CN204469711U - 一种有机氧化物催化转化制芳烃催化剂的再生系统 - 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催化剂的再生系统，其特征在于，该再生系统包括第一再生器(1)、第二再生器(2)、空气管线(11)和惰性气体管线(12)；所述空气管线(11)和惰性气体管线(12)汇合连通于总贫氧主风线(14)的一端，总贫氧主风线(14)的另一端通过一再贫氧主风线(15)与所述第一再生器(1)底部的一再贫氧主风分布器(7)连通以及通过二再贫氧主风线(16)与所述第二再生器(2)底部的二再贫氧主风分布器(8)连通。本实用新型的有机氧化物催化转化制芳烃催化剂的再生系统与现有再生系统相比，可以有效增加再生器体积，保证待生催化剂的烧焦时间和烧焦效果，还可以适应反应器不同的处理量和生焦量。

Description

一种有机氧化物催化转化制芳烃催化剂的再生系统

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催化剂的再生系统。

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)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、染料和医药等领域。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、US4822939A、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。

有机氧化物催化转化制芳烃反应产品除了苯、甲苯和二甲苯等芳烃外，还副产大量的水和乙烯、丙烯等低碳烯烃、C₅₊汽油及有机氧化物，气体量大，气体产品平均分子量小，反应工艺气的体积流量大；相应的，有机氧化物芳构化过程生焦率很低，只有重油催化裂化的十分之一左右，为降低催化剂的水热失活，有机氧化物催化转化制芳烃再生系统采用不完全再生，再生烟气中含有CO，耗风指标低，因此，再生烟气体积流量小，反应器工艺气量约为再生器烟气量的8倍。因此，有机氧化物芳构化反应再生特点决定了反应器远大于再生器。

由于再生烟气量低，为保持再生器中催化剂的流化状态，再生器直径只有反应器直径的1/4～1/3；另一方面，有机氧化物催化转化制芳烃生产的焦炭特点决定了待生催化剂必须有足够的停留时间，才能完全烧掉待生催化剂夹带的焦炭，这又要求再生器体积必须足够大才行；从而使得再生器可能又细又长，密相床层高度很高，导致烧焦用主风出口压力增加、反应器和再生器立面布置存在困难等问题。

中国专利CN 103657744A公开了一种甲醇芳构化过程的催化剂再生器及再生方法，在多段再生流化床中轴向设置一个至多个横向多孔挡板，形成两个或多个堆积催化剂的密相区。在一个或多个催化剂密相区中设置换热器，控制各个密相区操作温度沿轴向(从低到高)逐渐降低的变温操作；同时在一个或多个催化剂密相区设置惰性气体注入点，注入氮气、氩气和氦气中的一种或多种，惰性气体体积为再生器烧焦用含氧气体体积的0.05～1倍，主要作用是脱除进入反应系统再生催化剂上携带的再生烟气，减少反应器中CO2、CO和脂肪酸类副产物的生成。该发明注入惰性气体的注入量较少，对再生器体积影响不大。

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催化剂的再生系统，该再生系统可以在现有再生系统的基础上有效增加再生器的体积，保证待生催化剂的烧焦时间和烧焦效果，还可以适应反应器不同的处理量和生焦量。

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催化剂的再生系统，其特征在于，该再生系统包括第一再生器1、第二再生器2、空气管线11和惰性气体管线12；所述第一再生器1设置有用于与有机氧化物催化转化制芳烃的反应器的待生催化剂出口连通的待生催化剂入口20，所述第二再生器2设置有用于与有机氧化物催化转化制芳烃的反应器的再生催化剂入口连通的再生催化剂出口21；所述第一再生器1的半再生催化剂出口与所述第二再生器2的半再生催化剂入口连通；所述空气管线11和惰性气体管线12汇合连通于总贫氧主风线14的一端，总贫氧主风线14的另一端通过一再贫氧主风线15与所述第一再生器1底部的一再贫氧主风分布器7连通以及通过二再贫氧主风线16与所述第二再生器2底部的二再贫氧主风分布器8连通。

优选地，其特征在于，所述总贫氧主风线14上设置有加热器4。

优选地，其特征在于，所述第一再生器1和第二再生器2为上下重叠布置，且所述第二再生器2顶部的烟气出口与所述第一再生器1的底部连通；所述第一再生器1腔体内的上部设置有至少一组相互串连的第一再生器一级旋风分离器9和第一再生器二级旋风分离器10。

优选地，其特征在于，所述第一再生器1和第二再生器2为并列布置；所述第一再生器1的烟气出口通过一再烟气线18与总烟气线17连通，所述第二再生器2的烟气出口通过二再烟气线19也与所述总烟气线17连通。

优选地，其特征在于，所述第一再生器1腔体内的上部设置有至少一组相互串连的第一再生器一级旋风分离器9和第一再生器二级旋风分离器10；所述第二再生器2腔体内的上部也设置有至少一组相互串连的第二再生器一级旋风分离器90和第二再生器二级旋风分离器100。

本实用新型提供的有机氧化物催化转化制芳烃催化剂的再生系统具有如下优点：

1、由于有机氧化物催化转化制芳烃再生系统可以补充惰性气体，该再生系统可以在现有再生系统的基础上有效增加再生器的体积以及催化剂停留时间，保证待生催化剂的烧焦时间和烧焦效果，还可以适应反应器不同的处理量和生焦量；

2、有机氧化物催化转化制芳烃再生系统补充惰性气体，再生器直径增大，可以减少催化剂密相床层高度，从而降低主风机的出口压力，使主风机的能耗降低；

3、能够维持旋风分离器的入口线速和分离效率，减少昂贵的芳构化催化剂跑损，降低操作成本；

4、总贫氧主风线上设置有加热器，可以满足再生系统的开工需求，以及处理量和生焦量发生变化时再生器的热量平衡，维持第一再生器和第二再生器操作温度，确保催化剂再生效果。

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为本实用新型的有机氧化物催化转化制芳烃催化剂再生系统的一种具体实施方式(即重叠式再生系统)；

图2为本实用新型的有机氧化物催化转化制芳烃催化剂再生系统的另一种具体实施方式(即并列式再生系统)。

附图标记说明

1 第一再生器   2 第二再生器   3 主风机   4 加热器

5 半再生斜管     6 半再生滑阀    7 一再贫氧主风分布器

8 二再贫氧主风分布器       9 第一再生器一级旋风分离器

10 第一再生器二级旋风分离器     90 第二再生器一级旋风分离器

100 第二再生器二级旋风分离器   11 空气管线   12 惰性气体管线

13 主风管线    14 总贫氧主风线    15 一再贫氧主风线

16 二再贫氧主风线    17 总烟气线    18 一再烟气线

19 二再烟气线    20 待生催化剂入口    21 再生剂催化出口

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催化剂的再生系统，其特征在于，该再生系统包括第一再生器1、第二再生器2、空气管线11和惰性气体管线12；所述第一再生器1设置有用于与有机氧化物催化转化制芳烃的反应器的待生催化剂出口连通的待生催化剂入口20，所述第二再生器2设置有用于与有机氧化物催化转化制芳烃的反应器的再生催化剂入口连通的再生催化剂出口21；所述第一再生器1的半再生催化剂出口与所述第二再生器2的半再生催化剂入口连通；所述空气管线11和惰性气体管线12汇合连通于总贫氧主风线14的一端，总贫氧主风线14的另一端通过一再贫氧主风线15与所述第一再生器1底部的一再贫氧主风分布器7连通以及通过二再贫氧主风线16与所述第二再生器2底部的二再贫氧主风分布器8连通。

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。

本实用新型的发明人发现，有机氧化物催化转化制芳烃催化剂在高温和高水蒸汽分压时水热失活较为明显，因此本实用新型并列布置或重叠布置两个再生器对待生催化剂进行两段再生，以降低催化剂的高温水热失活。即所述第一再生器1可以为采用第一含氧气体的贫氧操作，再生温度可以为500-650℃，并且由于焦炭中氢的燃烧速度远远大于碳的燃烧速度，待生催化剂在第一再生器较为缓和的再生条件下，可烧掉焦炭中50重％-90重％的碳元素和60重％-100重％的氢元素，以体积计，第一再生器1所产生烟气中一氧化碳和二氧化碳的比例可以为0.2-3。虽然大部分氢元素可以在第一再生器1中烧掉变成水蒸汽，但由于烧焦温度较低，可以有效减小催化剂的水热失活。第二再生器2可以为采用第二含氧气体的富氧操作，再生温度可以为600-750℃，再生条件比第一再生器苛刻，由于焦炭中氢元素在第一再生器1内基本燃烧完全，第二再生器2可以在高温低水蒸汽分压的条件下将催化剂上10重％-50重％的碳元素和0重％-40重％的氢元素完全燃烧，以减少催化剂的水热失活，以体积计，第二再生器2所产生烟气中氧气的含量可以为0.5-15体％。当所述待生催化剂进行第二再生后，以重量计并以催化剂的总重量为基准，再生催化剂中焦炭的含量可以为0.01-0.1重％。当然，本领域技术人员也可以根据实际情况在本实用新型的再生系统中采用其它再生方法对有机氧化物催化转化制芳烃催化剂进行再生，本实用新型没有限制。

为了适应两段再生的需要，惰性气体管线12内的体积流量可以为空气管线11的体积流量的0-100倍，以体积计，所述总贫氧主风线14中，惰性气体的含量可以为大于0至99.9体％，优选为10-70体％，并使得第一再生器1和第二再生器2的密相床层维持一定的藏量保证烧焦强度以及其内的气体流速为0.2-1.5m/s左右，保证催化剂的流化状态良好。此时，为方便空气引入再生器，可以将空气管线11与主风机3和主风管线13连通后再与惰性气体管线12汇合，采用主风机3将空气压缩成主风后送入再生器中。同时，由于本实用新型再生系统能够补充适量的惰性气体，可以使旋风分离器的入口线速在适宜的范围内，维持旋风分离器的分离效率，减少催化剂跑损。以相同压力下的体积计，所述一再贫氧主风线15中气体流量可以占所述总贫氧主风线14气体流量的5-95体％，优选为35-45体％；所述二再贫氧主风线16中气体流量可以占所述总贫氧主风线14气体流量的5-95体％，优选为55-65体％。

由于有机氧化物催化转化制芳烃生焦率低，再生烧焦放出的热量少，烧焦放热可能低于再生器表面散热，尤其是规模较小的装置，再生器表面散热比率较大。为解决上述问题和开工时的装置加热问题，所述总贫氧主风线14上可以设置有加热器4。并根据所述第一再生器1的温度和/或所述第二再生器2的温度可以调整所述总贫氧主风线14内气体的温度为100-1000℃，以确保第一再生器1和第二再生器2的热量平衡。所述的加热器4可以为辅助燃烧室，燃烧介质可以包括但不限于选自柴油、燃料气和天然气中的至少一种，此外加热器4也可以为电加热器。

根据本实用新型，为保证用于再生的气体在第一再生器1和第二再生器2内分布均匀且与催化剂充分接触，以达到良好的烧焦效果和流化状态，第一再生器1和第二再生器2的底部设置有一再贫氧主风分布器7和二再贫氧主风分布器8。所述贫氧主风分布器为本领域技术人员所熟知，可以为选自树枝状分布管、环式分布管、多孔式分布板和锥帽式分布环中的至少一种。

根据本实用新型的一种具体实施方式，可以上下重叠布置所述第一再生器1与所述第二再生器2且第一再生器设置在第二再生器上方，并且第一再生器与第二再生器的连接处被设置为可以允许气体夹带催化剂通过的低压降分布板。如图1所示，所述第一再生器1和第二再生器2为上下重叠布置，且所述第二再生器2顶部的烟气出口可以与所述第一再生器1的底部连通；所述第一再生器1腔体内的上部可以设置有至少一组相互串连的第一再生器一级旋风分离器9和第一再生器二级旋风分离器10。所述旋风分离器为本领域技术人员所熟知，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和一个二级旋风分离器；当设置多组两级旋风分离器时，一级旋风分离器和二级旋风分离器的数量一般相同，之间可以通过升气管一对一连接，也可以将多个一级旋风分离器的升气管汇合成一个集合管后，再与多个二级旋风分离器连接，二级旋风分离器的升气管均与集气室连接，所述集气室可以设在再生器的内部，也可以设在再生器的外部。

根据本实用新型的另一种具体实施方式，如图2所示，所述第一再生器1和第二再生器2可以为并列布置；所述第一再生器1的烟气出口可以通过一再烟气线18与总烟气线17连通，所述第二再生器2的烟气出口可以通过二再烟气线19也与所述总烟气线17连通。所述第一再生器1腔体内的上部可以设置有至少一组相互串连的第一再生器一级旋风分离器9和第一再生器二级旋风分离器10；所述第二再生器2腔体内的上部也可以设置有至少一组相互串连的第二再生器一级旋风分离器90和第二再生器二级旋风分离器100。另外，第一再生器1的底部可以和第二再生器2的下部通过半再生斜管5相互连通，半再生斜管5上可以设置有用于控制所述第一再生器1催化剂料位的半再生滑阀6。

Claims (5)

1.一种有机氧化物催化转化制芳烃催化剂的再生系统，其特征在于，该再生系统包括第一再生器(1)、第二再生器(2)、空气管线(11)和惰性气体管线(12)；所述第一再生器(1)设置有用于与有机氧化物催化转化制芳烃的反应器的待生催化剂出口连通的待生催化剂入口(20)，所述第二再生器(2)设置有用于与有机氧化物催化转化制芳烃的反应器的再生催化剂入口连通的再生催化剂出口(21)；所述第一再生器(1)的半再生催化剂出口与所述第二再生器(2)的半再生催化剂入口连通；所述空气管线(11)和惰性气体管线(12)汇合连通于总贫氧主风线(14)的一端，总贫氧主风线(14)的另一端通过一再贫氧主风线(15)与所述第一再生器(1)底部的一再贫氧主风分布器(7)连通以及通过二再贫氧主风线(16)与所述第二再生器(2)底部的二再贫氧主风分布器(8)连通。

2.根据权利要求1所述的再生系统，其特征在于，所述总贫氧主风线(14)上设置有加热器(4)。

3.根据权利要求1所述的再生系统，其特征在于，所述第一再生器(1)和第二再生器(2)为上下重叠布置，且所述第二再生器(2)顶部的烟气出口与所述第一再生器(1)的底部连通；所述第一再生器(1)腔体内的上部设置有至少一组相互串连的第一再生器一级旋风分离器(9)和第一再生器二级旋风分离器(10)。

4.根据权利要求1所述的再生系统，其特征在于，所述第一再生器(1)和第二再生器(2)为并列布置；所述第一再生器(1)的烟气出口通过一再烟气线(18)与总烟气线(17)连通，所述第二再生器(2)的烟气出口通过二再烟气线(19)也与所述总烟气线(17)连通。

5.根据权利要求4所述的再生系统，其特征在于，所述第一再生器(1)腔体内的上部设置有至少一组相互串连的第一再生器一级旋风分离器(9)和第一再生器二级旋风分离器(10)；所述第二再生器(2)腔体内的上部也设置有至少一组相互串连的第二再生器一级旋风分离器(90)和第二再生器二级旋风分离器(100)。