CN220026958U - 一种甲醇生产低碳烯烃提升管流化床反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种甲醇生产低碳烯烃提升管流化床反应器，属于石油化工技术领域，解决了现有流化密相床层甲醇制低碳烯烃装置处理量小、操作弹性小、能耗高等问题。其包括提升管反应器，提升管反应器连接有反应沉降器，反应沉降器连通有再生器，再生器的底部连接有与提升管反应器连通的再生斜管，反应沉降器连通有第一外取热器，第一外取热器与提升管反应器连通。反应产生的混合气体进入到反应沉降器中进行产物和催化剂的分离，再生器再对催化剂进行烧焦处理，最后将催化剂再通入提升管反应器中继续参加反应；设置第一外取热器将部分降温后的催化剂导入提升管反应器中降低温度，可根据甲醇处理量的变化灵活调节反应时间与反应深度的要求。

Description

一种甲醇生产低碳烯烃提升管流化床反应器

技术领域

本实用新型属于石油化工技术领域，具体属于一种甲醇生产低碳烯烃提升管流化床反应器。

背景技术

乙烯、丙烯、丁烯属于石油化工领域重要的基础化学品，广泛应用于塑料、纤维、医药、纺织等领域。生产乙烯、丙烯、丁烯主要有催化裂化法，石脑油蒸汽裂解法，乙烷、丙烷、丁烷脱氢法，甲醇制乙烯、丙烯、丁烯法。其中甲醇制乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烃法由于原料广泛、投资少，且能实现煤化工与石油化工紧密结合起来，越来越受到重视。甲醇制低碳烷烃反应属于强放热、短反应时间的反应。在甲醇制低碳烯烃反应中一旦“碳池”形成后，甲醇转化低碳烯烃的反应在小于0.2S内就能完成，且放出大量热量。甲醇转化产物乙烯、丙烯、丁烯等均是非常活泼的，在分子筛的酸催化作用下，可以进一步经环化、脱氢、氢转移、缩合、烷基化等反应生成分子量不同的饱和烃、C6+烯烃及焦炭。控制好反应时间与及时撤热是甲醇生产低碳烯烃的关键。在已经工业化的生产装置中，主要是密相流化床层反应器和基于小孔SAPO分子筛的专用催化剂。

现有工业化甲醇制低碳烯烃都是借鉴流化催化装置反应形式，根据甲醇制低碳烯烃具体特点，采用基于小孔SAPO分子筛的专用催化剂和密相流化床层反应器。此种密相流化床层反应器由于需维持好催化剂密相床层高度，和确定的反应时间，缺乏较好的操作弹性，装置处理量较低。

现有基于小孔SAPO分子筛的专用催化剂活性高，使得密相流化床层反应器与再生器之间催化剂的循环量小，不能通过大量的催化剂循环量发挥反应器与再生器各自特性。

专利号为CN114133309A公开了采用两段式流化床反应器，上段为MTO反应段，下段为C4C5反应段。两个反应器都是流化床层反应器，此密相床层反应器限制了处理规模的变化，且在密相床层设置取热设备，操作复杂，装置灵活性受限。

专利号为CN114377729A公开了一种流化床再生器、制备低碳烯烃的装置及其应用。该流化床再生器由下至上包括第二活化区、第一活化区和气固分离区；该发明也是一种密相流化床层反应器，且该发明所涉及的设备复杂，工程化难度大，明显的缺点是装置处理规模受限，操作难度大，能耗高。

专利号为CN112546974A公开了一种用于甲醇制烯烃的流化床反应器。其包括快床反应器、二密床和交叉型进料分布器，所述交叉型进料分布器包括一个或多个水平进料分布支管、一个或多个斜进料分布支管和进料主管，其中所述水平进料分布支管和斜进料分布支管与进料主管相连，进料主管与快床反应器的连接口设置在快床反应器的下部。采用本发明的流化床反应器用于甲醇制烯烃时，具有氧化物回炼时氧化物转化率高的优点。其发明主要是解决氧化物回炼时提高其转化率难点，较以前流化床床层内反应有较大改进，但对于甲醇原料来说仍然是操作弹性小、不能及时调整反应热的变化等。

实用新型内容

针对现有流化密相床层甲醇制低碳烯烃装置处理量小、操作弹性小、能耗高等问题,本实用新型的目的在于提供一种甲醇生产低碳烯烃提升管流化床反应器，甲醇在提升管反应器中与催化剂反应，产生的混合气体进入到反应沉降器中进行产物和催化剂的分离，再生器再对分离的催化剂进行烧焦处理，恢复催化剂的活性，最后将再生催化剂再通入提升管反应器中继续参加反应，而设置第一外取热器对反应沉降器中的热量进行回收，并将一部分降温后的催化剂导入提升管反应器中降低提升管反应器中的温度，可根据甲醇处理量的变化灵活调节反应时间与反应深度的要求。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种甲醇生产低碳烯烃提升管流化床反应器，包括提升管反应器，所述提升管反应器的出气端连接有反应沉降器，所述反应沉降器连通有再生器，所述再生器的底部连接有再生斜管，所述再生器通过再生斜管与提升管反应器连通，所述反应沉降器连通有第一外取热器，所述第一外取热器连接有下料管，所述下料管与提升管反应器连通。

优选的，所述下料管与提升管反应器的连接处位于再生斜管与提升管反应器的连接处的上方。

优选的，所述第一外取热器连接有返回管，所述返回管与反应沉降器连通。

优选的，所述提升管反应器包括立管以及连接在立管上端的水平管，所述立管的底部设置有第一提升介质入口，所述立管设置有位于第一提升介质入口上方的进料口。

优选的，所述反应沉降器包括反应沉降器外壳，所述反应沉降器外壳内设置有粗级旋风分离器和单级旋风分离器，所述粗级旋风分离器的进气端与提升管反应器的出气端连接，所述反应沉降器外壳的内部下端设置有第一汽提段。

优选的，所述再生器包括再生器外壳以及贯穿再生器外壳底部的导入管，所述导入管的底部设置有第二提升介质入口，所述导入管连通有待生斜管，所述待生斜管与第一汽提段连通，所述再生器外壳的内部下端设置有第二汽提段。

优选的，所述导入管的上端连接有待生催化剂分布器，所述再生器外壳连接有位于待生催化剂分布器下方的主风分布器。

优选的，所述再生器外壳内设置有旋风分离器组。

优选的，所述旋风分离器组为两级旋风分离器。

优选的，所述再生器连接有第二外取热器。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

甲醇在提升管反应器中与催化剂反应，产生的混合气体进入到反应沉降器中进行产物和催化剂的分离，再生器再对分离的催化剂进行烧焦处理，恢复催化剂的活性，最后将再生催化剂再通入提升管反应器中继续参加反应，而设置第一外取热器对反应沉降器中的热量进行回收，并将一部分降温后的催化剂导入提升管反应器中降低提升管反应器中的温度，可根据甲醇处理量的变化灵活调节反应时间与反应深度的要求，加大了操作的弹性，还可以加大甲醇的处理量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的流程示意图。

附图说明：1-提升管反应器；2-再生烟气出口；3-水平管；4-粗级旋风分离器；5-反应沉降器；6-旋风分离器组；7-反应油气集气室；8-第一进料管；9-返回管；10-第一外取热器；11-第一流化风入口；12-下料管；13-第一汽提段；14-待生斜管；15-进料口；16-第一提升介质入口；17-再生斜管；18-第三滑阀；19-第二提升介质入口；20-第二滑阀；21-主风分布器；22-第二汽提段；23-第二流化风入口；24-第二进料管；25-第二外取热器；26-待生催化剂分布器；27-再生器；28-第一滑阀；29-导入管；30-单级旋风分离器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

下面结合图1对本实用新型作详细说明。

实施例

一种甲醇生产低碳烯烃提升管流化床反应器，包括提升管反应器1，所述提升管反应器1的出气端连接有反应沉降器5，所述反应沉降器5连通有再生器27，所述再生器27的底部连接有再生斜管17，所述再生器27通过再生斜管17与提升管反应器1连通，所述反应沉降器5连通有第一外取热器10，所述第一外取热器10连接有下料管12，所述下料管12与提升管反应器1连通。

通过下料管12和再生斜管17向提升管反应器1中通入催化剂，保证了提升管反应器1内催化剂的浓度，同时提供甲醇制低碳烯烃所需温度，又能保持大的催化剂循环量，以维持催化剂在提升管反应器1反应热容，使提升管反应器1的温度可控、可调，且能根据甲醇处理量的变化进行灵活调节。

下料管12的出口可以设置在再生斜管17的出口上方或者下方，而为了甲醇更好的反应，减少能量的损耗，将下料管12与提升管反应器1的连接处设置在再生斜管17与提升管反应器1的连接处的上方，使高温的催化剂先与甲醇接触，从而对甲醇进行加热，温度到350℃左右，到达甲醇的起始反应温度，再接触低温的催化剂，低温的催化剂中含有碳池，可以使甲醇迅速反应。

第一外取热器10连接有第一进料管8，第一进料管8与反应沉降器5连通，第一进料管8向第一外取热器10倾斜设置，方便催化剂流向第一外取热器10中；第一外取热器10还连接有取热管，取热管吸收热量后使管中的水蒸发，从而取热；第一外取热器10的底部还设置有第一流化风入口11，第一流化风入口11通入气体使第一外取热器10和反应沉降器5中的催化剂保持流动状态，确保管道不会被堵塞；而设置与反应沉降器5连通的返回管9，可以将多余的流化风再次通入到第一外取热器10中再次使用，增加流化风的利用率。

提升管反应器1包括立管以及连接在立管上端的水平管3，立管的底部设置有第一提升介质入口16，立管设置有位于第一提升介质入口16上方的进料口15。甲醇通过进料口15导入立管中，并由第一提升介质入口16输入提升气体将甲醇和催化剂混合反应，反应气体经过水平管3进入到反应沉降器5中。

反应沉降器5包括反应沉降器外壳，反应沉降器外壳内设置有粗级旋风分离器4和单级旋风分离器30，粗级旋风分离器4的进气端与提升管反应器1的出气端连接，反应沉降器外壳的内部下端设置有第一汽提段13。粗级旋风分离器4对提升管反应器1产生的反应气体进行固气分离，将催化剂分离出反应气体；在粗级旋风分离器4中，反应气与催化剂在极短时间内进行分离，极大地减少了副反应(富含烯烃反应气的裂解、缩合、结焦等反应)，保证了甲醇制低碳烯烃的选择性。分离出的催化剂落入第一汽提段13中，第一汽提段13中通入蒸汽把催化剂内夹带的反应气置换干净，防止甲醇的反应气夹带进入再生器27或提升管反应器1中，造成原料的浪费以及增加反应产物中烯烃的裂解。粗级旋风分离器4和单级旋风分离器30不相连，方便反应沉降器5中的其他气体进入到单级旋风分离器30中；气体先进入到粗级旋风分离器4进行大颗粒催化剂的分离，粗级旋风分离器4排出的气体从单级旋风分离器30的进气口进入再次进行分离；单级旋风分离器30的出气口连接有反应油气集气室7，反应油气集气室7对反应气体进行收集。粗级旋风分离器4和单级旋风分离器30的效率均达到90％以上，粗级旋风分离器4和单级旋风分离器30设置6组或8组，总分离效率在99.99％以上。

再生器27包括再生器外壳以及贯穿再生器外壳底部的导入管29，导入管29的底部设置有第二提升介质入口19，导入管29连通有待生斜管14，待生斜管14与第一汽提段13连通，再生器外壳的内部下端设置有第二汽提段22。待生催化剂通过待生斜管14流入导入管29的下端，由第二提升介质入口19输入提升气体将待生催化剂输送到再生器27内进行烧焦操作，由于使用提升气体输送待生催化剂，使待生催化剂可以分散的进入到再生器27内，保证烧焦的效果；第二汽提段22对烧焦后催化剂中的空气进行置换，防止空气被夹带进入再生斜管17中。第一汽提段13和第二汽提段22设置环形和盘形格栅，格栅可以破碎气泡，增大汽固接触几率，提高汽提的效果。

下料管12中设置有第一滑阀28，防止提升管反应器1中的气体进入到第一外取热器10中；再生斜管17中设置有第二滑阀20，防止提升管反应器1中的气体进入到再生器27中；待生斜管14中设置有第三滑阀18，防止再生器27中的气体进入到反应沉降器5中。

为进一步增加催化剂的烧焦效果，需要增加催化剂与空气的接触面积，因此在导入管29的上端连接有待生催化剂分布器26，再生器外壳连接有位于待生催化剂分布器26下方的主风分布器21，通过分布器对催化剂和空气进行均匀分散，使两者相互均匀的混合，从而提高烧焦的效率。待生催化剂分布器26与主风分布器21的出气口相对设置，使催化剂和空气逆流混合烧焦，保证烧焦时间和烧焦效果。

在再生器外壳内设置有旋风分离器组6，旋风分离器组6再分离出气体中的催化剂，减少催化剂的损耗。旋风分离器组6的出气口连接有再生烟气出口2，从再生烟气出口2排出多余的气体，再经再生烟气出口2排至余热回收单元。

将旋风分离器组6设置为两级旋风分离器，可保证催化剂的分离效果；气体从第一级旋风分离器的进气口进入，经过初步分离后再经过管道进入到第二级旋风分离器中再次分离。

再生器27连接第二外取热器25，第二外取热器25对再生器27中的热量进行回收再利用。第二外取热器25连接有第二进料管24，第二进料管24与再生器27连通；第二外取热器25还连接有取热管，取热管吸收热量后使管中的水蒸发，从而取热；第二外取热器25的底部还设置有第二流化风入口23，第二流化风入口23通入气体使第二外取热器25和再生器27中的催化剂保持流动状态，确保管道不会被堵塞。

本申请使用的催化剂是一种基于小孔SAPO分子筛的甲醇制低碳烯烃酸性催化剂，该催化剂用于提升管流化床中，反应压力为0.01～1MPa、温度为350～550℃、质量空速为0.3～8h；该甲醇制低碳烯烃催化剂包括按甲醇制低碳烯烃催化剂干基总质量为基准计的以下质量分数的组分：氧化铝0.1～30％，第一助剂0.1～10％，第二助剂0.1～60％，余量为流化床载体；第一助剂为SAPO分子筛具有良好的孔径分布，使得催化剂具有更高的目标产物选择性；第二助剂为惰性剂，显著的增强了催化剂的强度和稳定性，催化剂具有更长的使用寿命，并使催化剂循环量加大，催化剂循环量由原来的小于100t/h提高至1000t/h左右，实现类似于催化裂化装置大的剂油比操作；由于催化剂循环量的增加，提高了催化剂在提升管反应器1的热容，能真正实现了类似于催化裂化装置大剂油比，能及时调整提升管反应器1反应温度控制，极大增加了单装置加工规模，还增加了催化剂优异的选择性和稳定性。

本提升管流化床反应器能使现在单装置甲醇处理规模由200万吨/年可迅速提高至500万吨/年，此种反应形式将大量减少投资，降低能耗，保证甲醇制烯烃的选择性。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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 (9)

1.一种甲醇生产低碳烯烃提升管流化床反应器，包括提升管反应器（1），所述提升管反应器（1）的出气端连接有反应沉降器（5），所述反应沉降器（5）连通有再生器（27），所述再生器（27）的底部连接有再生斜管（17），所述再生器（27）通过再生斜管（17）与提升管反应器（1）连通，其特征在于，所述反应沉降器（5）连通有第一外取热器（10），所述第一外取热器（10）连接有下料管（12），所述下料管（12）与提升管反应器（1）连通，所述下料管（12）与提升管反应器（1）的连接处位于再生斜管（17）与提升管反应器（1）的连接处的上方。

2.根据权利要求1所述的一种甲醇生产低碳烯烃提升管流化床反应器，其特征在于，所述第一外取热器（10）连接有返回管（9），所述返回管（9）与反应沉降器（5）连通。

3.根据权利要求1所述的一种甲醇生产低碳烯烃提升管流化床反应器，其特征在于，所述提升管反应器（1）包括立管以及连接在立管上端的水平管（3），所述立管的底部设置有第一提升介质入口（16），所述立管设置有位于第一提升介质入口（16）上方的进料口（15）。

4.根据权利要求1所述的一种甲醇生产低碳烯烃提升管流化床反应器，其特征在于，所述反应沉降器（5）包括反应沉降器外壳，所述反应沉降器外壳内设置有粗级旋风分离器（4）和单级旋风分离器（30），所述粗级旋风分离器（4）的进气端与提升管反应器（1）的出气端连接，所述反应沉降器外壳的内部下端设置有第一汽提段（13）。

5.根据权利要求4所述的一种甲醇生产低碳烯烃提升管流化床反应器，其特征在于，所述再生器（27）包括再生器外壳以及贯穿再生器外壳底部的导入管（29），所述导入管（29）的底部设置有第二提升介质入口（19），所述导入管（29）连通有待生斜管（14），所述待生斜管（14）与第一汽提段（13）连通，所述再生器外壳的内部下端设置有第二汽提段（22）。

6.根据权利要求5所述的一种甲醇生产低碳烯烃提升管流化床反应器，其特征在于，所述导入管（29）的上端连接有待生催化剂分布器（26），所述再生器外壳连接有位于待生催化剂分布器（26）下方的主风分布器（21）。

7.根据权利要求5所述的一种甲醇生产低碳烯烃提升管流化床反应器，其特征在于，所述再生器外壳内设置有旋风分离器组（6）。

8.根据权利要求7所述的一种甲醇生产低碳烯烃提升管流化床反应器，其特征在于，所述旋风分离器组（6）为两级旋风分离器。

9.根据权利要求1所述的一种甲醇生产低碳烯烃提升管流化床反应器，其特征在于，所述再生器（27）连接有第二外取热器（25）。