用於提高乙烯、丙烯收率的反應裝置製造方法
2023-09-20 10:10:15
用於提高乙烯、丙烯收率的反應裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於提高乙烯、丙烯收率的反應裝置，主要解決現有技術中乙烯、丙烯收率較低的問題。本發明通過採用主要包括快速床反應區2、分布板3、密相床反應區8、外取熱器14，快速床反應區2出口端通過分布板3與密相床反應區8相連，快速床反應區2的1/3～3/4反應區高度處接有再生斜管5，密相床反應區8上方為沉降區9沉降區9頂部設有產品氣出口11，密相床反應區8底部開有催化劑出口，分別與待生斜管4、外取熱器14相連，外取熱器14底部通過外取熱器下斜管15與快速床反應區2底部相連的技術方案，較好地解決了該問題，可用於乙烯、丙烯的工業生產中。
【專利說明】用於提高乙烯、丙烯收率的反應裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於提高乙烯、丙烯收率的反應裝置。
【背景技術】
[0002]低碳烯烴，即乙烯和丙烯，是兩種重要的基礎化工原料，其需求量在不斷增加。一般地，乙烯、丙烯是通過石油路線來生產，但由於石油資源有限的供應量及較高的價格，由石油資源生產乙烯、丙烯的成本不斷增加。近年來，人們開始大力發展替代原料轉化制乙烯、丙烯的技術。其中，一類重要的用於低碳烯烴生產的替代原料是含氧化合物，例如醇類(甲醇、乙醇)、醚類(二甲醚、甲乙醚)、酯類(碳酸二甲酯、甲酸甲酯)等，這些含氧化合物可以通過煤、 天然氣、生物質等能源轉化而來。某些含氧化合物已經可以達到較大規模的生產，如甲醇，可以由煤或天然氣製得，工藝十分成熟，可以實現上百萬噸級的生產規模。由於含氧化合物來源的廣泛性，再加上轉化生成低碳烯烴工藝的經濟性，所以由含氧化合物轉化制烯烴(OTO)的工藝，特別是由甲醇轉化制烯烴(MTO)的工藝受到越來越多的重視。
[0003]US 4499327專利中對磷酸矽鋁分子篩催化劑應用於甲醇轉化制烯烴工藝進行了詳細研究，認為SAP0-34是MTO工藝的首選催化劑。SAP0-34催化劑具有很高的低碳烯烴選擇性，而且活性也較高，可使甲醇轉化為低碳烯烴的反應時間達到小於10秒的程度，更甚至達到提升管的反應時間範圍內。
[0004]US 6166282中公布了一種甲醇轉化為低碳烯烴的技術和反應器，採用快速流化床反應器，氣相在氣速較低的密相反應區反應完成後，上升到內徑急速變小的快分區後，採用特殊的氣固分離設備初步分離出大部分的夾帶催化劑。由於反應後產物氣與催化劑快速分離，有效的防止了二次反應的發生。經模擬計算，與傳統的鼓泡流化床反應器相比，該快速流化床反應器內徑及催化劑所需藏量均大大減少。但該方法中低碳烯烴收率一般均在77%左右，存在低碳烯烴收率較低的問題。
[0005]CN 1723262中公布了帶有中央催化劑迴路的多級提升管反應裝置用於氧化物轉化為低碳烯烴工藝，該套裝置包括多個提升管反應器、氣固分離區、多個偏移元件等，每個提升管反應器各自具有注入催化劑的埠，匯集到設置的分離區，將催化劑與產品氣分開。該方法中低碳烯烴收率一般均在75~80%之間，同樣存在低碳烯烴收率較低的問題。
[0006]現有技術仍然存在乙烯、丙烯收率較低的缺點，本發明有針對性的解決了該問題。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是現有技術中存在的乙烯、丙烯收率較低的問題，提供一種新的用於提高乙烯、丙烯收率的反應裝置。該裝置用於乙烯、丙烯的生產中，具有產品中低碳烯烴收率較高的優點。
[0008]為解決上述問題，本發明採用的技術方案如下:一種用於提高乙烯、丙烯收率的反應裝置，主要包括快速床反應區2、分布板3、密相床反應區8、外取熱器14，快速床反應區2出口端通過分布板3與密相床反應區8相連，快速床反應區2的1/3~3/4反應區高度處接有再生斜管5，密相床反應區8上方為沉降區9沉降區9頂部設有產品氣出口 11，密相床反應區8底部開有催化劑出口，分別與待生斜管4、外取熱器14相連，外取熱器14底部通過外取熱器下斜管15與快速床反應區2底部相連。
[0009]上述技術方案中，所述矽鋁磷酸鹽分子篩選自SAPO-18、SAP0-34中的至少一種；所述沉降區9內設有氣固旋風分離器7 ;所述分布板開孔率為20~70% ;所述快速床反應區2底部設有原料進料分布板13 ;所述外取熱器下斜管15、待生斜管4、再生斜管5上均設有滑閥，控制催化劑流量；所述快速床反應區2的1/3~1/2反應區高度處接有再生斜管5 ；所述密相床反應區8底部設有密相床反應區進料管線17 ;所述外取熱器14內設有取熱盤管6 ;所述外取熱器下斜管15、待生斜管4、再生斜管5出口均設置船型分布器。
[0010]本發明中，所述矽鋁磷酸鹽分子篩優選方案選自SAP0-34 ;快速床反應區2的反應條件為:反應壓力以表壓計為0.01~0.3MPa、平均溫度為400~500°C、催化劑平均積炭量為1.5~3.5%重量；所述密相床反應區8的反應條件為:反應壓力以表壓計為0.01~
0.3MPa、平均溫度為420~550°C、氣相線速為0.3~1.0米/秒；所述從密相床反應區8進入外取熱器14的催化劑質量流量與待生斜管4內催化劑質量流量之比為I~25:1，優選方案為4~15:1 ;密相床反應區8底部進料管線17內可進入包括甲醇或二甲醚的原料。
[0011]本發明所述積炭量的計算方法為一定質量的催化劑上的積炭質量除以所述的催化劑質量。催化劑上的積炭質量測定方法如下:將混合較為均勻的帶有積炭的催化劑混合，然後稱量一定質量的帶碳催化劑，放到高溫碳分析儀中燃燒，通過紅外測定燃燒生成的二氧化碳質量，從而得到催化劑上的碳質量。
[0012]本發明所採用的矽鋁磷酸鹽分子篩的製備方法是:首先製備分子篩前驅體，將摩爾配比為 0.03 ~0.6R: (Si 0.01 ~0.98: Al 0.01 ~0.6: P 0.01 ~0.6): 2 ~500H2O,其中R代表模板劑，組成原料混合液，在一定的溫度下經過一定時間的晶化後獲得；再次，將分子篩前驅體、磷源`、矽源、鋁源、有機模板劑、水等按照一定的比例混合後在110~260°C下水熱晶化至少0.1小時後，最終得到SAPO分子篩。將製備的分子篩與一定比例的粘結劑混合，經過噴霧乾燥、焙燒等操作步驟後得到最終的SAPO催化劑，粘結劑在分子篩中的重量百分數一般在10~90%之間。
[0013]本發明中，開孔率是指分布板的有效面積，也就是指分布板面上孔的面積總和與分布板面總面積的比值。
[0014]本領域所公知的，在甲醇轉化為低碳烯烴的反應過程中，催化劑上積累一定量的積碳有利於提高低碳烯烴的選擇性。採用本發明的方法，甲醇原料進入反應區後，首先與待生催化劑接觸，可以高選擇性的生產低碳烯烴，生成的產品和未轉化的甲醇向上與再生催化劑接觸，轉化掉未反應的甲醇，同時由於再生催化劑具有高溫、高活性的特點，所以在轉化甲醇的同時也裂解部分碳四以上高碳烴。同時，再生催化劑返回的反應區域或以上區域需要轉換的甲醇負荷較小，放出的相應反應熱就少，該方法可以很好的控制反應區的溫升，將反應區的溫度控制在利於低碳烯烴生成的狀態下。本發明中，設置密相床反應區，從快速床反應區來的氣相物流和催化劑在密相床反應區中，由於氣固接觸時間增加，碳四以上高碳烴的裂解程度增加，由於碳四以上高碳烴中的烯烴含量一般都在80%以上，所以這部分高碳的烯烴裂解成為乙烯、丙烯，從而實現提高低碳烯烴收率的目的。
[0015]採用本發明的技術方案:所述矽鋁磷酸鹽分子篩選自SAP0-18、SAP0_34中的至少一種；所述沉降區9內設有氣固旋風分離器7 ;所述分布板開孔率為20~70%，所述快速床反應區2底部設有原料進料分布板13 ;所述外取熱器下斜管15、待生斜管4、再生斜管5上均設有滑閥，控制催化劑流量；所述快速床反應區2的1/3~1/2反應區高度處接有再生斜管5 ;所述密相床反應區8底部設有密相床反應區進料管線17 ;所述外取熱器14內設有取熱盤管6 ;所述外取熱器下斜管15、待生斜管4、再生斜管5出口均設置船型分布器，低碳烯烴碳基收率可達84.19%重量，比現有技術中的低碳烯烴碳基收率高出可達到3個百分點，取得了較好的技術效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明所述方案的流程示意圖。
[0017]圖1中，I為甲醇原料進料；2為快速床反應區；3為分布板；4為待生斜管；5為再生斜管；6為取熱盤管；7為氣固旋風分離器；8為密相床反應區；9為沉降區；10為集氣室；11為產品氣出口管線；12為外取熱器氣相出口管線；13為甲醇進料分布器；14為外取熱器；15為外取熱器下斜管；16為外取熱器流化介質入口 ；17為密相床反應區進料管線。
[0018]甲醇原料經進料管線I進入快速床反應區2中，與分子篩催化劑接觸，反應生成含有乙烯、丙烯的產品，攜帶待生催化劑經過分布板3進入密相床反應區8，生成的氣相物流和催化劑經過旋風分離器7分離後，催化劑經過旋風分離器7的料腿返回到密相床反應區8，氣相產品進入集氣室10後經出口管線11進入後續的分離工段。分離出的待生催化劑經過汽提後至少分為兩部分，一部分經過換熱器14換熱後通過外取熱器下斜管15返回到快速床反應區2，一部分經過待生斜管4進入再生器中燒炭再生，再生完成的催化劑通過再生斜管5返回快速床反應區2中。 [0019]下面通過實施例對本發明作進一步的闡述，但不僅限於本實施例。
【具體實施方式】
[0020]【實施例1~2】
在如圖1所示的流化床反應裝置中，催化劑類型見表1，純度為99.5%的甲醇原料進入快速床反應區，與催化劑接觸，生成的氣相物流和催化劑經過分布板進入密相床反應區，氣相物流經過氣固分離後進入分離工段，分離出的催化劑分為兩部分，第一部分催化劑經外取熱器取熱後返回所述快速床反應區底部，第二部分催化劑進入再生器再生，形成再生催化劑，再生催化劑經脫氣後進入快速床反應區的1/3快速床反應區高度處。沉降區內設有氣固旋風分離器。快速床反應區底部設有原料進料分布板，外取熱器下斜管、待生斜管、再生斜管上均設有滑閥，控制催化劑流量，密相床反應區底部設有密相床反應區進料管線，外取熱器內設有取熱盤管，外取熱器下斜管15、待生斜管4、再生斜管5出口均設置船型分布器。第一部分催化劑與第二部分催化劑質量流量之比為1:1。快速床反應區的反應條件為:反應壓力以表壓計為0.01MPa、平均溫度為400°C、催化劑平均積炭量為1.5%重量；密相床反應區的反應條件為:反應壓力以表壓計為0.01MPa、平均溫度為420°C、氣相線速為0.3米/秒，分布板開孔率為20%。保持催化劑流動控制的穩定性，反應器出口產物採用在線氣相色譜分析，反應結果見表1。
[0021]表1￥數 I催化劑類型I低碳烯烴碳基收率，％重量
實施例1 SAPO-18 79.28_
實施例 2|sAP0-34 |81.44
【實施例3】
按照實施例2所述的條件和步驟，再生催化劑經脫氣後進入快速床反應區的3/4快速床反應區高度處。第一部分催化劑與第二部分催化劑質量流量之比為25:1。快速床反應區的反應條件為:反應壓力以表壓計為0.01MPa、平均溫度為500°C、催化劑平均積炭量為
3.5%重量；密相床反應區的反應條件為:反應壓力以表壓計為0.0110^、平均溫度為548°〇、氣相線速為1.0米/秒，分布板開孔率為70%。保持催化劑流動控制的穩定性，反應器出口產物採用在線氣相色譜分析，低碳烯烴碳基收率為82.47%重量。
[0022]
【實施例4】
按照實施例2所述的條件和步驟，再生催化劑經脫氣後進入快速床反應區的1/2快速床反應區高度處。第一部分催化劑與第二部分催化劑質量流量之比為15:1。快速床反應區的反應條件為:反應壓力以表壓計為0.01MPa、平均溫度為480°C、催化劑平均積炭量為
2.5%重量；密相床反應區的反應條件為:進料管線17內進入分離工段分離出的二甲醚和水，二甲醚與水的重量比為1:1。反應壓力以表壓計為0.01MPa、平均溫度為502°C、氣相線速為0.7米/秒，分布板開孔率為60%。保持催化劑流動控制的穩定性，反應器出口產物採用在線氣相色譜分析，低碳`烯烴碳基收率為84.19%重量。
[0023]
【實施例5】
按照實施例2所述的條件和步驟，再生催化劑經脫氣後進入快速床反應區的1/2快速床反應區高度處。第一部分催化劑與第二部分催化劑質量流量之比為4:1。快速床反應區的反應條件為:反應壓力以表壓計為0.01MPa、平均溫度為460°C、催化劑平均積炭量為3%重量；密相床反應區的反應條件為:反應壓力以表壓計為0.01MPa、平均溫度為473°C、氣相線速為0.5米/秒，分布板開孔率為60%。保持催化劑流動控制的穩定性，反應器出口產物採用在線氣相色譜分析，低碳烯烴碳基收率為83.14%重量。
[0024]
【實施例6】
按照實施例2所述的條件和步驟，再生催化劑經脫氣後進入快速床反應區的1/2快速床反應區高度處。第一部分催化劑與第二部分催化劑質量流量之比為8:1。快速床反應區的反應條件為:反應壓力以表壓計為0.3MPa、平均溫度為490°C、催化劑平均積炭量為2.4%重量；密相床反應區的反應條件為:反應壓力以表壓計為0.3MPa、平均溫度為524°C、氣相線速為0.5米/秒，分布板開孔率為60%。保持催化劑流動控制的穩定性，反應器出口產物採用在線氣相色譜分析，低碳烯烴碳基收率為82.75%重量。
[0025]
【比較例I】
按照實施例2所述的條件和步驟，只是再生催化劑直接通過再生斜管返回快速床反應區底部，反應器出口的低碳烯烴碳基收率為79.55% (重量)。
[0026]【比較例2】
按照實施例4所述的條件和步驟，只是再生催化劑直接通過再生斜管返回快速床反應區底部，不設置分布板和密相床反應區，快速床反應區出口的氣相物流和催化劑經過氣固分離後，氣相物流進入分離工段。反應器出口的低碳烯烴碳基收率為81.23%(重量)。
[0027]
顯然，採用本發明的裝置，可以達到提高乙烯、丙烯碳基收率的目的，具有較大的技術優勢，可用於乙烯 、丙烯的工業生產中。
【權利要求】
1.一種用於提高乙烯、丙烯收率的反應裝置，主要包括快速床反應區(2)、分布板(3)、密相床反應區(8)、外取熱器(14)，快速床反應區⑵出口端通過分布板(3)與密相床反應區(8)相連，快速床反應區(2)的1/3~3/4反應區高度處接有再生斜管(5)，密相床反應區(8)上方為沉降區(9)，沉降區(9)頂部設有產品氣出口(11)，密相床反應區(8)底部開有催化劑出口，分別與待生斜管⑷、外取熱器(14)相連，外取熱器(14)底部通過外取熱器下斜管(15)與快速床反應區(2)底部相連。
2.根據權利要求1所述用於提高乙烯、丙烯收率的反應裝置，其特徵在於所述矽鋁磷酸鹽分子篩選自SAPO-18、SAP0-34中的至少一種。
3.根據權利要求1所述用於提高乙烯、丙烯收率的反應裝置，其特徵在於所述沉降區(9)內設有氣固旋風分離器(7)。
4.根據權利要求1所述用於提高乙烯、丙烯收率的反應裝置，其特徵在於所述分布板開孔率為20~70%。
5.根據權利要求1所述用於提高乙烯、丙烯收率的反應裝置，其特徵在於所述快速床反應區(2)底部設有原料進料分布板(13)。
6.根據權利要求1所述用於提高乙烯、丙烯收率的反應裝置，其特徵在於所述外取熱器下斜管(15)、待生斜管(4)、再生斜管(5)上均設有滑閥，控制催化劑流量。
7.根據權利要求1所述用於提高乙烯、丙烯收率的反應裝置，其特徵在於所述快速床反應區(2)的1/3~1/2反應區高度處接有再生斜管(5)。
8.根據權利要求1所述用於提高乙烯、丙烯收率的反應裝置，其特徵在於所述密相床反應區(8)底部設有密相床反應區進料管線(17)。
9.根據權利要求1所述用於提高乙烯、丙烯收率的反應裝置，其特徵在於所述外取熱器(14)內設有取熱盤管(6)。
10.根據權利要求1所述用於提高乙烯、丙烯收率的反應裝置，其特徵在於所述外取熱器下斜管(15)、待生斜管(4)、再生斜管(5)出口均設置船型分布器。
【文檔編號】C07C11/02GK103772089SQ201210393238
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月17日 優先權日:2012年10月17日
【發明者】齊國禎, 楊遠飛, 王洪濤 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院