呈柱状的第一分布器增强喷头39，第一分布器增强喷头39的中心线与水平方向形成的夹角为45°-75°，第一分布器增强喷头39能够将其分布的反应原料与第一催化剂进料口24供入的催化剂形成更强的混合作用力。第一分布器增强喷头39的有效直径可以设置为0.1-10mm，开孔率为0.05-5％；第一分布器外部区域42上未与第一催化剂进料口24对应的区域(即未设置为第一分布器增强区域38的区域)的分布孔，与第一分布器中心区域风口41的尺寸及开孔率相同。
作为本发明中第一分布器增强喷头39的一种优选实施方式，参见图4，第一分布器增强喷头39包括依次连接的增强喷头进口39-1、增强喷头渐缩管39-2、增强喷头管喉39-3、增强喷头扩大段39-4和增强喷头出口39-5，增强喷头进口39-1与第一原料分布器8的主体连接。通入第一原料分布器8原料经增强喷头进口39-1进入，依次经增强喷头渐缩管39-2、增强喷头管喉39-3、增强喷头扩大段39-4传输后，经增强喷头出口39-5喷出。
具体地，增强喷头渐缩管39-2与水平方向形成的夹角区间在30°-70°，增强喷头扩大段39-4与水平方向形成的夹角区间在30°-70°，增强喷头管喉39-3的直径与增强喷头进口39-1的直径比例为1：5-20，增强喷头管喉39-3的长度与该增强喷头管喉39-3的直径之间的比例为5-10：1。本发明中水平方向具体指的是流化床反应器7放置在水平面时水平面延伸的方向。
作为本发明所述的流化床反应器中第二原料分布器11的一种具体实施方式，参见图5，第二原料分布器11上设置有沿第二原料分布器11的径向延伸的第二分布器气体主导流管43、多个沿第二原料分布器11的径向依次设置的第二分布器气体环隙导流管44、设置在第二分布器气体环隙导流管44上的第二分布器风口45和第二分布器固体导流槽46，每个第二分布器气体环隙导流管44设置为绕第二原料分布器11的中心区域呈环形分布，第二分布器固体导流槽46位于相邻的两个第二分布器气体环隙导流管44之间。第二分布器风口45的开孔水平，可以是圆形、三角形、正方形以及六边形等，有效直径为0.1-10mm，开孔率为0.05-5％。
优选情况下，第二分布器气体环隙导流管44的宽度与第二分布器固体导流槽46的宽度之间的比例为1：2-6。
作为本发明所述的流化床反应器中催化剂分布器16的一种具体实施方式，参见图6和图7，催化剂分布器16包括催化剂分布器主导流管47和多层沿所述催化剂分布器主导流管47的上下方向分布的催化剂分布系统48，催化剂分布器主导流管47竖向设置于反应区域且与第二催化剂进料管27连通，催化剂分布系统48包括多个第一催化剂分布导管49和多个第二催化剂分布导管50，第一催化剂分布导管49与第二催化剂分布导管50沿催化剂分布器主导流管47环向交错分布且均与催化剂分布器主导流管47连通，第一催化剂分布导管49与第二催化剂分布导管50分别设置有多个催化剂出口51。催化剂由催化剂分布器主导流管47进入各个催化剂分布系统48，通过第一催化剂分布导管49和第二催化剂分布导管50传输并经催化剂出口51进入反应器内。
优选情况下，催化剂分布系统48对应的第一催化剂分布导管49和第二催化剂分布导管50的长度由上至下依次减小，第一催化剂分布导管49和第二催化剂分布导管50上的催化剂出口51等距分布。
示例性地，第一催化剂分布导管49和第二催化剂分布导管50可统称催化剂分布导管，催化剂分布系统48的数量优选为M层(M≥3)，反应器直径尺寸为D米，催化剂分布系统48由上至下依次为第1层、第2层、第3层……第M层，每层催化剂分布系统48中催化剂分布导管的直径为0.75n*D米(n为对应的层数)；每层催化剂分布系统48中催化剂分布导管的数量为X个(X≥2)，多个催化剂分布导管圆周角度间距为180°/X分布；催化剂出口51可以是正方形、圆形和多变形等，有效通道的直径尺寸为20-100mm，相邻的两个催化剂出口51的中心间距的尺寸与催化剂出口51沿其分布方向的宽度尺寸之比为1.5-5：1。
根据本发明，流化床反应器7上设置有相应的进料口，以能够向第一原料分布器8与第二原料分布器11提供反应原料。作为本发明中进料口的一种优选实施方式，流化床反应器7上设置有第一进料口1和第二进料口2，第一进料口1与第一原料分布器8的底部连通，第二进料口2位于密相区28与催化剂分布区29的交汇区域。本发明中的进料口并不局限于仅设置第一进料口1和第二进料口2，可以根据反应原料的输入需求，设置其它的进料口。
优选情况下，第一进料口1与第二进料口2的进料量比为1-10：1。若在第一进料口1与第二进料口2的基础上，增设进料口，则第2+Y个进料口的进料量与第二进料口2的进料量比为1：1-10(Y≥1)。
作为本发明中流化床反应器7的一种优选实施方式，参见图8至图10，第一催化剂进料口24的上方设置有与流化床反应器7的内壁连接的循环布料挡板34。循环布料挡板34与第一催化剂进料口24一一对应设置，且位于相应的第一催化剂进料口24的正上方。
优选情况下，循环布料挡板34和第一催化剂进料口24之间的距离与第一催化剂进料口24的孔径的比例为1-10：1。循环布料挡板34具体是以圆心位于流化床反应器7的内壁上、半径为R的圆与流化床反应器7的内壁相交形成的结构，其中R的尺寸与反应器的半径尺寸之比为1：4-10。
参见图10，循环布料挡板34上设置有多个循环布料挡板槽37，循环布料挡板槽37与水平方向形成的夹角α为30°-75°，以使得循环布料挡板槽37朝向流化床反应器7的中心。循环布料挡板34能够将第一催化剂进料口24供入的催化剂向流化床反应器7的中心分布，通过循环布料挡板槽37强化催化剂的流向，使催化剂分布均匀度得到进一步提高。循环布料挡板槽37的宽度为H1，其与循环布料挡板34的半径R的尺寸之比为0.01-0.1：1；循环布料挡板34的高度为H2，其与循环布料挡板34的半径R的尺寸之比在0.001-0.05：1。
本发明第二方面提供一种制备低碳烯烃的装置，参见图1，该装置包括上述任意一种技术方案提供的流化床反应器7、沉降器9和再生器10，沉降器9与流化床反应器7的反应区域的上方连通，沉降器9的下部分别与第一催化剂进料口24和再生器10连通，再生器10的再生催化剂出口与第二催化剂进料管27连通。
在本发明所述的制备低碳烯烃的装置中，第一催化剂进料口24的数量为双数，第一催化剂进料口24沿流化床反应器7的中心轴对称设置，沉降器9的下部与第一催化剂进料口24通过循环管22连接。相应地，循环管22的数量与第一催化剂进料口24的数量相同，循环管22上设置有循环管控制阀23，以能够控制从第一催化剂进料口24供入密相区28的供入量。
在本发明所述的制备低碳烯烃的装置中，沉降器9可以采用常规结构的沉降装置，以将流化床反应器7输出的产物和被夹带的催化剂分离开。优选情况下，沉降器9内设置有沉降器下段17、处于沉降器下段17上方的沉降器上段18和位于沉降器上段18的沉降器旋风19，沉降器旋风19的气体出口与沉降器9的产品气出口5连通，沉降器下段17的下部设置有沉降器分布板12，沉降器分布板12的上方与循环管22连接，且通过汽提器21与再生器10连接。
优选情况下，沉降器上段18的顶部呈半球形，参见图11，沉降器分布板12上设置第一沉降器分布板孔35和第二沉降器分布板孔36，第一沉降器分布板孔35与第二沉降器分布板孔36分别设置为绕沉降器分布板12的中心区域呈环形分布，第一沉降器分布板孔35与第二沉降器分布板孔36的尺寸比为1-3：4。第一沉降器分布板孔35和第二沉降器分布板孔36优选为在沉降器分布板12上交替呈环状分布，两者的开孔率为0.05-5％。沉降器上段18采用半球形设计，与传统沉降器的结构相比，相同体积下，沉降器9的尺寸可以降低10-21％，沉降器上段18的圆顶形设计可以使沉降器9内的气体流场更加稳定。
根据本发明，沉降器旋风19可以采用常规的旋风分离装置，以将产物与被夹带的催化剂进行有效的分离。示例性地，沉降器旋风19设置为两级或多级串联的旋风分离器构造，第一级的旋风分离器的入口与沉降器上段18区域连通，第一级的旋风分离器的气体出口与相邻的旋风分离器的入口连通，从后一级的旋风分离器气体出口得到产物气，所有旋风分离器的固体出口与沉降器9区域相连通；最后一级旋风分离器的气体出口与沉降器9的产品气出口5连通，以使得最后一级旋风分离器得到的产物气从产品气出口5排出。
参见图1，沉降器9的下部通过汽提器21与再生器10连接，具体的连接方式可以为：沉降器9的下部通过汽提器进料管30与汽提器21连接，汽提器21上设置有汽提介质入口，以将汽提介质3引入汽提器21内，汽提器21的出料口通过汽提器出料管31与再生器10的再生器进料管33连通，汽提器出料管31上设置有汽提器控制阀32，以控制从再生器进料管33进入再生器10的进料量。
根据本发明，再生器10内设置有再生器气体分布器13和位于再生器气体分布器13上方的再生器旋风20，再生器旋风20的气体出口与再生器10的烟气出口6连通，再生器10的下部设置有与再生器气体分布器13连通的再生器气体入口，以将再生器气体4引入再生器10内，并经再生器气体分布器13进行分布，提高再生器10的工作效率。再生器10的下部设置有再生催化剂出口，再生催化剂出口通过再生器循环出料管26与第二催化剂进料管27连通，再生器循环出料管26上设置有再生器循环出料管控制阀25。
优选情况下，再生器气体分布器13与第二原料分布器11的结构设计及参数相同。具体可以为，再生器气体分布器13上设置有沿再生器气体分布器13的径向延伸的再生器气体主导流管、多个沿再生器气体分布器13的径向依次设置的再生器气体环隙导流管、设置在再生器气体环隙导流管上的再生器风口和再生器固体导流槽，每个再生器气体环隙导流管设置为绕再生器气体分布器13的中心区域呈环形分布，再生器固体导流槽位于相邻的两个再生器气体环隙导流管之间。
根据本发明，再生器10的再生器旋风20与沉降器旋风19相同，设置为两级或多级串联的旋风分离器构造；再生器旋风20的最后一级旋风分离器的气体出口与再生器10的烟气出口6连通，以使得最后一级旋风分离器得到的烟气从烟气出口6排出。
为了使得流化床反应器7与沉降器9更好地配合，作为本发明提供的装置的一种具体实施方式，流化床反应器7的顶部设置有伸入沉降器9内的提升分离管15，沉降器9内设置有位于提升分离管15的出口上方的挡板14。其中，挡板14的形状为人字型、圆形或矩形，以能够较少从流化床反应器7带入沉降器9的催化剂颗粒。
本发明第三方面提供的一种制备低碳烯烃的方法，其使用了上述任意一项技术方案提供的装置，该方法包括：
将气态原料和催化剂在流化床反应器7的反应区域内进行反应；
将得到的产物和被夹带的催化剂经反应区域的上方送入沉降器9；
沉降器9将产物和被夹带的催化剂分离开，并且将分离得到的催化剂的一部分从第一催化剂进料口24直接供入密相区28内，另一部分经再生器10再生后从第二催化剂进料管27供入催化剂分布区29内。
根据本发明，气态原料可以选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙醛、丙醛、丁醛、丙酮、丁酮、甲酸、乙酸和丙酸中的至少一种。
在本发明所述的方法中，分离得到的催化剂的一部分通过汽提器21供入再生器10内，汽提器21的汽提介质3为水蒸气。
在本发明所述的方法中，流化床反应器7内的压力以表压计为0-0.5MPa、平均温度为350-560℃、温差＜5℃，所述催化剂为SAPO-34，所述密相区28中的物料线速为1-10m/s。
在本发明所述的方法中，所述分离得到的催化剂中，供入所述密相区28内的部分与供入所述再生器10的部分质量比为1：0.2-1。
在本发明所述的方法中，所述再生器10得到的再生催化剂的焦炭含量为5-15重量％。
在本发明所述的方法中，所述再生器10的再生介质为CO2与空气的混合气，所述混合气中CO2与空气的体积比为0.005-0.5：1，以进行部分再生反应得到再生催化剂；所述再生器10的再生温度为600-750℃。将CO2引入再生介质中，可以有效选择性消除积碳、稳定控制再生催化剂的积碳和再生催化剂的温度，同时实现高效利用反应热将温室气体CO2转化。再生器10得到的再生催化剂中，部分再生催化剂的焦炭含量在1-3重量％之间，并控制再生催化剂的平均温度在400-500℃范围内。
在本发明所述的方法中，再生催化剂经催化剂分布器16的催化剂分布系统调控后，所述气态原料在经过所述密相区28时产生的压降与所述气态原料经过所述催化剂分布区29时产生的压降之比1.5-4：1。
在本发明所述的方法中，所述气态原料经过所述第一原料分布器8，以对气体方向进行二次分布，环隙空间速度与水平方向形成的夹角为45°-75°，内外孔隙率波动之比为0.9-0.95：1。
在本发明所述的方法能够实现再生催化剂分布和原料的充分接触，有效抑制温度分布不均匀和双烯选择低，可用于低碳烯烃的工业生产中。
下面根据图1所示的制备低碳烯烃的装置，来描述本发明中所述的制备低碳烯烃的装置及方法的一种相对优选的具体实施例。制备低碳烯烃的装置包括流化床反应器7、沉降器9和再生器10；流化床反应器7的反应区域从下至上依次设置有第一原料分布器8、第二原料分布器11和催化剂分布器16，第一原料分布器8与第二原料分布器11之间形成为密相区28，催化剂分布器16所在的区域形成为与密相区28连通的催化剂分布区29，在密相区28的反应器侧壁上设置有多个第一催化剂进料口24；第一原料分布器8包括第一分布器中心区域40和位于第一分布器中心区域40外周的第一分布器外部区域42，第一分布器外部区域42上设置有与第一催化剂进料口24相对应的第一分布器增强区域38，第一催化剂进料口24位于其对应的第一分布器增强区域38的外边缘中心的上方，第一分布器增强区域38设置有多个呈柱状的第一分布器增强喷头39，第一分布器增强喷头39的中心线与水平方向形成的夹角为45°-75°，第一分布器增强喷头39包括依次连接的增强喷头进口39-1、增强喷头渐缩管39-2、增强喷头管喉39-3、增强喷头扩大段39-4和增强喷头出口39-5，增强喷头进口39-1与第一原料分布器8的主体连接；第二原料分布器11上设置有沿第二原料分布器11的径向延伸的第二分布器气体主导流管43、多个沿第二原料分布器11的径向依次设置的第二分布器气体环隙导流管44、设置在第二分布器气体环隙导流管44上的第二分布器风口45和第二分布器固体导流槽46，每个第二分布器气体环隙导流管44设置为绕第二原料分布器11的中心区域呈环形分布，第二分布器固体导流槽46位于相邻的两个第二分布器气体环隙导流管44之间，第二分布器气体环隙导流管44的宽度与第二分布器固体导流槽46的宽度之间的比例为1：2-6；催化剂分布器16包括催化剂分布器主导流管47和多层沿所述催化剂分布器主导流管47的上下方向分布的催化剂分布系统48，催化剂分布器主导流管47竖向设置于反应区域且与第二催化剂进料管27连通，催化剂分布系统48包括多个第一催化剂分布导管49和多个第二催化剂分布导管50，第一催化剂分布导管49与第二催化剂分布导管50沿催化剂分布器主导流管47环向交错分布且均与催化剂分布器主导流管47连通，第一催化剂分布导管49与第二催化剂分布导管50分别设置有多个催化剂出口51，催化剂分布系统48对应的催化剂分布管的长度由上至下依次减小，多个催化剂出口51在第一催化剂分布导管49和第二催化剂分布导管50上等距分布；流化床反应器7上设置有第一进料口1和第二进料口2，第一进料口1与第一原料分布器8的底部连通，第二进料口2位于密相区28与催化剂分布区29的交汇区域，第一进料口1与第二进料口2的进料量比为1-10：1；第一催化剂进料口24的上方设置有与流化床反应器的内壁连接的循环布料挡板34，循环布料挡板34上设置有多个循环布料挡板槽37，循环布料挡板槽37与水平方向形成的夹角α为30°-75°；沉降器9包括处于下方的沉降器下段17、处于上方的沉降器上段18和位于沉降器上段18的沉降器旋风19，沉降器旋风19的气体出口与沉降器9的产品气出口5连通，沉降器下段17的下部设置有沉降器分布板12，沉降器分布板12的上方通过循环管22与对应的第一催化剂进料口24连接，循环管22上设置有循环管控制阀23，沉降器分布板12的上方通过汽提器进料管30与汽提器21连接，汽提器21的出料口通过汽提器出料管31与再生器10的再生器进料管33连通，汽提器出料管31上设置有汽提器控制阀32，沉降器上段18呈半球形，沉降器分布板12上设置第一沉降器分布板孔35和第二沉降器分布板孔36，第一沉降器分布板孔35与第二沉降器分布板孔36分别设置为绕沉降器分布板12的中心区域呈环形分布，再生器10内设置有再生器气体分布器13和位于再生器气体分布器13上方的再生器旋风20，再生器旋风20的气体出口与再生器10的烟气出口6连通，再生器气体分布器13与第二原料分布器11的结构设计及参数相同，再生器10的下部设置有再生催化剂出口，再生催化剂出口通过再生器循环出料管26与第二催化剂进料管27连通；流化床反应器7的顶部设置有伸入沉降器9内的提升分离管15，沉降器9内设置有位于提升分离管15的出口上方的挡板14。
使用上述制备低碳烯烃的装置的相对优选的具体实施例，制备低碳烯烃的方法具体步骤为：
S1、将气态原料和催化剂从第一进料口1和第二进料口2输送至第一原料分布器8和第二原料分布器11，一部分经第一分布器增强喷头39和第一分布器中心区域风口41分布至密相区28，另一部分经第二原料分布器11分布至催化剂分布区29，以使得气态原料和催化剂在流化床反应器7的反应区域内进行反应；
S2、步骤S1中所述反应得到的产物和被夹带的催化剂从提升分离管15进入沉降器9内，经沉降器旋风19的作用将产物和被夹带的催化剂分离开，得到的产品气从产品气出口5输出，分离得到的催化剂的一部分从循环管22输送至第一催化剂进料口24，以直接供入密相区28内，另一部分从汽提器进料管30进入汽提器21，经汽提器21汽提后从汽提器出料管31和再生器进料管33输送至再生器10，经再生器旋风20分离再生后得到烟气和再生催化剂，烟气从烟气出口6排出，再生催化剂从再生器循环出料管26输入第二催化剂进料管27，以供入催化剂分布区29内，与密相区28内的气态原料接触反应。
以下通过实施例对本发明作进一步的阐述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
以下实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
采用上述制备低碳烯烃的装置的相对优选的具体实施例以及制备低碳烯烃的方法具体步骤进行低碳烯烃的制备；
其中，制备低碳烯烃的装置中第一催化剂进料口24设置为4个，第一原料分布器8的结构如图3所示，增强喷头渐缩管39-2与水平方向形成的夹角区间在30°-70°，增强喷头扩大段39-4与水平方向夹角区间在30°-70°，增强喷头管喉39-3的直径与增强喷头进口39-1的直径比例为1：10，增强喷头管喉39-3的长度与该增强喷头管喉39-3的直径之间的比例为8：1；第二分布器气体环隙导流管44的宽度与第二分布器固体导流槽46的宽度之间的比例为1：4；催化剂分布系统48设置为3层，每层设置3个催化剂分布导管(第一催化剂分布导管49和第二催化剂分布导管50交错分布)，催化剂出口51的有效通道的直径尺寸为60mm，相邻的两个催化剂出口51的中心间距的尺寸与催化剂出口51沿其分布方向的宽度尺寸之比为3：1；第一进料口1与第二进料口2的进料量比为6：1，循环布料挡板34和第一催化剂进料口24之间的距离与第一催化剂进料口24的孔径的比例为6：1，循环布料挡板槽37与水平方向形成的夹角α为55°，第一沉降器分布板孔35与第二沉降器分布板孔36的尺寸比为2：4，沉降器旋风19和再生器旋风20分别设置为两级串联的旋风分离器构造；
在制备低碳烯烃的过程中，原料采用纯度为99.5％的甲醇，催化剂采用SAPO-34，汽提器21的汽提介质3为水蒸气；流化床反应器7内的压力为0.3MPa、平均温度为450℃，温差＜5℃，线速为5m/s，经第一催化剂进料口24内供入密相区28内的催化剂与经第二催化剂进料管27供入再生器10的催化剂的质量比为1：0.5；再生器10得到的再生催化剂的焦炭含量为10重量％，再生器10的再生介质为CO2与空气的混合气，混合气中CO2与空气的体积比为0.2：1；再生器10的再生温度为650℃；气态原料在经过密相区28时产生的压降与气态原料经过催化剂分布区29时产生的压降之比3：1；气态原料经过第一原料分布器8后，环隙空间速度与水平方向形成的夹角为45°-75°，内外孔隙率波动之比为0.9-0.95：1。
甲醇转化率99.995％，乙烯和丙烯总收率(质量)为84.8％。
实施例2
按照实施例1的装置和方法步骤，所不同的是，制备低碳烯烃的装置中第一催化剂进料口24设置为2个，第一原料分布器8的结构如图2所示，增强喷头渐缩管39-2与水平方向形成的夹角区间在30°-70°，增强喷头扩大段39-4与水平方向夹角区间在30°-70°，增强喷头管喉39-3的直径与增强喷头进口39-1的直径比例为1：5，增强喷头管喉39-3的长度与该增强喷头管喉39-3的直径之间的比例为5：1；第二分布器气体环隙导流管44的宽度与第二分布器固体导流槽46的宽度之间的比例为1：2；催化剂分布系统48设置为3层，每层设置2个催化剂分布导管(第一催化剂分布导管49和第二催化剂分布导管50交错分布)，催化剂出口51的有效通道的直径尺寸为80mm，相邻的两个催化剂出口51的中心间距的尺寸与催化剂出口51沿其分布方向的宽度尺寸之比为1.5：1；第一进料口1与第二进料口2的进料量比为2：1，循环布料挡板34和第一催化剂进料口24之间的距离与第一催化剂进料口24的孔径的比例为2：1，循环布料挡板槽37与水平方向形成的夹角α为30°，第一沉降器分布板孔35与第二沉降器分布板孔36的尺寸比为1：4，沉降器旋风19和再生器旋风20分别设置为两级串联的旋风分离器构造；
在制备低碳烯烃的过程中，原料采用纯度为99.5％的甲醇，催化剂采用SAPO-34，流化床反应器7内的压力为0.1MPa、平均温度为350℃，温差＜5℃，线速为1m/s，经第一催化剂进料口24内供入密相区28内的催化剂与经第二催化剂进料管27供入再生器10的催化剂的质量比为1：0.2；汽提器21的汽提介质3为水蒸气；再生器10得到的再生催化剂的焦炭含量为5重量％，再生器10的再生介质为CO2与空气的混合气，混合气中CO2与空气的体积比为0.01：1；再生器10的再生温度为600℃；气态原料在经过密相区28时产生的压降与气态原料经过催化剂分布区29时产生的压降之比1.5：1；气态原料经过第一原料分布器8后，环隙空间速度与水平方向形成的夹角为45°-75°，内外孔隙率波动之比为0.9-0.95：1。
甲醇转化率99.985％，乙烯和丙烯总收率(质量)为83.58％。
实施例3
按照实施例1的装置和方法步骤，所不同的是，制备低碳烯烃的装置中第一催化剂进料口24设置为2个，第一原料分布器8的结构如图2所示，增强喷头渐缩管39-2与水平方向形成的夹角区间在30°-70°，增强喷头扩大段39-4与水平方向夹角区间在30°-70°，增强喷头管喉39-3的直径与增强喷头进口39-1的直径比例为1：20，增强喷头管喉39-3的长度与该增强喷头管喉39-3的直径之间的比例为10：1；第二分布器气体环隙导流管44的宽度与第二分布器固体导流槽46的宽度之间的比例为1：6；催化剂分布系统48设置为3层，每层设置2个催化剂分布导管(第一催化剂分布导管49和第二催化剂分布导管50交错分布)，催化剂出口51的有效通道的直径尺寸为100mm，相邻的两个催化剂出口51的中心间距的尺寸与催化剂出口51沿其分布方向的宽度尺寸之比为5：1；第一进料口1与第二进料口2的进料量比为10：1，循环布料挡板34和第一催化剂进料口24之间的距离与第一催化剂进料口24的孔径的比例为10：1，循环布料挡板槽37与水平方向形成的夹角α为75°，第一沉降器分布板孔35与第二沉降器分布板孔36的尺寸比为3：4，沉降器旋风19和再生器旋风20分别设置为两级串联的旋风分离器构造；
在制备低碳烯烃的过程中，原料采用纯度为99.5％的甲醇，催化剂采用SAPO-34，流化床反应器7内的压力为0.5MPa、平均温度为560℃，温差＜5℃，线速为10m/s，经第一催化剂进料口24内供入密相区28内的催化剂与经第二催化剂进料管27供入再生器10的催化剂的质量比为1：1；汽提器21的汽提介质3为水蒸气；再生器10得到的再生催化剂的焦炭含量为15重量％，再生器10的再生介质为CO2与空气的混合气，混合气中CO2与空气的体积比为0.5：1；再生器10的再生温度为750℃；气态原料在经过密相区28时产生的压降与气态原料经过催化剂分布区29时产生的压降之比4：1；气态原料经过第一原料分布器8后，环隙空间速度与水平方向形成的夹角为45°-75°，内外孔隙率波动之比为0.9-0.95：1。
甲醇转化率99.981％，乙烯和丙烯总收率(质量)为83.14％。
实施例4
按照实施例1的装置和方法步骤，所不同的是，第一原料分布器8上仅设置有第一分布器中心区域风口41，不设置与第一催化剂进料口24对应的第一分布器增强区域38和第一分布器增强喷头39。
甲醇转化率99.98％，乙烯和丙烯总收率(质量)为82.65％。
实施例5
按照实施例1的装置和方法步骤，所不同的是，第一原料分布器8上增强喷头渐缩管39-2与水平方向形成的夹角为90°，增强喷头扩大段39-4与水平方向形成的夹角为90°。
甲醇转化率99.96％，乙烯和丙烯总收率(质量)为80.61％。
实施例6
按照实施例1的装置和方法步骤，所不同的是，第二原料分布器11上仅设置有多个开孔。
甲醇转化率99.959％，乙烯和丙烯总收率(质量)为80.68％。
实施例7
按照实施例1的装置和方法步骤，所不同的是，第二分布器气体环隙导流管44的宽度与第二分布器固体导流槽46的宽度之间的比例为2：1。
甲醇转化率99.978％，乙烯和丙烯总收率(质量)为80.61％。
实施例8
按照实施例1的装置和方法步骤，所不同的是，催化剂分布器16包括催化剂分布器主导流管47，催化剂分布器主导流管47竖向设置于反应区域且与第二催化剂进料管27连通，催化剂分布器主导流管47上设置有多个竖向排列的开孔。
甲醇转化率99.977％，乙烯和丙烯总收率(质量)为82.45％。
实施例9
按照实施例1的装置和方法步骤，所不同的是，第一进料口1和第二进料口2均与第一原料分布器8的底部连通。
甲醇转化率99.95％，乙烯和丙烯总收率(质量)为81.7％。
实施例10
按照实施例1的装置和方法步骤，所不同的是，第一进料口1与第二进料口2的进料量比为1：5。
甲醇转化率99.975％，乙烯和丙烯总收率(质量)为82.75％。
实施例11
按照实施例1的装置和方法步骤，所不同的是，第一催化剂进料口24的上方未设置循环布料挡板34。
甲醇转化率99.945％，乙烯和丙烯总收率(质量)为81.71％。
实施例12
按照实施例1的装置和方法步骤，所不同的是，循环布料挡板34上未设置循环布料挡板槽37。
甲醇转化率99.94％，乙烯和丙烯总收率(质量)为81.63％。
实施例13
按照实施例1的装置和方法步骤，所不同的是，沉降器分布板12上仅设置有多个第一沉降器分布板孔35。
甲醇转化率99.965％，乙烯和丙烯总收率(质量)为82.5％。
实施例14
按照实施例1的装置和方法步骤，所不同的是，再生器10的再生介质为空气。
甲醇转化率99.974％，乙烯和丙烯总收率(质量)为81.55％。
实施例15
按照实施例1的装置和方法步骤，所不同的是，再生器10的再生介质为CO2与空气的混合气，所述混合气中CO2与空气的体积比为0.7：1。
甲醇转化率99.975％，乙烯和丙烯总收率(质量)为82.53％。
对比例1
按照实施例1的装置和方法步骤，所不同的是，流化床反应器7内不设置第一原料分布器8、第二原料分布器11和催化剂分布器16，仅将第一催化剂进料口24、第二催化剂进料管27分别与流化床反应器7的反应区域连通。
甲醇转化率99.91％，乙烯和丙烯总收率(质量)为80.05％。
对比例2
按照实施例1的装置和方法步骤，所不同的是，流化床反应器7内仅设置第一原料分布器8，不设置第二原料分布器11和催化剂分布器16，将第一催化剂进料口24、第二催化剂进料管27分别与第一原料分布器8的上方连通；流化床反应器7上设置有与第一原料分布器8的底部连通的第一进料口1。
甲醇转化率99.93％，乙烯和丙烯总收率(质量)为81.01％。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。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，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (22)

1.一种流化床反应器，其特征在于，该流化床反应器的反应区域从下至上依次设置有第一原料分布器（8）、第二原料分布器（11）和催化剂分布器（16），所述催化剂分布器（16）与第二催化剂进料管（27）连通，所述第一原料分布器（8）与所述第二原料分布器（11）之间形成为密相区（28），所述催化剂分布器（16）所在的区域形成为与所述密相区（28）连通的催化剂分布区（29），在所述密相区（28）的反应器侧壁上设置有至少一个第一催化剂进料口（24），所述第一催化剂进料口（24）用于供入未再生的循环催化剂，所述第二催化剂进料管（27）用于供入再生催化剂，使得从所述第一催化剂进料口（24）供入的催化剂能够直接进入所述密相区（28），从所述第二催化剂进料管（27）供入的催化剂经所述催化剂分布器（16）作用，在所述催化剂分布区（29）进行预分配；
该流化床反应器上设置有第一进料口（1）和第二进料口（2），所述第一进料口（1）与所述第一原料分布器（8）的底部连通，所述第二进料口（2）位于所述密相区（28）与所述催化剂分布区（29）的交汇区域，反应原料通过所述第一原料分布器（8）与所述第二原料分布器（11）进行分层进入反应区域；
所述第一原料分布器（8）包括第一分布器中心区域（40）和位于所述第一分布器中心区域（40）外周的第一分布器外部区域（42），所述第一分布器外部区域（42）上设置有与所述第一催化剂进料口（24）相对应的第一分布器增强区域（38）；所述第一催化剂进料口（24）位于其对应的所述第一分布器增强区域（38）的外边缘中心的上方，所述第一分布器增强区域（38）上设置有多个呈柱状的第一分布器增强喷头（39），所述第一分布器增强喷头（39）的中心线与水平方向形成的夹角为45°-75°；
所述第二原料分布器（11）上设置有沿所述第二原料分布器（11）的径向延伸的第二分布器气体主导流管（43）、多个沿所述第二原料分布器（11）的径向依次设置的第二分布器气体环隙导流管（44）、设置在所述第二分布器气体环隙导流管（44）上的第二分布器风口（45）和第二分布器固体导流槽（46），每个所述第二分布器气体环隙导流管（44）设置为绕所述第二原料分布器（11）的中心区域呈环形分布，所述第二分布器固体导流槽（46）位于相邻的两个所述第二分布器气体环隙导流管（44）之间；所述第二分布器气体环隙导流管（44）的宽度与所述第二分布器固体导流槽（46）的宽度之间的比例为1：2-6；
所述第一催化剂进料口（24）的上方设置有与所述流化床反应器的内壁连接的循环布料挡板（34）。
2.根据权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于，所述第一分布器增强喷头（39）包括依次连接的增强喷头进口（39-1）、增强喷头渐缩管（39-2）、增强喷头管喉（39-3）、增强喷头扩大段（39-4）和增强喷头出口（39-5），所述增强喷头进口（39-1）与所述第一原料分布器（8）的主体连接。
3.根据权利要求2所述的流化床反应器，其特征在于，所述增强喷头管喉（39-3）的直径与所述增强喷头进口（39-1）的直径比例为1:5-20，所述增强喷头管喉（39-3）的长度与该增强喷头管喉（39-3）的直径之间的比例为5-10：1。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的流化床反应器，其特征在于，所述催化剂分布器（16）包括催化剂分布器主导流管（47）和多层沿所述催化剂分布器主导流管（47）的上下方向分布的催化剂分布系统（48），所述催化剂分布器主导流管（47）竖向设置于所述反应区域且与所述第二催化剂进料管（27）连通，所述催化剂分布系统（48）包括多个第一催化剂分布导管（49）和多个第二催化剂分布导管（50），所述第一催化剂分布导管（49）与所述第二催化剂分布导管（50）沿所述催化剂分布器主导流管（47）环向交错分布且均与所述催化剂分布器主导流管（47）连通，所述第一催化剂分布导管（49）与所述第二催化剂分布导管（50）分别设置有多个催化剂出口（51）。
5.根据权利要求4所述的流化床反应器，其特征在于，所述催化剂分布系统（48）对应的所述第一催化剂分布导管（49）和所述第二催化剂分布导管（50）的长度由上至下依次减小，所述第一催化剂分布导管（49）和所述第二催化剂分布导管（50）上的所述催化剂出口（51）等距分布。
6.根据权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于，所述第一进料口（1）与所述第二进料口（2）的进料量比为1-10：1。
7.根据权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于，所述循环布料挡板（34）和所述第一催化剂进料口（24）之间的距离与所述第一催化剂进料口（24）的孔径的比例为1-10：1。
8.根据权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于，所述循环布料挡板（34）上设置有多个循环布料挡板槽（37），所述循环布料挡板槽（37）与水平方向形成的夹角α为30°-75°。
9.一种制备低碳烯烃的装置，其特征在于，该装置包括根据权利要求1至8中任意一项所述的流化床反应器（7）、沉降器（9）和再生器（10），所述沉降器（9）与所述流化床反应器（7）的反应区域的上方连通，所述沉降器（9）的下部分别与所述第一催化剂进料口（24）和所述再生器（10）连通，所述再生器（10）的再生催化剂出口与所述第二催化剂进料管（27）连通。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一催化剂进料口（24）的数量为双数，所述第一催化剂进料口（24）沿所述流化床反应器（7）的中心轴对称设置，所述沉降器（9）的下部通过循环管（22）与所述第一催化剂进料口（24）连接。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述沉降器（9）内设置有沉降器下段（17）、处于所述沉降器下段（17）上方的沉降器上段（18）和位于所述沉降器上段（18）的沉降器旋风器（19），所述沉降器旋风器（19）的气体出口与所述沉降器（9）的产品气出口（5）连通，所述沉降器下段（17）的下部设置有沉降器分布板（12），所述沉降器分布板（12）的上方与所述循环管（22）连接，且通过汽提器（21）与所述再生器（10）连接。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述沉降器上段（18）的顶部呈半球形，所述沉降器分布板（12）上设置第一沉降器分布板孔（35）和第二沉降器分布板孔（36），所述第一沉降器分布板孔（35）与所述第二沉降器分布板孔（36）分别设置为绕所述沉降器分布板（12）的中心区域呈环形分布，所述第一沉降器分布板孔（35）与所述第二沉降器分布板孔（36）的尺寸比为1-3：4。
13.根据权利要求9至12中任意一项所述的装置，其特征在于，所述再生器（10）内设置有再生器气体分布器（13）和位于所述再生器气体分布器（13）上方的再生器旋风器（20），所述再生器旋风器（20）的气体出口与所述再生器（10）的烟气出口（6）连通；
所述再生器气体分布器（13）上设置有沿所述再生器气体分布器（13）的径向延伸的再生器气体主导流管、多个沿所述再生器气体分布器（13）的径向依次设置的再生器气体环隙导流管、设置在所述再生器气体环隙导流管上的再生器风口和再生器固体导流槽，每个所述再生器气体环隙导流管设置为绕所述再生器气体分布器（13）的中心区域呈环形分布，所述再生器固体导流槽位于相邻的两个所述再生器气体环隙导流管之间。
14.根据权利要求9至12中任意一项所述的装置，其特征在于，所述流化床反应器（7）的顶部设置有伸入所述沉降器（9）内的提升分离管（15），所述沉降器（9）内设置有位于所述提升分离管（15）的出口上方的挡板（14）。
15.一种制备低碳烯烃的方法，其使用了根据权利要求9所述的装置，该方法包括：
将气态原料和催化剂在流化床反应器的反应区域内进行反应；
将得到的产物和被夹带的催化剂经所述反应区域的上方送入沉降器；
所述沉降器将所述产物和所述被夹带的催化剂分离开，并且将分离得到的催化剂的一部分从所述第一催化剂进料口直接供入所述密相区内，另一部分经所述再生器再生后从所述第二催化剂进料管供入所述催化剂分布区内。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述分离得到的催化剂的一部分通过汽提器供入所述再生器内，所述汽提器的汽提介质为水蒸气。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述流化床反应器内的压力以表压计为0-0.5MPa、平均温度为350-560℃、温差＜5℃，所述催化剂为SAPO-34，所述密相区中的物料线速为1-10m/s。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述分离得到的催化剂中，供入所述密相区内的部分与供入所述再生器的部分质量比为1：0.2-1。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述再生器得到的再生催化剂的焦炭含量为5-15重量%。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述再生器的再生介质为CO2与空气的混合气，所述混合气中CO2与空气的体积比为0.005-0.5：1；所述再生器的再生温度为600-750℃。
21.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述气态原料在经过所述密相区时产生的压降与所述气态原料经过所述催化剂分布区时产生的压降之比1.5-4：1。
22.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述气态原料经过所述第一原料分布器后，环隙空间速度与水平方向形成的夹角为45°-75°，内外孔隙率波动之比为0.9-0.95：1。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0289991A2 (en) * 1987-05-07 1988-11-09 Air Products And Chemicals, Inc. Fluid catalytic cracking unit catalyst transfer and distribution system and process
CN101357874A (zh) * 2008-06-12 2009-02-04 中国石油化工股份有限公司 甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的方法
CN102513037A (zh) * 2011-11-29 2012-06-27 清华大学 一种合成气制甲醇的流化床反应器及方法
CN202509005U (zh) * 2012-04-24 2012-10-31 李小燕 一种同高并列甲醇制烯烃反再设备
CN202506377U (zh) * 2012-04-24 2012-10-31 李小燕 一种高低并列甲醇制烯烃反再设备
CN103566838A (zh) * 2012-08-02 2014-02-12 宁波科元塑胶有限公司 丙烯腈流化反应系统及丙烯腈流化床生产方法
CN106582459A (zh) * 2015-10-15 2017-04-26 中国石油化工股份有限公司 流化床反应器和制备低碳烯烃的装置以及制备低碳烯烃的方法
CN107961743A (zh) * 2016-10-19 2018-04-27 中国科学院大连化学物理研究所 一种由含氧化合物制备丙烯、c4烃类的快速流化床反应器、装置及方法
CN110624482A (zh) * 2018-06-22 2019-12-31 万华化学集团股份有限公司 一种阶梯状流化床气体分布板

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100551883C (zh) * 2006-12-01 2009-10-21 中国化学工程股份有限公司 流化床催化裂解生产丙烯的方法及反应器
US20100001236A1 (en) * 2008-07-01 2010-01-07 Yongchae Chee Method of producing trichlorosilane (TCS) rich product stably from a fluidized gas phase reactor (FBR) and the structure of the reactor
CN204447967U (zh) * 2014-10-31 2015-07-08 中国石油天然气股份有限公司 一种流化催化反应器
TW202104562A (zh) * 2019-04-03 2021-02-01 美商魯瑪斯科技有限責任公司 用於升級輕油系列材料之合併有固體分離裝置之分段流體化媒裂程序

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0289991A2 (en) * 1987-05-07 1988-11-09 Air Products And Chemicals, Inc. Fluid catalytic cracking unit catalyst transfer and distribution system and process
CN101357874A (zh) * 2008-06-12 2009-02-04 中国石油化工股份有限公司 甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的方法
CN102513037A (zh) * 2011-11-29 2012-06-27 清华大学 一种合成气制甲醇的流化床反应器及方法
CN202509005U (zh) * 2012-04-24 2012-10-31 李小燕 一种同高并列甲醇制烯烃反再设备
CN202506377U (zh) * 2012-04-24 2012-10-31 李小燕 一种高低并列甲醇制烯烃反再设备
CN103566838A (zh) * 2012-08-02 2014-02-12 宁波科元塑胶有限公司 丙烯腈流化反应系统及丙烯腈流化床生产方法
CN106582459A (zh) * 2015-10-15 2017-04-26 中国石油化工股份有限公司 流化床反应器和制备低碳烯烃的装置以及制备低碳烯烃的方法
CN107961743A (zh) * 2016-10-19 2018-04-27 中国科学院大连化学物理研究所 一种由含氧化合物制备丙烯、c4烃类的快速流化床反应器、装置及方法
CN110624482A (zh) * 2018-06-22 2019-12-31 万华化学集团股份有限公司 一种阶梯状流化床气体分布板

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