CN102463083B - 生产低碳烯烃的反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产低碳烯烃的反应装置，主要解决现有技术中低碳烯烃收率较低的问题。本发明通过采用一种生产低碳烯烃的反应装置，主要包括快速反应区9、下行床反应区13、提升管再生器7，快速反应区9出口与第一沉降器21相连，第一沉降器21上部开有产品气出口23，下部与下行床反应区13上部相连，下行床反应区13底部与第二沉降器12相连，第二沉降器12上部开有产品气出口8，下部与提升管再生器7下部相连，提升管再生器7上部与再生器沉降器25相连，再生器沉降器25上部开有烟气出口27，下部开有两个催化剂出口，分别与下行床反应区13上部、快速反应区9下部相连的技术方案较好地解决了上述问题，可用于低碳烯烃的工业生产中。

Description

生产低碳烯烃的反应装置

技术领域

本发明涉及一种生产低碳烯烃的反应装置。

技术背景

低碳烯烃，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，一类重要的用于低碳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，再加上转化生成低碳烯烃工艺的经济性，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催化剂具有很高的低碳烯烃选择性，而且活性也较高，可使甲醇转化为低碳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中公布了一种甲醇转化为低碳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。但该方法存在低碳烯烃收率较低的问题。

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低碳烯烃工艺，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。该方法同样存在低碳烯烃收率较低的问题。

现有技术均存在低碳烯烃收率较低的问题，本发明有针对性的解决了该问题。

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低碳烯烃收率较低的问题，提供一种新的生产低碳烯烃的反应装置。该反应装置用于低碳烯烃的生产中，具有低碳烯烃收率较高的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种生产低碳烯烃的反应装置，主要包括快速反应区9、下行床反应区13、提升管再生器7和催化剂输送管路，快速反应区9出口与第一沉降器21相连，第一沉降器21上部开有产品气出口23，下部与下行床反应区13上部相连，下行床反应区13底部与第二沉降器12相连，第二沉降器12上部开有产品气出口8，下部开有催化剂出口与提升管再生器7下部相连，提升管再生器7上部与再生器沉降器25相连，再生器沉降器25上部开有烟气出口27，下部开有两个催化剂出口，分别与下行床反应区13上部、快速反应区9下部相连。

上述技术方案中，所述快速反应区9为提升管，出口设有旋风分离器；所述下行床反应区13顶部设有气固分配区15；所述产品气出口8与第一沉降器21上部相连；所述提升管再生器7出口设有旋风分离器24；所述再生器沉降器25下部设有脱气区20。

本发明中所述快速反应区内反应条件为：反应温度为400～550℃，反应压力以表压计为0.01～0.3MPa，气相线速为2.0～7.0米/秒；下行床反应区内反应条件为：反应温度为400～550℃，反应压力以表压计为0.01～0.3MPa，气相线速为4.0～12.0米/秒；再生器内再生条件为：再生温度为600～700℃，气相线速为4.0～10.0米/秒，再生介质为空气。

本发明所述下行床是指气固流动方向自上而下的反应器型式。

采用本发明的反应装置，设置两个反应区，其中快速反应区内可以将原料高选择性的转化为低碳烯烃，该原料可选择甲醇或碳四以上烃，所述碳四以上烃可来自甲醇转化制烯烃过程中产生的副产物，而在下行床反应区内，除了达到在近乎平推流的状态下高选择性生产低碳烯烃的目的，同时可以实现提高生焦率的目的。因此，本发明所述方案可以实现提高低碳烯烃收率的目的。

采用本发明的技术方案：所述快速反应区9为提升管，出口设有旋风分离器；所述下行床反应区13顶部设有气固分配区15；所述产品气出口8与第一沉降器21上部相连；所述提升管再生器7出口设有旋风分离器24；所述再生器沉降器25下部设有脱气区20，低碳烯烃收率达到38.26％(重量)，比现有技术的低碳烯烃碳基收率高出约5个百分点，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为第一原料进料管线；2为预混合区；3为汽提介质进料管线；4为待生斜管；5为再生介质进料管线；6为预提升区；7为提升管再生器；8为产品物流II进入第一沉降器管线；9为快速反应区；10为气固旋风分离器；11为第二原料进料管线；12为第二沉降器；13为下行床反应区；14为再生催化剂输送管；15为下行床顶部气固分配区；16为积碳催化剂I输送管；17为汽提介质进料管线；18为再生催化剂输送管；19为脱气介质进料管线；20为脱气区；21为第一沉降器；22为气固旋风分离器；23为产品出口管线；24为提升管再生器出口旋风分离器；25为再生器沉降器；26为气固旋风分离器；27为烟气出口管线；28为汽提区。

第一原料自管线1进入快速反应区9，与催化剂接触，生成包括低碳烯烃的产品物流I，同时形成积碳催化剂I，产品物流I经气固分离后经管线23进入分离工段，积碳催化剂I经汽提区28汽提后经输送管16进入下行床反应区13，与自管线11来的第二原料接触，生成包括低碳烯烃的产品物流II，同时形成积碳催化剂II，产品物流II经气固分离后经管线8进入第一沉降器21中，与产品物流I合并，积碳催化剂II经汽提后经待生斜管4进入提升管再生器7再生，形成的再生催化剂至少分为两部分，一部分经管线18进入下行床反应区13，一部分经管线14进入所述快速反应区9。

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所示的反应装置上，催化剂采用SAPO-34，第一原料采用纯度为99.5％的甲醇进料，第二原料采用纯度为99.5％的甲醇进料，第一原料进料质量流量与第二原料进料质量流量之比为3∶1。快速反应区反应条件为：反应温度为470℃，反应压力以表压计为0.1MPa，气相线速为3.0米/秒；下行床反应区内反应条件为：反应温度为500℃，反应压力以表压计为0.1MPa，气相线速为6.0米/秒；再生器内再生条件为：再生温度为660℃，气相线速为7.0米/秒，再生介质为空气。再生催化剂分为两部分，50％进入下行床反应区，50％进入快速反应区，积碳催化剂I的积碳量质量分数为3.0％；积碳催化剂II的积碳量质量分数为4.2％，下行床反应区的产品物流II经汽提后与产品物流I合并后自产品出口管线23中排出，反应产品采用在线气相色谱分析，低碳烯烃收率为34.81％(重量)。

【实施例2】

按照实施例1所述的条件和步骤，只是第二原料为纯度为99.7％的乙醇进料，下行床反应区内反应条件为：反应温度为400℃，反应压力以表压计为0.1MPa，气相线速为4.5米/秒；再生器内再生条件为：再生温度为600℃，气相线速为5.0米/秒，再生催化剂分为两部分，20％进入下行床反应区，80％进入快速反应区，积碳催化剂I的积碳量质量分数为2.8％；积碳催化剂II的积碳量质量分数为3.3％，下行床反应区的产品物流II经汽提后与产品物流I合并后自产品出口管线23中排出，反应产品采用在线气相色谱分析，低碳烯烃收率为35.97％(重量)。

【实施例3】

按照实施例1所述的条件和步骤，只是第一原料采用分离工段分离出来的碳四以上烃，其中碳四烯烃质量含量为89％，第二原料采用纯度为99.5％的甲醇进料，第一原料进料质量流量与第二原料进料质量流量之比为1∶5。快速反应区反应条件为：反应温度为500℃，反应压力以表压计为0.01MPa，气相线速为2.0米/秒；下行床反应区内反应条件为：反应温度为450℃，反应压力以表压计为0.01MPa，气相线速为12.0米/秒；再生器内再生条件为：再生温度为650℃，气相线速为8.0米/秒，再生介质为空气。积碳催化剂I的积碳量质量分数为1.1％；积碳催化剂II的积碳量质量分数为4.5％，下行床反应区的产品物流II经汽提后与产品物流I合并后自产品出口管线23中排出，反应产品采用在线气相色谱分析，低碳烯烃收率为36.32％(重量)。

【实施例4】

按照实施例3所述的条件和步骤，只是快速反应区反应条件为：反应温度为550℃，气相线速为7.0米/秒；下行床反应区内反应条件为：反应温度为485℃，气相线速为8.0米/秒；再生器内再生条件为：再生温度为700℃，气相线速为10.0米/秒。再生催化剂分为两部分，30％进入下行床反应区，70％进入快速反应区，积碳催化剂I的积碳量质量分数为1.2％；积碳催化剂II的积碳量质量分数为5.2％，下行床反应区的产品物流II经汽提后与产品物流I合并后自产品出口管线23中排出，反应产品采用在线气相色谱分析，低碳烯烃收率为37.09％(重量)。

【实施例5】

按照实施例4所述的条件和步骤，只是快速反应区反应条件为：反应温度为550℃，反应压力以表压计为0.3MPa，气相线速为1.0米/秒；下行床反应区内反应条件为：反应温度为500℃，反应压力以表压计为0.3MPa，气相线速为4.0米/秒；再生器内再生条件为：再生温度为650℃，气相线速为4.0米/秒。再生催化剂分为两部分，30％进入下行床反应区，70％进入快速反应区，积碳催化剂I的积碳量质量分数为2.3％；积碳催化剂II的积碳量质量分数为5.5％，下行床反应区的产品物流II经汽提后与产品物流I合并后自产品出口管线23中排出，反应产品采用在线气相色谱分析，低碳烯烃收率为34.59％(重量)。

【实施例6】

按照实施例4所述的条件和步骤，只是催化剂采用为ZSM-5，硅铝比为40，第一原料进料质量流量与第二原料进料质量流量之比为2∶5。快速反应区反应条件为：反应温度为530℃，气相线速为10.0米/秒；下行床反应区内反应条件为：反应温度为445℃，气相线速为5.0米/秒；再生器内再生条件为：再生温度为600℃，气相线速为4.0米/秒。再生催化剂分为两部分，80％进入下行床反应区，20％进入快速反应区，积碳催化剂I的积碳量质量分数为1.5％；积碳催化剂II的积碳量质量分数为2.6％，反应产品采用在线气相色谱分析，低碳烯烃收率为38.26％(重量)。

【实施例7】

按照实施例4所述的条件和步骤，只是快速反应区反应条件为：反应温度为500℃，气相线速为1.0米/秒，再生催化剂分为两部分，50％进入下行床反应区，50％进入快速反应区，积碳催化剂I的积碳量质量分数为1.3％；积碳催化剂II的积碳量质量分数为4.3％，反应产品采用在线气相色谱分析，低碳烯烃收率为37.16％(重量)。

【比较例1】

按照实施例1所述的条件和步骤，只是不设置下行床反应区，低碳烯烃收率为33.24％(重量)。

【比较例2】

按照实施例3所述的条件和步骤，只是不设置快速反应区，低碳烯烃收率为32.51％(重量)。

显然，采用本发明的方法，可以达到提高低碳烯烃收率的目的，具有较大的技术优势，可用于低碳烯烃的工业生产中。

Claims (5)

1.一种生产低碳烯烃的反应装置，主要包括快速反应区(9)、下行床反应区(13)、提升管再生器(7)和催化剂输送管路，快速反应区(9)出口与第一沉降器(21)相连，第一沉降器(21)上部开有产品气出口(23)，下部与下行床反应区(13)上部相连，下行床反应区(13)底部与第二沉降器(12)相连，第二沉降器(12)上部开有产品气出口(8)，产品气出口(8)与第一沉降器(21)上部相连，第二沉降器(12)下部开有催化剂出口与提升管再生器(7)下部相连，提升管再生器(7)上部与再生器沉降器(25)相连，再生器沉降器(25)上部开有烟气出口(27)，下部开有两个催化剂出口，分别与下行床反应区(13)上部、快速反应区(9)下部相连。

2.根据权利要求1所述生产低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述快速反应区(9)为提升管，出口设有旋风分离器。

3.根据权利要求1所述生产低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述下行床反应区(13)顶部设有气固分配区(15)。

4.根据权利要求1所述生产低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述提升管再生器(7)出口设有旋风分离器(24)。

5.根据权利要求1所述生产低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述再生器沉降器(25)下部设有脱气区(20)。

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