CN210700021U - 烯烃制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种烯烃制备装置，属于石油化工设备技术领域。通过在反应单元的上方设置两级分离单元，使得反应产物气和催化剂在分离单元中迅速分离，减少了副反应的发生，降低了设备尺寸；同时，优化待生催化剂抽出结构，使得进入再生器中的催化剂均为刚反应完的催化剂，降低了再生器负荷，提高了催化剂的再生效率。

Description

烯烃制备装置

技术领域

本实用新型涉及石油化工设备技术领域，特别涉及一种烯烃制备装置。

背景技术

乙烯、丙烯等低碳烯烃是重要的基本有机化工原料，是合成塑料、纤维和各类化工材料的关键中间体，是有机化学工业的基础。在工业生产过程中，常采用MTO(Methanol toOlefins，甲醇制烯烃)方法来生产烯烃。MTO方法的基本原理是：在催化剂的催化作用下，甲醇发生快速放热反应，生成乙烯、丙烯以及其他副产物，副产物中的焦炭附着在催化剂上形成待生催化剂，待生催化剂经汽提、烧焦等处理后形成再生催化剂，将再生催化剂再次流入反应器以供循环使用。

目前常用的制备装置中，反应器主要采用湍流床和快速床两种型式，两种型式的装置，反应后均采用低速沉降和旋风分离型式来进行分离，具体地，反应产物经反应器沉降段进行沉降后，催化剂沉降到反应器中，气体流入分离装置中，在分离装置中分离气体和固体。

上述制备装置由于采用低速沉降方式分离反应后产物，一方面，反应器沉降段直径较大，导致反应产物在高温段停留时间加长，加剧了副反应的发生；另一方面，由于需要从反应器中取出催化剂来进行下一步的再生处理，反应器中的不同催化剂的停留时间差异较大，造成催化剂积碳不均匀，一方面导致大量“老”催化剂滞留反应器，降低了反应效率和反应选择性，还会使“年轻”催化剂被过早移出反应器，增加了再生器负荷，降低了催化剂再生效率。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种烯烃制备装置，能够解决目前常用的烯烃制备装置尺寸较大，再生器的负荷较大，催化剂的再生效率较低的问题。所述技术方案如下：

提供了一种烯烃制备装置，所述烯烃制备装置包括：反应器和再生器；

所述反应器包括：

反应单元，所述反应单元上设置有反应段、原料入口、取热器出口催化剂分配器以及与所述再生器的再生催化剂出口连通的再生催化剂分配器，所述反应段位于所述原料入口、所述再生催化剂分配器和所述取热器出口催化剂分配器的上方；

套装在所述反应单元上端出口处的反应稀相管；

均与所述反应稀相管连通的多个第一分离单元，每个第一分离单元上端设置有升气管，下端设置有第一料腿，所述第一料腿伸入至所述反应单元与所述反应稀相管之间所形成的催化剂收集斗内；

位于所述反应稀相管上方的第二分离单元，所述第二分离单元与所述升气管连通，所述第二分离单元的下端设置有用于伸入至所述催化剂收集斗内的第二料腿；

位于所述反应单元外部的取热器，所述取热器的侧端口与所述催化剂收集斗连通，下端口与所述取热器出口催化剂分配器连通；

侧端口与所述催化剂收集斗连通的汽提器，所述汽提器的下端口与所述再生器的进料口连通。

在一种可能设计中，所述取热器的上端口与所述反应稀相管连通。

在一种可能设计中，所述汽提器的上端口与所述反应稀相管连通。

在一种可能设计中，所述烯烃制备装置还包括：外循环管；

所述外循环管的上端口与所述催化剂收集斗连通，下端口与所述取热器出口催化剂分配器连通。

在一种可能设计中，所述取热器出口催化剂分配器、所述再生催化剂分配器均包括：呈放射状分布的多根分配管；

所述再生催化剂分配器的多根分配管均与所述再生器的再生催化剂出口连通；

所述取热器出口催化剂分配器的多根分配管均与所述取热器的下端口连通；

每根分配管上设有多个分配孔。

在一种可能设计中，所述原料入口包括：进料管和连通在所述进料管上方的分布管；

所述进料管的下端口凸出于所述反应单元的下壁；

所述分布管上设有多个分布管喷嘴。

在一种可能设计中，所述反应稀相管包括：由上至下顺次连通的小径段和过渡段。

在一种可能设计中，所述第二分离单元还包括：壳体以及位于所述壳体内的集气室、多个旋风分离器；

所述集气室的上端与所述第一分离单元的升气管连通，下端与所述多个旋风分离器连通。

在一种可能设计中，所述每个第一分离单元为粗旋风分离器。

在一种可能设计中，所述多个第一分离单元在所述反应稀相管的外部沿周向均匀设置。

通过在反应单元的上方设置两级分离单元，使得反应产物中的气体和催化剂在分离单元中迅速分离，减少了副反应的发生，降低了设备尺寸，同时，优化待生催化剂抽出结构，使得进入再生器中的催化剂均为刚反应完的催化剂，降低了再生器负荷，提高了催化剂的再生效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种烯烃制备装置的结构示意图。

附图中的各个标号说明如下：

1-反应器；

11-反应单元；

111-反应段；

112-原料入口；

1121-进料管，1122-分布管；

113-取热器出口催化剂分配器；

114-再生催化剂分配器；

12-反应稀相管；

121-小径段，122-过渡段；

13-第一分离单元；

131-升气管，132-第一料腿；

14-催化剂收集斗；

15-第二分离单元；

151-第二料腿，152-壳体，153-集气室，154-旋风分离器；

16-取热器；

17-汽提器；

18-外循环管；

2-再生器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

图1是本实用新型实施例提供的一种烯烃制备装置的结构示意图，参见图1，该烯烃制备装置包括：反应器1和再生器2；该反应器1包括：

反应单元11，该反应单元11上设置有反应段111、原料入口112、取热器出口催化剂分配器113以及与该再生器2的再生催化剂出口连通的再生催化剂分配器114，该反应段111位于该原料入口112、该再生催化剂分配器114和该取热器出口催化剂分配器113的上方；

套装在该反应单元11上端出口处的反应稀相管12；

均与该反应稀相管12连通的多个第一分离单元13，每个第一分离单元13上端设置有升气管131，下端设置有第一料腿132，该第一料腿132伸入至该反应单元11与该反应稀相管12之间所形成的催化剂收集斗14内；

位于该反应稀相管12上方的第二分离单元15，该第二分离单元15与该升气管131连通，该第二分离单元15的下端设置有用于伸入至该催化剂收集斗14内的第二料腿151；

位于该反应单元11外部的取热器16，该取热器16的侧端口与该催化剂收集斗14连通，下端口与该取热器出口催化剂分配器113连通；

侧端口与该催化剂收集斗14连通的汽提器17，该汽提器17的下端口与该再生器2的进料口连通。

下面对本实用新型实施例提供的烯烃制备装置的工作原理进行详述：

甲醇原料和催化剂在反应器1中混合，甲醇发生反应，反应产物中的待生催化剂经再生器2处理后形成再生催化剂，再生催化剂流入反应器1中继续发挥催化作用。

其中待生催化剂指经过催化反应的表面附有积炭的催化剂。待生催化剂流入再生器2，在再生器2内约700℃的温度下通入空气，将待生催化剂上面的焦炭烧掉，烧掉焦炭后的催化剂叫做再生催化剂。

具体地，在反应单元11中，甲醇在催化剂的催化作用下发生快速放热反应，生成乙烯、丙烯以及其他副产物；由于原料入口112处的高温甲醇气体流速较快，压强也较大，各反应产物以及经过反应有焦炭附着的待生催化剂在该压强的作用下向上快速流动，由反应单元11经反应稀相管12流至多个第一分离单元13内，经第一分离单元13的初步分离，大部分待生催化剂由第一分离单元13的第一料腿132向下流入催化剂收集斗14内；其余部分的待生催化剂随气体经第一分离单元13的升气管131流入第二分离单元15中，在第二分离单元15中经过进一步的分离，分离后的气体流出该反应器1，分离后的待生催化剂经第二分离单元15的第二料腿151流入该催化剂收集斗14。

其中，催化剂收集斗14内的待生催化剂一部分流入汽提器17，进而流入再生器2进行再生，一部分流入该取热器16，通过取热器出口催化剂分配器113重新流入反应单元11中。

在再生器2中，待生催化剂通过汽提器17和再生器2中进行汽提、烧焦等反应后，表面的焦炭被消除，形成再生催化剂，再生催化剂经再生催化剂分配器114重新流入反应单元11中，以供循环使用。

通过在反应单元11的上方设置两级分离单元，使得反应产物中的气体和催化剂在分离单元中迅速分离，减少了副反应的发生，降低了设备尺寸，同时，优化待生催化剂抽出结构，使得进入再生器2中的催化剂均为刚反应完的催化剂，降低了再生器2的负荷，提高了催化剂的再生效率。

在一种可能设计中，该取热器16的上端口与该反应稀相管12连通。

取热器16包括一个垂直设置的圆筒形壳体，壳体内垂直设置有多根套管式换热管。每一根换热管为封闭式结构，主要由进水管和汽水混合物套管组成。每根换热管是一个独立的传热元件，构成一个具有独立的水-汽回路的换热单元。待生催化剂在取热器16之中进行降温，降温后的待生催化剂经取热器出口催化剂分配器113流入反应单元11中。少量伴随待生催化剂流入取热器16中的气体经上端口流回反应稀相管12中，避免由于待生催化剂流速不均匀造成的取热器16中压强不稳。

在一种可能设计中，该汽提器17的上端口与该反应稀相管12连通。

该汽提器17用于对待生催化剂进行汽提，汽提器17中设有蒸汽入口和蒸汽出口，通过蒸汽入口向该汽提器17内通入蒸汽，以便用水蒸汽将催化剂颗粒之间和颗粒孔隙内充满的油气置换出来，以减少焦炭产率。

在一种可能设计中，该烯烃制备装置还包括：外循环管18；该外循环管18的上端口与该催化剂收集斗14连通，下端口与该取热器出口催化剂分配器113连通。

上述外循环管18上还设有滑阀，通过控制滑阀的开度来控制该外循环管18中的催化剂流速，从而使该外循环管18与取热器16配合来调节流入该反应单元11中的催化剂的流量。

该催化剂收集斗14内部设有环形床，汽提器17、取热器16和外循环管18均从该催化剂收集斗14内抽出催化剂，减少了反应产物的返混，保证了催化剂的纯度，也有利于催化剂的密相输送。

在一种可能设计中，该取热器出口催化剂分配器113、该再生催化剂分配器114均包括：呈放射状分布的多根分配管；该再生催化剂分配器114的多根分配管均与该再生器2的再生催化剂出口连通；该取热器出口催化剂分配器113的多根分配管均与该取热器16的下端口连通；每根分配管上设有多个分配孔。

上述设计便于均匀分配催化剂，能够优化原料与催化剂的接触效果，保持床层均匀，有利于反应的进行。

该取热器出口催化剂分配器113和再生催化剂分配器114均用于将催化剂通入该反应单元11的反应段111，用于使反应段111内的温度和催化剂的活性均一，提高反应的选择性。

在一种可能设计中，该反应单元11中还设有格栅，该格栅用于均匀分布催化剂和甲醇及蒸汽原料，保证气固接触效果。具体地，该格栅为3-5层，每一层格栅都呈水平布置，格栅上的孔隙率为50％-90％。原料在催化作用下产生的反应产物上行经过该格栅时，该格栅能够消除反应单元11的床层内的大气泡，进一步优化原料与催化剂的接触效果，保持床层均匀，有利于反应的进行。

在一种可能设计中，该原料入口112包括：进料管1121和连通在该进料管1121上方的分布管1122；该进料管1121的下端口凸出于该反应单元11的下壁；该分布管1122上设有多个分布管喷嘴。

上述设计用于均匀分布从进料管1121进入的甲醇及蒸汽原料，采用分布管1122结构进料可以增加装置的安全性，加热后的甲醇及蒸汽原料经该进料管1121流入该分布管1122内，通过该分布管1122均匀分布到反应单元11中，例如，可以将甲醇原料预热到170℃-250℃后，进行反应，反应温度可以控制在450℃-490℃，反应压力在0.05MPa-0.2MPa。

在一种可能设计中，该反应稀相管12包括：由上至下顺次连通的小径段121和过渡段122。该过渡段122包括大径段以及连接该大径段和该小径段121的锥形段，其中，该大径段的直径为6000mm-10000mm。例如，可以是6000mm、7000mm、8000mm、9000mm或10000mm。

该反应稀相管12的最大外径远小于同产量的相关反应设备的最大外径，例如，相关技术中的处理量为180万吨/年的湍流床MTO设备，其反应设备的反应段直径通常为10000mm，稀相段直径通常为15000mm，在本实施例中，该反应稀相管12的最大外径(也即是该反应器1的最大外径)为7000mm左右。

上述设计大大降低了反应器1的尺寸，有利于大产量MTO设备的设计。

在一种可能设计中，该第二分离单元15还包括：壳体152以及位于该壳体152内的集气室153、多个旋风分离器154；该集气室153的上端与该第一分离单元13的升气管131连通，下端与该多个旋风分离器154连通。

该第二分离单元15通过一个集气室153将多个旋风分离器154进行集合，节省了空间，降低了装置的尺寸。

在一种可能设计中，该每个第一分离单元13为粗旋风分离器。

上述粗旋风分离器用于高效进行气固分离，同时，该粗旋风分离器能够降低对待生催化剂的磨损程度。

在一种可能设计中，该多个第一分离单元13在该反应稀相管12的外部沿周向均匀设置。

该反应稀相管12通过水平管连通多个第一分离单元13，便于反应产物从反应稀相管12迅速流入该多个第一分离单元13，容易控制反应时间，减少有害的二次反应的发生。

在该装置中，再生器2的主要用途是对待生催化剂进行汽提、烧焦和二次汽提等处理，使之转化为再生催化剂，再将再生催化剂输送至反应器1的反应单元11中。再生器2包括：待生催化剂提升管、主风入口、再生器格栅、再生催化剂汽提器、再生烟气出口以及再生器取热器。

其中，待生催化剂提升管的一端与汽提器17的料腿连通，另一端通入再生器2的壳体内；主风入口上设有主风分布管，用于向再生器2的壳体内腔中输送主风，以便均匀分布气体，促进气固相的良好接触，支承催化剂床层，防止固体漏料；在再生器2的壳体内，该再生器格栅设置在该再生器主风分布管上方，用于均匀分配从再生器主风入口进入再生器的主风，使主风与床层上的待生催化剂均匀接触，有利于待生催化剂均匀烧焦再生，得到含碳量均匀的再生催化剂，以提高反应的选择性。再生完的再生催化剂经再生催化剂汽提器汽提后通入反应器1的反应单元11中。

待生催化剂经过待生催化剂提升管，被提升至再生器2的内腔中，与主风入口输送的主风接触进行烧焦，烧焦后得到的再生催化剂经再生催化剂汽提器进行汽提后，流入再生催化剂分配器114中；再生器2的过剩热量由再生器取热器取走；再生器2中生成的气体由再生烟气出口排出。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本实用新型的可选实施例，在此不再一一赘述。

上述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种烯烃制备装置，其特征在于，所述烯烃制备装置包括：反应器(1)和再生器(2)；

所述反应器(1)包括：

反应单元(11)，所述反应单元(11)上设置有反应段(111)、原料入口(112)、取热器出口催化剂分配器(113)以及与所述再生器(2)的再生催化剂出口连通的再生催化剂分配器(114)，所述反应段(111)位于所述原料入口(112)、所述再生催化剂分配器(114)和所述取热器出口催化剂分配器(113)的上方；

套装在所述反应单元(11)上端出口处的反应稀相管(12)；

均与所述反应稀相管(12)连通的多个第一分离单元(13)，每个第一分离单元(13)上端设置有升气管(131)，下端设置有第一料腿(132)，所述第一料腿(132)伸入至所述反应单元(11)与所述反应稀相管(12)之间所形成的催化剂收集斗(14)内；

位于所述反应稀相管(12)上方的第二分离单元(15)，所述第二分离单元(15)与所述升气管(131)连通，所述第二分离单元(15)的下端设置有用于伸入至所述催化剂收集斗(14)内的第二料腿(151)；

位于所述反应单元(11)外部的取热器(16)，所述取热器(16)的侧端口与所述催化剂收集斗(14)连通，下端口与所述取热器出口催化剂分配器(113)连通；

侧端口与所述催化剂收集斗(14)连通的汽提器(17)，所述汽提器(17)的下端口与所述再生器(2)的进料口连通。

2.根据权利要求1所述的烯烃制备装置，其特征在于，所述取热器(16)的上端口与所述反应稀相管(12)连通。

3.根据权利要求1所述的烯烃制备装置，其特征在于，所述汽提器(17)的上端口与所述反应稀相管(12)连通。

4.根据权利要求1所述的烯烃制备装置，其特征在于，所述烯烃制备装置还包括：外循环管(18)；

所述外循环管(18)的上端口与所述催化剂收集斗(14)连通，下端口与所述取热器出口催化剂分配器(113)连通。

5.根据权利要求1所述的烯烃制备装置，其特征在于，所述取热器出口催化剂分配器(113)、所述再生催化剂分配器(114)均包括：呈放射状分布的多根分配管；

所述再生催化剂分配器(114)的多根分配管均与所述再生器(2)的再生催化剂出口连通；

所述取热器出口催化剂分配器(113)的多根分配管均与所述取热器(16)的下端口连通；

每根分配管上设有多个分配孔。

6.根据权利要求1所述的烯烃制备装置，其特征在于，所述原料入口(112)包括：进料管(1121)和连通在所述进料管(1121)上方的分布管(1122)；

所述进料管(1121)的下端口凸出于所述反应单元(11)的下壁；

所述分布管(1122)上设有多个分布管喷嘴。

7.根据权利要求1所述的烯烃制备装置，其特征在于，所述反应稀相管(12)包括：由上至下顺次连通的小径段(121)和过渡段(122)。

8.根据权利要求1所述的烯烃制备装置，其特征在于，所述第二分离单元(15)还包括：壳体(152)以及位于所述壳体(152)内的集气室(153)、多个旋风分离器(154)；

所述集气室(153)的上端与所述第一分离单元(13)的升气管(131)连通，下端与所述多个旋风分离器(154)连通。

9.根据权利要求1所述的烯烃制备装置，其特征在于，所述每个第一分离单元(13)为粗旋风分离器。

10.根据权利要求1所述的烯烃制备装置，其特征在于，所述多个第一分离单元(13)在所述反应稀相管(12)的外部沿周向均匀设置。

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