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CN101941876B - 增产轻质烯烃的方法 - Google Patents

增产轻质烯烃的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种增产轻质烯烃的方法，主要解决现有技术中轻质烯烃收率不高的问题。本发明通过采用一种增产轻质烯烃的方法，主要包括以下步骤：(1)甲醇原料进入第一反应区，与催化剂接触，生成物流I和失活催化剂；(2)失活催化剂的第一部分返回到第一反应区，第二部分进入再生器再生，再生完成的催化剂进入第二反应区，与碳四以上烃接触，产品和催化剂进入第三反应区，与碳四以上烃接触，生成物流II和积炭量为0.2～2.7％重量的预积炭催化剂；(3)物流II与物流I混合进入分离工段，预积炭催化剂返回第一反应区；其中，失活催化剂的第一部分与返回第一反应区的预积碳催化剂的质量流量之比为0.8～5.0∶1，第一反应区内的催化剂平均积炭量为2.0～4.0％重量的技术方案较好地解决了上述问题，可用于轻质烯烃的工业生产中。

Description

增产轻质烯烃的方法
技术领域
本发明涉及一种增产轻质烯烃的方法。
技术背景
轻质烯烃，即乙烯和丙烯，是两种重要的基础化工原料，其需求量在不断增加。一般地，乙烯、丙烯是通过石油路线来生产，但由于石油资源有限的供应量及较高的价格，由石油资源生产乙烯、丙烯的成本不断增加。近年来，人们开始大力发展替代原料转化制乙烯、丙烯的技术。其中，一类重要的用于轻质烯烃生产的替代原料是含氧化合物，例如醇类(甲醇、乙醇)、醚类(二甲醚、甲乙醚)、酯类(碳酸二甲酯、甲酸甲酯)等，这些含氧化合物可以通过煤、天然气、生物质等能源转化而来。某些含氧化合物已经可以达到较大规模的生产，如甲醇，可以由煤或天然气制得，工艺十分成熟，可以实现上百万吨级的生产规模。由于含氧化合物来源的广泛性，再加上转化生成轻质烯烃工艺的经济性，所以由含氧化合物转化制烯烃(OTO)的工艺，特别是由甲醇转化制烯烃(MTO)的工艺受到越来越多的重视。
US4499327专利中对磷酸硅铝分子筛催化剂应用于甲醇转化制烯烃工艺进行了详细研究，认为SAPO-34是MTO工艺的首选催化剂。SAPO-34催化剂具有很高的轻质烯烃选择性，而且活性也较高，可使甲醇转化为轻质烯烃的反应时间达到小于10秒的程度，更甚至达到提升管的反应时间范围内。
US6166282中公布了一种氧化物转化为轻质烯烃的技术和反应器，采用快速流化床反应器，气相在气速较低的密相反应区反应完成后，上升到内径急速变小的快分区后，采用特殊的气固分离设备初步分离出大部分的夹带催化剂。由于反应后产物气与催化剂快速分离，有效的防止了二次反应的发生。经模拟计算，与传统的鼓泡流化床反应器相比，该快速流化床反应器内径及催化剂所需藏量均大大减少。
CN1723262中公布了带有中央催化剂回路的多级提升管反应装置用于氧化物转化为轻质烯烃工艺，该套装置包括多个提升管反应器、气固分离区、多个偏移元件等，每个提升管反应器各自具有注入催化剂的端口，汇集到设置的分离区，将催化剂与产品气分开。
在中国发明专利200810043971.9中公布了一种提高低碳烯烃收率的方法，该方法采用在甲醇转化为低碳烯烃的第一反应区上部设置一个第二反应区，且该第二反应区直径大于第一反应区，以增加第一反应区出口的产品气在第二反应区内的停留时间，使得未反应的甲醇、生成的二甲醚和碳四以上烃继续反应，达到提高低碳烯烃收率的目的，该方法还包括第二反应区的进料可以是经过分离的回炼碳四以上烃。该方法虽然可以在一定程度上提高低碳烯烃的收率，但是由于第一反应区出来的催化剂已经带有较多的积碳，而碳四以上烃裂解需要较高的催化剂活性，因此该方法中第二反应区内的碳四以上烃转化效果仍然偏低。
因此，需要一种新方法，以达到使碳四以上烃尽量多的转化为低碳烯烃的目的，最终达到提高低碳烯烃收率和工艺经济性的目的。本发明有针对性的解决了上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的轻质烯烃收率不高的问题，提供一种新的增产轻质烯烃的方法。该方法用于轻质烯烃的生产中，具有轻质烯烃收率较高、轻质烯烃生产工艺经济性较好的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种增产轻质烯烃的方法，主要包括以下步骤：(1)包括甲醇的原料进入第一反应区，与包括磷酸硅铝分子筛催化剂接触，生成包括轻质烯烃的产品物流I，同时形成失活催化剂；(2)所述失活催化剂的第一部分返回到第一反应区，第二部分进入再生器再生，再生完成的催化剂进入第二反应区，与包括碳四以上烃的原料接触，生成的产品和催化剂进入第三反应区，与包括碳四以上烃的原料接触，生成包括轻质烯烃的产品物流II，同时形成积炭量为0.2～2.7％重量的预积炭催化剂；(3)所述产品物流II经气固分离后与产品物流I混合进入分离工段，所述预积炭催化剂返回第一反应区；其中，返回第一反应区的所述失活催化剂的第一部分与返回第一反应区的所述预积碳催化剂的质量流量之比为0.8～5.0∶1，第一反应区内的催化剂平均积炭量为2.0～4.0％重量。
上述技术方案中，所述第一反应区和第三反应区为流化床，第二反应区为提升管，优选方案为第一反应区为快速流化床，第三反应区为密相流化床；所述磷酸硅铝分子筛选自SAPO-5、SAPO-11、SAPO-18、SAPO-20、SAPO-34、SAPO-44、SAPO-56中的至少一种，优选方案为SAPO-34；所述第一反应区内的反应温度为400～500℃，优选方案为430～480℃，反应压力以表压计为0.01～0.3MPa，优选方案为0.1～0.2MPa，气体线速为0.8～2.5米/秒，优选方案为1.0～1.5米/秒；第二反应区内的反应温度为510～650℃，优选方案为550～600℃，反应压力以表压计为0.01～0.3MPa，优选方案为0.1～0.2MPa，气体线速为3.0～10.0米/秒，优选方案为5.0～7.0米/秒；第三反应区内的反应温度为500～630℃，优选方案为530～580℃，反应压力以表压计为0.01～0.3MPa，优选方案为0.1～0.2MPa，气体线速为0.3～1.0米/秒，优选方案为0.5～0.8米/秒；所述预积炭的催化剂的积碳量优选方案为0.8～1.5％重量。
本发明所述方法中设置了三个反应区，第一反应区相对独立，用于甲醇转化制烯烃，第二反应区和第三反应区串联用于转化碳四以上烃和为反应的甲醇或二甲醚等，达到提高原料转化率和低碳烯烃收率的目的。其中，第三反应区为密相流化床，保证足够的反应时间，最大化的转化碳四以上烃为低碳烯烃，而且其料位、反应温度等参数可独立控制，而第二反应区内的催化剂直接来自再生器，携带的温度和催化剂自身的活性都较高，有利于碳四以上烃向低碳烯烃的转化。另外，再生催化剂通过第二反应区和第三反应区后，反应后会积累一定量的积炭，本发明人通过研究发现，碳四以上烃转化为低碳烯烃过程中积累在催化剂上的一定量的积碳有利于提高甲醇转化为低碳烯烃的选择性，所以当这部分带有一定量积碳的催化剂返回第一反应区后，通过与返回的失活催化剂的第一部分混合后，达到甲醇制烯烃所需的平均积碳量，可以明显提高第一反应区内的低碳烯烃选择性。本发明所述的方法中，返回第一反应区的其中两股催化剂：一是返回的失活催化剂，二是返回的预积碳催化剂，所述返回的失活催化剂孔内含有甲醇制烯烃反应过程中生成的活性中间体，在继续与原料接触的过程中，可以加快反应速度，提高烯烃收率，而返回的预积碳催化剂主要作用在催化剂孔道的修饰，提高催化剂的择形性。因此，通过调节两股催化剂的流量，可以实现灵活调节第一反应区内催化剂平均积碳量的目的，从而可以最大化的生产低碳烯烃。同时，由于碳四以上烃裂解为低碳烯烃为强吸热反应，因此在第二反应区和第三反应区反应完成后的催化剂携带的热量下降，返回第一反应区后，减轻了第一反应区的取热负荷，有效利用了热量。因此，采用本发明的所述方法，有效提高了目的产物低碳烯烃的收率。
采用本发明的技术方案：所述第一反应区和第三反应区为流化床，第二反应区为提升管；所述磷酸硅铝分子筛选自SAPO-5、SAPO-11、SAPO-18、SAPO-20、SAPO-34、SAPO-44、SAPO-56中的至少一种；所述第一反应区内的反应温度为400～500℃，反应压力以表压计为0.01～0.3MPa，气体线速为0.8～2.5米/秒；第二反应区内的反应温度为510～650℃，反应压力以表压计为0.01～0.3MPa，气体线速为3.0～10.0米/秒；第三反应区内的反应温度为500～630℃，反应压力以表压计为0.01～0.3MPa，气体线速为0.3～1.0米/秒，低碳烯烃选择性最高可达到90.43％重量，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明所述方法的流程示意图。
图1中，1为第一反应区底部进料；2为第一反应区；3为催化剂从反应器气固分离区7返回第一反应区的输送管路；4为第一反应区外取热器；5为气固快速分离设备；6为气固旋风分离器；7为反应器气固分离区；8为反应器产物出口管线；9为第三反应区；10为第三反应区底部进料；11为再生催化剂斜管；12为第二反应区进料；13为第二反应区底部催化剂缓冲区；14为第二反应区；15为待生催化剂斜管；16为蒸汽进料管线；17为第三反应区出口气固旋风分离器。
原料经进料管线1进入第一反应区2中，与分子筛催化剂接触，反应生成含有轻质烯烃的产品物流I，经过气固快速分离设备5后进入气固分离区7，失活催化剂从待生催化剂斜管15进入再生器再生。再生完成后的催化剂从再生催化剂斜管11进入第二反应区底部的催化剂缓冲区，与自管线12来的原料接触后进入第二反应区14，第二反应区14出口的产品和催化剂进入第三反应区9中，再次与包括碳四以上烃的原料接触，生成轻质烯烃产品物流II，经气固分离器17分离后，产品进入反应器分离区7中，与产品物流I混合后从出口管线8进入分离工段。第三反应区9中反应后的催化剂返回第一反应区2中。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
在如图1所示的反应装置中，第一反应区2为快速流化床，平均温度为480℃，反应压力以表压计为0.1MPa，气体线速为1.5米/秒，催化剂平均积碳量为2.0％重量；第二反应区14为提升管，平均温度为550℃，反应压力以表压计为0.1MPa，气体线速为5.0米/秒；第三反应区9为密相流化床，平均温度为500℃，反应压力以表压计为0.1MPa，气体线速为0.5米/秒。预积碳催化剂的积碳量为0.8％重量，返回第一反应区的所述失活催化剂的第一部分与返回第一反应区的所述预积碳催化剂的质量流量之比为3.0∶1。第一反应区2底部进料为纯甲醇，进料为2千克/小时，催化剂为改性SAPO-34，第二反应区14底部进料12为混合碳四，碳四烯烃含量87％，第三反应区9底部进料10与12相同，保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃收率达到88.20％重量。
【实施例2】
按照实施例1所述的条件，第一反应区2平均温度为500℃，反应压力以表压计为0.2MPa，气体线速为2.5米/秒，催化剂平均积碳量为4.0％重量；第二反应区14平均温度为650℃，反应压力以表压计为0.2MPa，气体线速为10.0米/秒；第三反应区9平均温度为630℃，反应压力以表压计为0.2MPa，气体线速为1.0米/秒。预积碳催化剂的积碳量为2.7％重量，返回第一反应区的所述失活催化剂的第一部分与返回第一反应区的所述预积碳催化剂的质量流量之比为5.0∶1。第二反应区14底部进料12为混合碳四，碳四烯烃含量58％，保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃收率达到84.11％重量。
【实施例3】
按照实施例1所述的条件，第一反应区2平均温度为400℃，反应压力以表压计为0.01MPa，气体线速为0.8米/秒；第二反应区14平均温度为600℃，反应压力以表压计为0.01MPa，气体线速为3.0米/秒；第三反应区9平均温度为530℃，反应压力以表压计为0.01MPa，气体线速为0.3米/秒。预积碳催化剂的积碳量为0.2％重量，返回第一反应区的所述失活催化剂的第一部分与返回第一反应区的所述预积碳催化剂的质量流量之比为4.6∶1。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃收率达到85.82％重量。
【实施例4】
按照实施例1所述的条件，第一反应区2平均温度为430℃，反应压力以表压计为0.3MPa，气体线速为1.0米/秒；第二反应区14平均温度为510℃，反应压力以表压计为0.3MPa，气体线速为7.0米/秒；第三反应区9平均温度为500℃，反应压力以表压计为0.3MPa，气体线速为0.8米/秒。预积碳催化剂的积碳量为1.5％重量，返回第一反应区的所述失活催化剂的第一部分与返回第一反应区的所述预积碳催化剂的质量流量之比为1.8∶1。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃收率达到86.73％重量。
【实施例5】
按照实施例1所述的条件，第一反应区2气体线速为1.2米/秒；第二反应区14平均温度为600℃；第三反应区9平均温度为580℃。第二反应区14底部进料12为混合碳四，碳四烯烃含量95％，保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃收率达到88.61％重量。
【实施例6】
按照实施例5所述的条件，第二反应区14底部进料12为混合碳四，碳四烯烃含量75％，第三反应区底部进料10为混合碳四，碳四烯烃含量95％，保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃收率达到88.021％重量。
【实施例7】
按照实施例2所述的条件，第一反应区2内催化剂平均积碳量为2.0％重量，返回第一反应区的所述失活催化剂的第一部分与返回第一反应区的所述预积碳催化剂的质量流量之比为0.8∶1。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃收率达到84.11％重量。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃收率达到86.04％重量。
【实施例8】
按照实施例5所述的条件，第三反应区底部进料10为混合碳四和甲醇，混合碳四中的烯烃含量为95％，混合碳四与甲醇的重量比为5∶1。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃收率达到90.43％重量。
【实施例9～12】
按照实施例1所述的条件，只是改变催化剂中分子筛的类型，实验结果见表1。
表1
  参数   分子筛类型   低碳烯烃收率，％(重量)
  实施例9   SAPO-20   80.15
  实施例10   SAPO-18   87.09
  实施例11   SAPO-56   69.06
  实施例12   SAPO-34+SAPO-18(重量比为2∶1)   87.85
【比较例1】
按照实施例1所述的条件，不设第二反应区14和第三反应区9，再生催化剂直接返回到第一反应区2的下部，低碳烯烃碳基收率为79.5％重量。
【比较例2】
按照实施例1所述的条件，不设失活催化剂返回第一反应区2的催化剂循环管线3，低碳烯烃碳基收率为87.15％重量。
显然，采用本发明的方法，可以达到提高轻质烯烃收率的目的，具有较大的技术优势，可用于轻质烯烃的工业生产中。

Claims (6)

1.一种增产轻质烯烃的方法，主要包括以下步骤：
(1)包括甲醇的原料进入第一反应区，与包括磷酸硅铝分子筛催化剂接触，生成包括轻质烯烃的产品物流I，同时形成失活催化剂；
(2)所述失活催化剂的第一部分返回到第一反应区，第二部分进入再生器再生，再生完成的催化剂进入第二反应区，与包括碳四以上烃的原料接触，生成的产品和催化剂进入第三反应区，与包括碳四以上烃的原料接触，生成包括轻质烯烃的产品物流II，同时形成积炭量为0.2～2.7％重量的预积炭催化剂；
(3)所述产品物流II经气固分离后与产品物流I混合进入分离工段，所述预积炭催化剂返回第一反应区；
其中，返回第一反应区的所述失活催化剂的第一部分与返回第一反应区的所述预积碳催化剂的质量流量之比为0.8～5.0∶1，第一反应区内的催化剂平均积炭量为2.0～4.0％重量；所述第一反应区和第三反应区为流化床、第二反应区为提升管；所述第一反应区内的反应温度为400～500℃，反应压力以表压计为0.01～0.3MPa，气体线速为0.8～2.5米/秒；第二反应区内的反应温度为510～650℃，反应压力以表压计为0.01～0.3MPa，气体线速为3.0～10.0米/秒；第三反应区内的反应温度为500～630℃，反应压力以表压计为0.01～0.3MPa，气体线速为0.3～1.0米/秒。
2.根据权利要求1所述增产轻质烯烃的方法，其特征在于所述第一反应区为快速流化床，第三反应区为密相流化床。
3.根据权利要求1所述增产低碳烯烃的方法，其特征在于所述磷酸硅铝分子筛选自SAPO-5、SAPO-11、SAPO-18、SAPO-20、SAPO-34、SAPO-44、SAPO-56中的至少一种。
4.根据权利要求3所述增产轻质烯烃的方法，其特征在于所述分子筛选自SAPO-34。
5.根据权利要求1所述增产轻质烯烃的方法，其特征在于所述第一反应区内的反应温度为430～480℃，反应压力以表压计为0.1～0.2MPa，气体线速为1.0～1.5米/秒；第二反应区内的反应温度为550～600℃，反应压力以表压计为0.1～0.2MPa，气体线速为5.0～7.0米/秒；第三反应区内的反应温度为530～580℃，反应压力以表压计为0.1～0.2MPa，气体线速为0.5～0.8米/秒。
6.根据权利要求1所述增产轻质烯烃的方法，其特征在于所述预积炭的催化剂的积碳量为0.8～1.5％重量。
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