CN211800720U - 一种用于甲醇制烯烃的气升式循环流化床环流反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于甲醇制烯烃的气升式循环流化床环流反应器，包括自上而下依次由扩大段、过渡段、直筒段和锥底组成的壳体，在壳体扩大段的顶部和侧壁上分别连接了反应产物出口管和催化剂入口管，在壳体锥底底部连接有催化剂出口管，中心筒布置在壳体的直筒段内部形成环形空间；取热盘管沿中心筒的外侧纵向贴壁回折布置，在中心筒的正下方布置了环形内分布器以及内分布器进料管，在环形空间正下方布置有环形外分布器以及与外分器连通的外分布器进料管。本实用新型有利于提高MTO反应过程的取热效率，减少反应器径向温差，保持反应温度稳定；降低反应器床层催化剂返混程度，稳定催化剂表面定炭，提高反应效率和目的产物产率。

Description

一种用于甲醇制烯烃的气升式循环流化床环流反应器

技术领域

本实用新型属于石油化工以及煤化工技术领域，主要涉及一种用于甲醇制烯烃的气升式循环流化床环流反应器。

背景技术

乙烯、丙烯等低碳烯烃是重要的有机化工原料，在国民经济的诸多领域起着非常重要的作用。目前低碳烯烃的生产过程主要依靠石脑油蒸汽裂解、催化裂化等传统的工艺路线，世界上约67%的丙烯来自于蒸汽裂解制乙烯的副产品，约30%来自于催化裂化工艺。近年来，随着石油资源的重劣质化趋势增加以及价格大幅波动，传统的以石油原料生产低碳烯烃的技术路线受到了巨大的挑战。以煤炭或天然气为原料制取低成本的甲醇，再以甲醇为原料制取低碳烯烃（(Methanol to Olefins，MTO）的技术较传统工艺具有显著的成本优势，已成为目前低碳烯烃生产技术的发展方向之一。

MTO反应属于典型的气固非均相催化反应，常用的催化剂为SAPO-34分子筛、ZSM-5择型分子筛，其突出特点：一是反应速度快，甲醇与催化剂接触0.04s就可实现完全转化；二是反应放热量大，反应热在20～35kJ/mol之间；三是催化剂容易积碳，需要频繁地再生。上述特点决定了MTO工艺不宜选择固定床反应器而只能选择连续反应再生的流化床反应器。

MTO属于强放热反应，其反应温度和催化剂定碳对目标产物的产率和选择性有较大的影响。目前，MTO流化床反应器一般借鉴石油炼制行业的流化催化裂化工艺（FCC）装置，采用循环快速流化床或湍流流化床设计。其反应实际在反应器下部发生，该区域由进料分布器，催化剂流化床和出口提升器组成，催化剂在其中边流化边返混，造成催化剂上的定碳差异较大，近而影响低碳烯烃的收率以及乙烯与丙烯比例。反应器的上部主要为气相产物与催化剂的分离区，在反应器提升器出口的初级预分离之后，进入多级旋风分离器和外置的三级分离器来完成整个的分离。分离出来的催化剂继续通过再循环滑阀自反应器上部循环回反应器下部，以保证反应器下部的催化剂藏量。反应温度控制通过反应器的催化剂冷却器产生蒸汽吸收反应热，一般采用反应器内设置换热盘管或设置外取热器的方式来移到反应热。由于MTO反应属于强放热过程，绝热温升会达到200℃左右，因此，采用传统的FCC取热方式会造成床层局部或径向温差较大，甚至会造成床层飞温，因此保证反应温度稳定和催化剂均匀载碳是MTO工艺及反应器应该重点考虑的问题。

发明专利CN 105566023 A公开了一种高效混合的甲醇制烯烃反应-再生装置及其反应方法，通过下行床反应-再生装置，让再生催化剂、换热催化剂与调碳待生催化剂共同进入内部为鼓泡流化床的催化剂混合器中，解决了催化剂混合不均匀的问题，也即保证了催化剂定碳均匀，但该发明没有涉及反应器的取热问题。

发明专利CN 105130727 A公开了一种用于甲醇制烯烃反应的三级串联流化床反应器以及利用该反应器制备烯烃的方法，反应产物及未反应完的甲醇与催化剂分离后进入下一级反应器继续反应。催化剂在三级反应器内连续流动，相比单级流化床反应器积炭量分布更加均匀，有效提高了单位催化剂生产能力。该专利也没有涉及MTO反应过程的取热问题。

发明专利CN 108840786 A公开了甲醇制烯烃装置，由反应器和再生器组成，在再生器的下部设置了外取热装置，其它部分与FCC装置完全相同，因此较难满足MTO反应对温度和催化剂定碳的要求。

发明专利CN 104107671 A公开了一种流化床反应器及用该流化床反应器进行甲醇制烯烃反应的方法，通过在反应器内设置多层气体分布板以及纵向设置的单根U型换热管的方式，解决MTO反应取热和催化剂结焦失活问题，但是由于在反应器床层布置了多层气体分布板，不利于流化床反应器的稳定运行，同时也缺乏控制催化剂定碳的手段。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种用于甲醇制烯烃的气升式循环流化床环流反应器，能够较好地解决循环流化床反应器中催化剂大量返混的问题，保持催化剂定碳基本稳定；同时又方便地移走MTO反应过程中产生的大量热量，保持反应温度基本恒定。

本实用新型采取的技术方案是：

一种用于甲醇制烯烃的气升式循环流化床环流反应器，包括反应器壳体、反应产物出口管、催化剂入口管、催化剂出口管、中心筒、取热盘管、取热介质入口管、取热介质出口管、内分布器、内分布器进料管、外分布器和外分布器进料管；所述的反应器壳体自上而下依次由扩大段、过渡段、直筒段和锥底组成，壳体扩大段的顶部和侧壁以及锥底的底部分别与反应产物出口管、催化剂入口管和催化剂出口管相连；所述的中心筒置于反应器壳体的直筒段之中，与直筒段之间形成环形空间，在所述的中心筒外侧贴壁布置了取热盘管，与所述的取热盘管相连的取热介质入口管和取热介质出口管均穿过反应器壳体直筒段的外壁延伸到壳体的外面；在中心筒的正下方布置有内分布器以及与内分布器连通的内分布器进料管，在中心筒与反应器壳体直筒段所形成的环形空间正下方布置有外分布器以及与外分器连通的外分布器进料管。

进一步，所述的取热盘管沿着中心筒外壁纵向回折连续布置，其取热介质入口管和取热介质出口管的外壁均与反应器直筒段的外壁密封焊接在一起；

进一步，所述的内分布器为环管式，其上端面与中心筒的下端面之间留有1～30cm的间隙，优选10～20cm；

进一步，所述的外分布器同样为环管式，其大小为中心筒外径与反应器壳体直筒段内径之和的1/2,其上端面的高度应至少低于内分布器下端面5cm。

本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型在反应器直筒段设置了沿中心筒外侧贴壁纵向回折连续布置的取热盘管，改变现有技术沿反应器直筒段内壁水平布置取热盘管的方式，减少了对催化剂流化过程的扰动，提高了取热效率，可以更好地移除MTO反应过程中产生的大量热量，减少反应器径向温差，有利于保持反应器内温度稳定，降低飞温风险，提高目的产物的产率；

2)本实用新型在中心筒的正下方以及中心筒与反应器壳体直筒段所形成的环形空间的正下方分别布置了内分布器和外分布器，两个分布器既可以同时进料，充分利用反应器空间；又可以通过调整进料量，改变中心筒与环形空间反应物料气速，实现催化剂以流化状态沿中心筒上升，并以流化状态沿环形空间返回，降低反应器床层催化剂返混程度，有利于稳定催化剂表面定炭，提高反应效率。

附图说明

图1为本实用新型所述的反应器示意图。

图2为本实用新型所述的反应器的A-A向剖面图。

图中，10、反应器壳体，11、反应产物出口管，12、催化剂入口管，13、催化剂出口，20、中心筒，30、取热盘管，31、取热介质入口管，32、取热介质出口管，40、内分布器， 41、内分布器进料管， 50、外分布器， 51、外分布器进料管，Ⅰ、扩大段，Ⅱ、过渡段，Ⅲ、直筒段，Ⅳ、锥底。

具体实施方式

在本实用新型中，如果没有特别的说明，本说明书所提到的“包括”表示开放式，也可以是封闭的，例如，所述“包括”可以表示还可以包含没有列出的其他元件，也可以仅包括列出的元件。

为便于理解本实用新型的技术内容，下面结合附图作进一步说明。该技术说明并非对本实用新型的创造性进行限制，在本实用新型创造思路启示下得到的技术方案，均应纳入本实用新型的保护范畴。

如图1和图2所示，一种用于甲醇制烯烃的气升式循环流化床环流反应器，包括反应器壳体10、反应产物出口管11、催化剂入口管12、催化剂出口管13、中心筒20、取热盘管30、取热介质入口管31、取热介质出口管32、内分布器40、内分布器进料管41、外分布器50和外分布器进料管51；所述的反应器壳体自上而下依次由扩大段Ⅰ、过渡段Ⅱ、直筒段Ⅲ和锥底Ⅳ组成。

所述的壳体扩大段Ⅰ的顶部和侧壁以及锥底Ⅳ的底部分别与反应产物出口管11、催化剂入口管12和催化剂出口管13相连；所述的中心筒20用支架固定在反应器壳体的直筒段Ⅲ之中，中心筒20与直筒段Ⅲ之间形成环形空间，在所述的中心筒20的外侧贴壁纵向回折布置了取热盘管30，与所述的取热盘管相连的取热介质入口管31和取热介质出口管32均穿过反应器壳体直筒段的外壁延伸到壳体的外面；取热介质入口管31和取热介质出口管32的外壁均与反应器直筒段Ⅲ的外避密封焊接。

在中心筒20的正下方布置有环形内分布器40以及与内分布器连通的内分布器进料管41，所述内分布器40的上端面与中心筒20的下端面之间留有1～30cm的间隙，优选10～20cm，以便使从环形空间下落的部分催化剂能够从该间隙顺利地流入内分布器的上面，完成催化剂在所述的反应器内部循环。

在中心筒20与反应器壳体直筒段Ⅲ所形成的环形空间正下方布置有环形外分布器50以及与外分器连通的外分布器进料管51，其大小为中心筒20的外径与反应器壳体直筒段Ⅲ的内径之和的1/2，其上端面的高度应至少低于内分布器40的下端面5cm，以便使从环形空间下落的部分催化剂能够从内分布器40与外分布器50之间的间隙流入位于壳体锥底的催化剂出口管13，进行催化剂的器外循环再生。

Claims (4)

1.一种用于甲醇制烯烃的气升式循环流化床环流反应器，包括反应器壳体、反应产物出口管、催化剂入口管、催化剂出口管和中心筒，所述的反应器壳体自上而下依次由扩大段、过渡段、直筒段和锥底组成，在壳体扩大段顶部和侧壁以及锥底的底部分别与反应产物出口管、催化剂入口管和催化剂出口管相连，所述的中心筒置于反应器壳体直筒段之中，与直筒段之间形成环形空间；其特征在于：所述的反应器还包括：取热盘管、取热介质入口管、取热介质出口管、内分布器、内分布器进料管、外分布器和外分布器进料管；在所述的中心筒外侧贴壁布置了取热盘管，与所述的取热盘管相连的取热介质入口管和取热介质出口管均穿过反应器壳体直筒段的外壁延伸到壳体的外面；在中心筒的正下方布置有内分布器以及与内分布器连通的内分布器进料管，在中心筒与反应器壳体直筒段所形成的环形空间正下方布置有外分布器以及与外分器连通的外分布器进料管。

2.根据权利要求1所述的用于甲醇制烯烃的气升式循环流化床环流反应器，其特征在于：所述的取热盘管沿着中心筒纵向回折连续布置，其取热介质入口管和取热介质出口管的外壁均与反应器直筒段的外壁密封焊接在一起。

3.根据权利要求1所述的用于甲醇制烯烃的气升式循环流化床环流反应器，其特征在于：所述的内分布器为环管式，其上端面与中心筒的下端面之间留有1～30cm的间隙。

4.根据权利要求1所述的用于甲醇制烯烃的气升式循环流化床环流反应器，其特征在于：所述的外分布器同样为环管式，其大小为中心筒外径与反应器壳体直筒段内径之和的1/2,其上端面的高度应至少低于内分布器下端面5cm。

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