CN204469679U - 一种有机氧化物催化转化制芳烃的反应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种有机氧化物催化转化制芳烃的反应系统，其特征在于，所述反应系统包括上下连通的密相床层反应段(1)和反应器稀相段(2)；所述密相床层反应段(1)的底部设置有用于分布送入所述反应系统的所述有机氧化物的进料分布板(4)，所述密相床层反应段(1)下部的再生催化剂入口处设置有再生催化剂分布管(5)，所述再生催化剂分布管(5)位于所述进料分布板(4)的上方。采用本实用新型的有机氧化物催化转化制芳烃的反应系统进行有机氧化物催化转化制芳烃，不仅能够满足产品收率和选择性，并且能够降低催化剂的跑损和稳定控制反应系统的温度。

Description

一种有机氧化物催化转化制芳烃的反应系统

技术领域

本实用新型涉及一种有机氧化物催化转化制芳烃的反应系统。

背景技术

芳烃是一种重要的有机化工基础原料，其中苯、甲苯和二甲苯(包括邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯)的用途十分广泛，其终端产品的应用包括合成树脂、合成纤维、合成橡胶、涂料、染料、医药等领域。随着我国经济社会发展，对芳烃的需求也日益增长，目前我国每年芳烃的消费量超过2000万吨，有一半需从国外进口。

苯、甲苯和二甲苯主要来源于石油化工工业，国内石油化工路线生产芳烃约占芳烃生产总量85％以上，生产技术主要包括：石脑油催化重整、乙烯裂解石脑油加氢抽提和低碳烃类芳构化等，其中石脑油催化重整芳烃产量约占石油化工路线芳烃产量80％，乙烯裂解石脑油加氢抽提芳烃产量约占16％。随着石油资源的日益枯竭，原油价格居高不下，给石油化工路线制取芳烃带来了较大的成本压力。我国的能源现状是多煤少油缺气，20世纪90年代以来伴随经济的持续增长，我国对外石油依赖度不断增加，1993年至1996年，我国对外石油依赖度基本在10％以内，到2000年首次超过30％，2007年达到50.5％，2013年达到57.39％，远超过国际上公认的30％警戒线。另一方面，我国煤炭资源丰富，近年来在国家政策支持下，煤制甲醇、二甲醚和乙二醇行业迅速发展，据统计2013年我国甲醇产量近2900万吨。因此，发展有机氧化物催化转化制芳烃技术以替代传统的石油化工路线，可以降低芳烃对石油原料的依赖度，对我国能源安全和芳烃生产行业有着重要的作用。

利用有机氧化物催化转化制芳烃的技术，早期由美国美孚石油公司提出，其1979年申请的专利US4156698 A公开了利用含有分子筛的复合催化剂将C₁-C₄醇类或醚类化合物转化为低碳烯烃和芳烃的方法；1985年申请的专利US4590321 A中提出了利用ZSM-5或ZSM-11等分子筛催化剂将C₂-C₁₂烷烃、C₂-C₁₂烯烃、C₁-C₅醇类和C₂-C₁₂醚类等非芳化合物转化为芳烃的工艺；美国专利US4686312 A、US4724270 A、US4822939 A、US4822939 A、US4049573 A等也公开了在不同催化剂作用下甲醇或二甲醚制芳烃的方法。但这些美国专利的重点主要在于研究催化剂组成以及反应操作条件对芳烃转化率和选择性的影响，个别专利提出甲醇或二甲醚制芳烃的反应流程，但均没有明确提出有机氧化物制芳烃技术的反应再生系统、反应再生方法以及反应器和再生器型式。

目前，国内也有多家研究院所对有机氧化物制芳烃技术进行研发，主要包括清华大学、中国科学院山西煤炭化学研究所、中国石化上海石油化工研究院、中国科学院大连化学物理研究所等。中国专利CN 1880288A公开了以甲醇为原料在改性ZSM-5分子筛催化剂作用下制芳烃的工艺，该专利将一段反应器甲醇芳构化气相产物冷却后分离出低碳烃类和液相产物，液相产物经萃取分离得到芳烃和非芳烃，低碳烃类进入二段反应器进一步芳构化，从而提高芳烃的总选择性。中国专利CN 101823929 B提出了一种甲醇或二甲醚制取芳烃的系统和工艺，甲醇或二甲醚先在芳构化反应器反应，反应产物中氢气、甲烷、混合C₈芳烃和部分C₉₊烃类作为产品，C₂₊非芳烃和除混合C₈芳烃及部分C₉₊烃类之外的芳烃则会循环进入另一个反应器进一步芳构化，提高芳烃的收率和选择性。中国专利CN 101607858 B、CN 102190546 B、CN 102371176 B、CN 102371177 B等也分别公开了有机氧化物催化转化制芳烃工艺、有机氧化物催化转化制芳烃催化剂及制备方法。上述专利同样着重于考察不同催化剂组成以及稀有金属、稀土金属改性对芳构化过程的影响，CN 1880288A和CN 101823929 B主要提出反应产物循环芳构化对芳烃收率的影响，但这些专利仍未涉及有机氧化物制芳烃反应系统。

中国专利CN 101244969 A公开了一种连续芳构化与催化剂再生的装置及其方法，该装置包括一个芳构化流化床与一个催化剂连续再生的流化床、及设置在两个流化床之间的用于催化剂输送的管道和固体输送装置，但该专利并未提出反应器的具体形式，并且存在一些问题：反应器只设一级气固分离系统，催化剂回收率低，造成昂贵的催化剂跑损严重；该专利提出需要对芳构化反应器提供热量，反应器供热采用反应器内盘管供热，但实际上有机氧化物催化转化制芳烃过程是一个放热反应，反应器应设置取热措施而不是供热措施。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种有机氧化物催化转化制芳烃的反应系统，该反应系统既能满足有机氧化物催化转化制芳烃的反应要求，提高芳烃产品收率和选择性，又适合于有机氧化物催化转化制芳烃工业化连续生产，同时可以大幅度降低催化剂跑损，降低工业化有机氧化物催化转化制芳烃装置的运行成本。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种有机氧化物催化转化制芳烃的反应系统，其特征在于，所述反应系统包括上下连通的密相床层反应段1和反应器稀相段2；所述密相床层反应段1上部的待生催化剂出口设置有用于与有机氧化物催化转化制芳烃再生系统的待生催化剂入口连通的待生斜管6，所述密相床层反应段1的下部设置有用于与有机氧化物催化转化制芳烃再生系统的再生催化剂出口连通的再生催化剂入口；所述密相床层反应段1的底部设置有用于分布送入所述反应系统的所述有机氧化物的进料分布板4，所述密相床层反应段1下部的所述再生催化剂入口处设置有再生催化剂分布管5，所述再生催化剂分布管5位于所述进料分布板4的上方。

优选地，其特征在于，所述反应器稀相段2的腔体内设置有相互串连的至少一组一级旋风分离器7和二级旋风分离器8。

优选地，其特征在于，所述密相床层反应段1的上部通过反应外取热器上斜管16与反应外取热器3连通，所述反应外取热器3依次通过反应外取热器下斜管18和反应外取热器提升管20与所述密相床层反应段1的上部连通。

优选地，其特征在于，所述反应外取热器3的底部设置有用于均匀分布送入所述反应外取热器3的流化介质的反应外取热器流化介质分布管17，所述反应外取热器下斜管18上设置有用于控制取热后催化剂流出量的反应外取热器下滑阀19。

本实用新型提供的有机氧化物催化转化制芳烃的反应系统具有如下优点：

1、能够满足有机氧化物催化转化制芳烃反应要求，提高芳烃产品收率和选择性，适合于有机氧化物催化转化制芳烃工业化连续生产；

2、该反应系统设置有至少一组两级旋风分离器，尽可能回收工艺气中夹带的催化剂，不仅可以降低催化剂损耗和操作成本，还可以减少工艺气后续冷却分离系统的管线和设备磨损；

3、有外取热设施，能够取走有机氧化物芳构化反应放出的热量，控制反应温度在适宜范围内，可以达到良好的芳构化效果和BTX选择性；

4、经过反应外取热器冷却后的催化剂提升返回密相床层反应段的上部，而不直接自流至密相床层反应段下部，减少低温待生催化剂对芳构化反应的影响。

本实用新型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实用新型的进一步理解，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实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的有机氧化物催化转化制芳烃反应系统的一种具体实施方式。

附图标记说明

1密相床层反应段      2反应器稀相段      3反应外取热器

4进料分布板          5再生催化剂分布管  6待生斜管

7一级旋风分离器      8二级旋风分离器    9反应器一级料腿

10反应器一级翼阀     11一级升气管       12反应器二级料腿

13反应器二级翼阀     14二级升气管       15集气室

16反应外取热器上斜管                17反应外取热器流化介质分布管

18反应外取热器下斜管 19反应外取热器下滑阀 20反应外取热器提升管

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型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实用新型，并不用于限制本实用新型。

本实用新型提供一种有机氧化物催化转化制芳烃的反应系统，其特征在于，所述反应系统包括上下连通的密相床层反应段1和反应器稀相段2；所述密相床层反应段1上部的待生催化剂出口设置有用于与有机氧化物催化转化制芳烃再生系统的待生催化剂入口连通的待生斜管6，所述密相床层反应段1的下部设置有用于与有机氧化物催化转化制芳烃再生系统的再生催化剂出口连通的再生催化剂入口；所述密相床层反应段1的底部设置有用于分布送入所述反应系统的所述有机氧化物的进料分布板4，所述密相床层反应段1下部的所述再生催化剂入口处设置有再生催化剂分布管5，所述再生催化剂分布管5位于所述进料分布板4的上方。

根据本实用新型，所述有机氧化物和用于有机氧化物催化转化制芳烃的催化剂均为本领域技术人员所熟知，例如，所述有机氧化物可以为选自C₁-C₁₀醇类、C₂-C₁₂醚类和C₃-C₁₂酮类中的至少一种；所述催化剂可以为含有分子筛和载体的微球催化剂，所述分子筛优选为ZSM-5分子筛。

根据本实用新型，所述密相床层反应段1为密相床区段，反应器稀相段2为稀相床区段，设置密相床区段是为了控制有机氧化物在反应床层的停留时间，保证有机氧化物原料与催化剂间的充分高效接触，抑制大气泡和催化剂团聚物生成，从而维持较高的反应转化率和芳烃选择性；设置稀相床区段是为了使反应产品气在较低流速下靠重力初步分离夹带的催化剂，并且有足够的空间布置两级旋风分离器进一步分离催化剂，减少催化剂跑损和催化剂对后续设备和管道的磨损，为了增加反应器内的催化剂藏量及方便旋风分离器的翼阀设置在密相床层中以减少催化剂跑损，反应器1中实际处于密相流化态的催化剂层的高度可以没过旋风分离器的翼阀，这是本领域技术人员所熟知的。采用本实用新型进行芳构化反应时，优选的反应条件如下：密相床层反应段1的反应温度为400-600℃，反应器稀相段2的反应压力为0.05-0.6MPa(g)，密相床层反应段质量空速为0.1-10小时^-1，有机氧化物在密相床层反应段的停留时间为5-30秒。然而，本领域技术人员可以根据实际反应的需要来设置芳构化反应的条件，本实用新型并没有限制。

根据本实用新型，所述反应系统可以设置有至少一组两级旋风分离器进行所述反应产物与待生催化剂的分离，例如，所述反应器稀相段2的腔体内可以设置有相互串连的至少一组一级旋风分离器7和二级旋风分离器8。所述旋风分离器是本领域技术人员所熟知的，本实用新型不再赘述。一般一组两级旋风分离器包括串联的一个一级旋风分离器7和一个二级旋风分离器8；当设置多组两级旋风分离器时，一级旋风分离器7和二级旋风分离器8的数量一般相同，之间可以通过一级升气管11一对一连接，也可以将多个一级旋风分离器7的升气管汇合成一个集合管后，再与多个二级旋风分离器8连接，二级旋风分离器8的二级升气管14均与集气室15连接，所述集气室15可以设在反应器稀相段2的内部，也可以设在反应器稀相段2的外部。

由于有机氧化物催化转化制芳烃是一个放热反应，为取走反应产生的热量，控制反应温度，所述密相床层反应段1的上部可以通过反应外取热器上斜管16与反应外取热器3连通，所述反应外取热器3可以依次通过反应外取热器下斜管18和反应外取热器提升管20与所述密相床层反应段1的上部连通，即可以从所述密相床层反应段1的上部取出至少一部分催化剂进入反应外取热器3取热，然后将该外取热后的催化剂送回所述密相床层反应段1的上部。之所以将冷却后的催化剂提升回密相床层反应段1上部，而不是像常规外取热器那样将冷却后的催化剂靠重力流送入密相床层反应段1下部，是因为虽然芳构化反应是放热反应，但仍需要高温再生催化剂来为芳构化反应的启动提供热量，若将冷却后的催化剂自流进入密相床层反应段1下部，就会对芳构化反应产生不利影响。反应外取热器3内可以设置有至少1组取热管束，每组管束能单独切除，当其中一组管束爆管时不会影响反应外取热器3和有机氧化物催化转化制芳烃反应系统的操作。另外，所述反应外取热器3的底部可以设置有用于均匀分布送入所述反应外取热器3的流化介质的反应外取热器流化介质分布管17，所述反应外取热器3的底部可以设置有至少1个反应外取热器流化介质分布管17，流化介质包括但不限于选自蒸汽、氮气、甲烷、干气和燃料气中的至少一种气体。所述反应外取热器流化介质分布管可以采用树枝状分布管，确保流化介质在反应外取热器分布均匀，保证反应外取热器内催化剂流化状态和传热效率。更进一步地，本领域技术人员可以理解的是，可以通过控制所述反应外取热器3的取热量来调整所述反应系统的反应温度，即密相床层反应段的温度可以通过反应外取热器的取热量来控制，更具体地说，所述反应外取热器下斜管18上可以设置有用于控制取热后催化剂流出量的反应外取热器下滑阀19，可以通过反应外取热器下滑阀17控制催化剂循环量(或通过调整流化介质量)，实现取热负荷0-100％调节，以获得最佳的芳构化反应转化率、芳烃产品收率和BTX选择性。

下面将结合附图来提供本实用新型的一种具体实施方式，但是本实用新型并不因此而受到任何限制。

如图1所示，有机氧化物预热至150-250℃的气相状态后通过进料分布板4均匀地进入密相床层反应段1的底部，高温再生催化剂由再生系统通过再生催化剂分布管5进入进料分布板4上方，有机氧化物与再生催化剂充分接触并发生芳构化反应，在反应生成的油气作用下催化剂沿床层上升。在密相床层反应段1的上部，催化剂和油气在重力作用下初步分离。含有反应生成的焦炭的待生催化剂通过待生斜管6进入再生系统烧焦再生，而夹带少量催化剂稀相的油气进入反应器稀相段2。稀相油气首先进入一级旋风分离器7分离出大部分夹带的催化剂，分离出来的催化剂沿反应器一级料腿9向下流动并由反应器一级翼阀10排出进入密相床层反应段1；分离出大部分催化剂的油气由一级升气管11进入二级旋风分离器8进一步分离催化剂，分离出来的催化剂同样由反应器二级料腿12和反应器二级翼阀13排入密相床层反应段1；油气通过二级升气管14进入集气室15，最终进入后续产品回收分离系统进行冷却分离，得到目标产品芳烃和相应副产品。通过两级旋风分离器可以回收绝大部分油气中夹带的催化剂，减少昂贵的芳构化催化剂跑损，以达到降低操作成本和减少后续产品回收分离系统磨蚀的目的。

Claims (4)

1.一种有机氧化物催化转化制芳烃的反应系统，其特征在于，所述反应系统包括上下连通的密相床层反应段(1)和反应器稀相段(2)；所述密相床层反应段(1)上部的待生催化剂出口设置有用于与有机氧化物催化转化制芳烃再生系统的待生催化剂入口连通的待生斜管(6)，所述密相床层反应段(1)的下部设置有用于与有机氧化物催化转化制芳烃再生系统的再生催化剂出口连通的再生催化剂入口；所述密相床层反应段(1)的底部设置有用于分布送入所述反应系统的所述有机氧化物的进料分布板(4)，所述密相床层反应段(1)下部的所述再生催化剂入口处设置有再生催化剂分布管(5)，所述再生催化剂分布管(5)位于所述进料分布板(4)的上方。

2.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述反应器稀相段(2)的腔体内设置有相互串连的至少一组一级旋风分离器(7)和二级旋风分离器(8)。

3.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述密相床层反应段(1)的上部通过反应外取热器上斜管(16)与反应外取热器(3)连通，所述反应外取热器(3)依次通过反应外取热器下斜管(18)和反应外取热器提升管(20)与所述密相床层反应段(1)的上部连通。

4.根据权利要求3所述的反应系统，其特征在于，所述反应外取热器(3)的底部设置有用于均匀分布送入所述反应外取热器(3)的流化介质的反应外取热器流化介质分布管(17)，所述反应外取热器下斜管(18)上设置有用于控制取热后催化剂流出量的反应外取热器下滑阀(19)。