含氧化合物制低碳烯烴的反應裝置製造方法
2023-05-03 00:34:51
含氧化合物制低碳烯烴的反應裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種含氧化合物制低碳烯烴的反應裝置，主要解決現有技術中低碳烯烴收率較低的問題。本發明通過採用一種含氧化合物制低碳烯烴的反應裝置，主要包括第一流化床反應區2、第二流化床反應區4、提升管再生區11、密相床再生區12，第一流化床反應區2頂部設有分布板3，分布板3上部為第二流化床反應區4，底部開有催化劑出口，分別與第一流化床反應區2、提升管再生區11相連，提升管再生區11入口端位於第一流化床反應區2外部下方，出口端位於密相床再生區12內，密相床再生區12底部開有催化劑出口，分別與第一流化床反應區2、提升管再生區11相連，頂部開有再生煙氣出口15的技術方案較好地解決了上述問題，可用於低碳烯烴的工業生產中。
【專利說明】含氧化合物制低碳烯烴的反應裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種含氧化合物制低碳烯烴的反應裝置。
【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]US4499327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碳基收率一般均在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。該方法中低碳烯烴碳基收率一般均在75?80%之間，同樣存在低碳烯烴收率較低的問題。
[0006]現有技術均存在低碳烯烴收率較低的問題，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低碳烯烴收率較低的問題，提供一種新的含氧化合物制低碳烯烴的反應裝置。該裝置用於低碳烯烴的生產中，具有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:一種含氧化合物制低碳烯烴的反應裝置，主要包括第一流化床反應區2、第二流化床反應區4、提升管再生區11、密相床再生區12，第一流化床反應區2頂部設有分布板3，分布板3上部為第二流化床反應區4，第二流化床反應區4頂部設有產品氣出口 13，底部開有催化劑出口，分別與第一流化床反應區2、提升管再生區11相連，提升管再生區11入口端位於第一流化床反應區2外部下方，出口端位於密相床再生區12內，提升管再生區11高度的40?80%位於第一流化床反應區2和第二流化床反應區3內，密相床再生區12底部開有催化劑出口，分別與第一流化床反應區2、提升管再生區11相連，頂部開有再生煙氣出口 15。
[0009]上述技術方案中，所述第一流化床反應區11為快速床；所述第二流化床反應區3的催化劑經過取熱器8換熱後返回第一流化床反應區2 ;所述密相床再生區12的催化劑經過取熱器18換熱後返回提升管再生區11 ;所述分布板3開孔率為40?75%。
[0010]本發明中，所述催化劑包括SAP0-34矽鋁磷分子篩；所述第一流化床反應區2反應條件為:反應溫度為400?500°C，反應壓力以表壓計為0.01?0.3MPa，氣相線速為I?3米/秒；第二流化床反應區3反應條件為:反應溫度為420?550°C，反應壓力以表壓計為0.01?0.3MPa，氣相線速為0.4?I米/秒；所述再生催化劑平均積碳量質量分數為0.01?1.5% ;所述提升管再生區11的再生條件為:反應溫度為550?680°C，反應壓力以表壓計為0.01?0.3MPa，氣相線速為4?10米/秒；密相床再生區12的再生條件為:反應溫度為600?700°C，反應壓力以表壓計為0.01?0.3MPa，氣相線速為0.4?I米/秒；所述第二流化床反應區3的催化劑至少分為兩部分，以質量分數計，40-80%返回第一流化床反應區2，20-60%進入提升管再生區11 ;所述再生催化劑至少分為兩部分，以質量分數計，20-60%返回第一流化床反應區2，40-80%經取熱後返回提升管再生區11 ;所述含氧化合物為甲醇或二甲醚中的至少一種。
[0011]本發明所述平均積炭量的計算方法為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0.1?I克的帶碳催化劑，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 ?500 H2O,其中R代表模板劑，模板劑為三乙胺，組成原料混合液，在100-250°C的溫度下經過I?10小時的晶化後獲得；再次，將分子篩前驅體、磷源、矽源、鋁源、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。將製備的分子篩與所需比例的粘結劑混合，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在10?90%之間。
[0013]採用本發明的方法，設置兩個反應區，第一流化床反應區2在較高的線速下用於高選擇性的轉化大部分甲醇，並生成低碳烯烴，第二流化床反應區3在較高的溫度、較低的線速下用於轉化未轉化的甲醇、生成的C4以上高碳烴，並進一步生成低碳烯烴。由於甲醇或二甲醚轉化為低碳烯烴的生焦率較低，本發明採用提升管再生區11和密相床再生區12串聯兩級再生的方法，並將提升管再生區11的40-80%置於第一流化床反應區2和第二流化床反應區3內，以保持提升管的再生溫度，該再生方法可方便的實現不完全再生和完全再生兩種方式，達到調節再生劑積碳的作用，可以提高低碳烯烴的收率。
[0014]採用本發明的技術方案:所述第一流化床反應區11為快速床；所述第二流化床反應區3的催化劑經過取熱器8換熱後返回第一流化床反應區2 ;所述密相床再生區12的催化劑經過取熱器18換熱後返回提升管再生區11 ;所述分布板3開孔率為40~75%，低碳烯烴碳基收率達到84.85% (重量)，比現有技術的低碳烯烴碳基收率高出可達到3個百分點以上，取得了較好的技術效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明所述裝置的流程示意圖；
圖1中，I為含氧化合物進料管線；2為第一流化床反應區；3為分布板；4為第二流化床反應區；5為旋風分離器；6為產品氣出口管線；7為催化劑循環管；8為取熱器；9為待生斜管；10為提升管再生區再生介質入口管線；11為提升管再生區；12為密相床再生區；13為密相床再生區再生介質入口管線；14為旋風分離器；15為再生煙氣出口管線；16為再生斜管；17為催化劑循環管；18為取熱器。
[0016]含氧化合物進入第一流化床反應區2，與包括矽鋁磷分子篩的催化劑接觸，生成的氣相物流和催化劑經第一流化床反應區2頂部的分布板3進入第二流化床反應區4，氣相物流與催化劑分離後進入分離工段，第二流化床反應區4的催化劑至少分為兩部分，一部分返回第一流化床反應區2，一部分進入提升管再生區11，然後被提升至密相床再生區12，形成再生催化劑，所述再生催化劑至少分為兩部分，一部分返回第一流化床反應區2，一部分經取熱後返回提升管再生區11。
[0017]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。
[0018]
【具體實施方式】
[0019]【實施例1】
在如圖1所示的反應裝置上，純度為99.5%的甲醇進入第一流化床反應區，與SAP0-34催化劑接觸，生成的氣相物流和催化劑經第一流化床反應區頂部的分布板進入第二流化床反應區，氣相物流與催化劑分離後進入分離工段，第二流化床反應區的催化劑分為兩部分，以質量分數計，40%返回第一流化床反應區，60%進入提升管再生區，然後被提升至密相床再生區，形成再生催化劑，再生催化劑分為兩部分，20%返回第一流化床反應區，80%經取熱後返回提升管再生區。第二流化床反應區的催化劑經過取熱器換熱後返回第一流化床反應區，密相床再生區的催化劑經過取熱器換熱後返回提升管再生區，分布板開孔率為40%。第一流化床反應區為快速床，第一流化床反應區反應條件為:反應溫度為400°C，反應壓力以表壓計為0.01MPa，氣相線速為I米/秒；第二流化床反應區反應條件為:反應溫度為420°C，反應壓力以表壓計為0.01MPa,氣相線速為0.4米/秒，再生催化劑平均積碳量質量分數為0.01%，提升管再生區的再生條件為:反應溫度為550°C，反應壓力以表壓計為0.0110^，氣相線速為4米/秒；密相床再生區的再生條件為:反應溫度為600°C，反應壓力以表壓計為0.01MPa，氣相線速為0.4米/秒。反應產品採用在線氣相色譜分析，低碳烯烴碳基收率為82.13%(重量)。
[0020]【實施例2】
按照實施例1所述的條件和步驟，純度為99.5%的甲醇進入第一流化床反應區，與SAP0-34催化劑接觸，生成的氣相物流和催化劑經第一流化床反應區頂部的分布板進入第二流化床反應區，氣相物流與催化劑分離後進入分離工段，第二流化床反應區的催化劑分為兩部分，以質量分數計，80%返回第一流化床反應區，20%進入提升管再生區，然後被提升至密相床再生區，形成再生催化劑，再生催化劑分為兩部分，60%返回第一流化床反應區，40%經取熱後返回提升管再生區。分布板開孔率為75%，第一流化床反應區反應條件為:反應溫度為500°C，反應壓力以表壓計為0.01MPa,氣相線速為3米/秒；第二流化床反應區反應條件為:反應溫度為550°C，反應壓力以表壓計為0.01MPa，氣相線速為I米/秒，再生催化劑平均積碳量質量分數為1.5%，提升管再生區的再生條件為:反應溫度為680°C，反應壓力以表壓計為0.01MPa，氣相線速為10米/秒；密相床再生區的再生條件為:反應溫度為7001:，反應壓力以表壓計為0.0110^，氣相線速為1米/秒。反應產品採用在線氣相色譜分析，低碳烯烴碳基收率為83.89%(重量)。
[0021]【實施例3】 按照實施例2所述的條件和步驟，第二流化床反應區的催化劑分為兩部分，以質量分數計，50%返回第一流化床反應區，50%進入提升管再生區，然後被提升至密相床再生區，形成再生催化劑，再生催化劑分為兩部分，50%返回第一流化床反應區，50%經取熱後返回提升管再生區。分布板開孔率為60%，第一流化床反應區反應條件為:反應溫度為470V，反應壓力以表壓計為0.01MPa，氣相線速為1.5米/秒；第二流化床反應區反應條件為:反應溫度為500°C，反應壓力以表壓計為0.01MPa,氣相線速為0.8米/秒，再生催化劑平均積碳量質量分數為1.0%，提升管再生區的再生條件為:反應溫度為630°C，反應壓力以表壓計為0.01MPa，氣相線速為6米/秒；密相床再生區的再生條件為:反應溫度為660°C，反應壓力以表壓計為0.01MPa，氣相線速為0.8米/秒。反應產品採用在線氣相色譜分析，低碳烯烴碳基收率為84.85% (重量)。
[0022]【實施例4】
按照實施例3所述的條件和步驟，純度為99.2%的二甲醚進入第一流化床反應區，與SAP0-34催化劑接觸，生成的氣相物流和催化劑經第一流化床反應區頂部的分布板進入第二流化床反應區，氣相物流與催化劑分離後進入分離工段，第二流化床反應區的催化劑分為兩部分，以質量分數計，60%返回第一流化床反應區，40%進入提升管再生區，然後被提升至密相床再生區，形成再生催化劑，再生催化劑分為兩部分，50%返回第一流化床反應區，50%經取熱後返回提升管再生區。第一流化床反應區反應條件為:反應溫度為450V，反應壓力以表壓計為0.3MPa，氣相線速為1.1米/秒；第二流化床反應區反應條件為:反應溫度為500°C，反應壓力以表壓計為0.3MPa，氣相線速為0.6米/秒，再生催化劑平均積碳量質量分數為0.1%，提升管再生區的再生條件為:反應溫度為600°C，反應壓力以表壓計為0.3MPa，氣相線速為5米/秒；密相床再生區的再生條件為:反應溫度為650°C，反應壓力以表壓計為0.3MPa，氣相線速為0.7米/秒。反應產品採用在線氣相色譜分析，低碳烯烴碳基收率為81.08% (重量)。
[0023]【實施例5】
按照實施例1所述的條件和步驟，甲醇和二甲醚以質量比為2:1的比例進入第一流化床反應區，與SAP0-34催化劑接觸，生成的氣相物流和催化劑經第一流化床反應區頂部的分布板進入第二流化床反應區，氣相物流與催化劑分離後進入分離工段，第二流化床反應區的催化劑分為兩部分，以質量分數計，60%返回第一流化床反應區，40%進入提升管再生區，然後被提升至密相床再生區，形成再生催化劑，再生催化劑分為兩部分，50%返回第一流化床反應區，50%經取熱後返回提升管再生區。第一流化床反應區反應條件為:反應溫度為480°C，反應壓力以表壓計為0.15MPa，氣相線速為1.25米/秒；第二流化床反應區反應條件為:反應溫度為530°C，反應壓力以表壓計為0.15MPa，氣相線速為0.6米/秒，再生催化劑平均積碳量質量分數為0.8%，提升管再生區的再生條件為:反應溫度為650°C，反應壓力以表壓計為0.15MPa，氣相線速為5米/秒；密相床再生區的再生條件為:反應溫度為670°C，反應壓力以表壓計為0.15MPa，氣相線速為0.7米/秒。反應產品採用在線氣相色譜分析，低碳烯烴碳基收率為84.35%(重量)。
[0024]【比較例I】
按照實施例3所述的條件和步驟，只是不設置第二流化床反應區，低碳烯烴收率為81.27% (重量)。
[0025]顯然，採用本 發明的裝置，可以達到提高低碳烯烴收率的目的，具有較大的技術優勢，可用於低碳烯烴的工業生產中。
【權利要求】
1.一種含氧化合物制低碳烯烴的反應裝置，主要包括第一流化床反應區(2)、第二流化床反應區(4)、提升管再生區(11)、密相床再生區(12)，第一流化床反應區(2)頂部設有分布板(3)，分布板(3)上部為第二流化床反應區(4)，第二流化床反應區(4)頂部設有產品氣出口(13)，底部開有催化劑出口，分別與第一流化床反應區(2)、提升管再生區(11)相連，提升管再生區(11)入口端位於第一流化床反應區(2)外部下方，出口端位於密相床再生區(12)內，提升管再生區(11)高度的40?80%位於第一流化床反應區(2)和第二流化床反應區(3)內，密相床再生區(12)底部開有催化劑出口，分別與第一流化床反應區(2)、提升管再生區(11)相連，頂部開有再生煙氣出口(15)。
2.根據權利要求1所述含氧化合物制低碳烯烴的反應裝置，其特徵在於所述第一流化床反應區(11)為快速床。
3.根據權利要求1所述含氧化合物制低碳烯烴的反應裝置，其特徵在於所述第二流化床反應區(3)的催化劑經過取熱器(8)換熱後返回第一流化床反應區(2)。
4.根據權利要求1所述含氧化合物制低碳烯烴的反應裝置，其特徵在於所述密相床再生區(12)的催化劑經過取熱器(18)換熱後返回提升管再生區(11)。
5.根據權利要求1所述含氧化合物制低碳烯烴的反應裝置，其特徵在於所述分布板(3)開孔率為40?75%。
【文檔編號】B01J8/28GK103537235SQ201210239958
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月12日 優先權日:2012年7月12日
【發明者】齊國禎, 鍾思青, 張惠明, 王菊 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