专利名称：甲醇催化转化为低碳烯烃的反应装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种甲醇催化转化为低碳烯烃的反应装置。
背景技术：
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SAP0-34是MTO工艺的首选催化剂。SAP0-34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。US 6166282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。但该方法中低碳烯烃碳基收率一般均在77 %左右，存在低碳烯烃收率较低的问题。CN 1723262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。该方法中低碳烯烃碳基收率一般均在75 80%之间，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，提供一种新的甲醇催化转化为低碳烯烃的反应装置。该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甲醇催化转化为低碳烯烃的反应装置，主要包括气固分配区19、下行床反应区18、提升管反应区11、沉降器16、再生器3，提升管反应区11底部设有提升段10，提升段10底部与进料管线8相连，侧部设有催化剂入口与再生斜管7相连，提升管反应区11出口与气固分配区19相连，气固分配区19设有原料进料管线20，气固分配区19下部与下行床反应区18相连，下行床反应区18出口接有粗旋17，粗旋17气相出口与沉降器16中的旋风分离器21入口相连，沉降器16下部设有汽提区4，汽提区4底部通过待生立管6与再生器3相连，再生器3设有催化剂出口与再生斜管7相连。上述技术方案中，所述再生器3与沉降器16同轴布置，再生器3位于沉降器16下方；所述硅铝磷分子筛包括SAP0-34 ;所述气固分配区19位于所述下行床反应区上方，从提升管反应区11来的气相物流和催化剂与所述从原料进料管线20来的原料在气固分配区19混合后进入下行床反应区18 ;所述提升管反应区11轴向方向上隔开的至少一个位置设置进料口 9 ;所述粗旋17位于沉降器16内部；所述原料进料管线20所进原料主要为甲醇，进料管线8所进原料为甲醇转化生成的包括碳四烯烃的碳四以上烃，进料口 9所进原料主要为甲醇；所述再生器3的再生介质为空气，再生器3顶部设有烟气出口 13，再生器3内部上方设有旋风分离器12 ;所述汽提区4的汽提介质为水蒸气。
本发明中，所述包括碳四烯烃的碳四以上烃物流中碳四烯烃质量含量大于75% ；所述提升管反应区11反应条件为反应温度为500 600°C，反应压力以表压计为O. 01 O. 3MPa，气相线速为4 12米/秒；下行床反应区18反应条件为反应温度为430 530°C，反应压力以表压计为O. 01 O. 3MPa，气相线速为5 10米/秒；再生催化剂平均积碳量质量分数为O. 01 0.5%。本发明所述平均积炭量的计算方法为催化剂上的积炭质量除以所述的催化剂质量。催化剂上的积炭质量测定方法如下将混合均匀的带有积炭的催化剂混合，然后称量
O.I I克的带碳催化剂，放到高温碳分析仪中燃烧，通过红外测定燃烧生成的二氧化碳质量，从而得到催化剂上的碳质量。本发明所采用的硅铝磷分子筛的制备方法是首先制备分子筛前驱体，将摩尔配比为 O. 03 O. 6R (Si O. 01 O. 98 : Al O. 01 O. 6 : P O. 01 O. 6) 2 500H20，其中R代表模板剂，模板剂为三乙胺，组成原料混合液，在100-250°C的温度下经过I 10小时的晶化后获得；再次，将分子筛前驱体、磷源、硅源、铝源、模板剂、水等按照一定的比例混合后在110 260°C下水热晶化至少O. I小时后，最终得到SAPO分子筛。将制备的分子筛与所需比例的粘结剂混合，经过喷雾干燥、焙烧等操作步骤后得到最终的SAPO催化剂，粘结剂在分子筛中的重量百分数在10 90%之间。本发明中，粗旋是指位于提升管或下行床出口可以实现气固快速分离的初级旋风分离器，由于其分离效率较低(一般在70 90%之间)，因此本领域的技术人员一般简称之为“粗旋”。而下行床是指在固体颗粒自身重力或气流作用力下固体颗粒呈现自上而下流动方式的管式反应器。气固分配区一般位于下行床反应器入口端，气、固在该区混合后经下行床反应器入口分布器进入下行床，其作用是保证下行床反应器入口端气、固分配均与，提高气固接触效率。采用本发明的装置，设置两个反应区，提升管反应区11中主要用于转化甲醇反应生成的碳四以上烃为低碳烯烃，下行床反应区18主要转化甲醇为低碳烯烃。提升管反应区11中为高温、高活性的再生催化剂，可以保证较高的碳四烯烃转化率，提升管的高线速又能提高低碳烯烃选择性，同时提升管11中碳四烯烃裂解反应又能为再生催化剂预积碳。而下行床反应区18中为预积碳的催化剂，具有选择性较高的优势，下行床气固流动近似平推流的优势有利的提高了低碳烯烃选择性。另外，下行床18出口接粗旋17，而粗旋17气相出口接旋风分离器21的入口，可保证气相物流与催化剂的尽快分离，避免在沉降器16中停留时间过长造成某些副反应的发生，同时在提升管反应区11轴向方向上设置至少一个进料口9，所进物料包括甲醇，可以起到降低提升管11内气相物流分压的作用，从而达到提高低碳烯烃选择性的目的。因此，采用本发明所述的装置，可以达到提高低碳烯烃收率的目的。采用本发明的技术方案所述再生器3与沉降器16同轴布置，再生器3位于沉降器16下方；所述硅铝磷分子筛包括SAP0-34 ;所述气固分配区19位于所述下行床反应区上方，从提升管反应区11来的气相物流和催化剂与所述从原料进料管线20来的原料在气固分配区19混合后进入下行床反应区18 ;所述提升管反应区11轴向方向上隔开的至少一个 位置设置进料口 9 ;所述粗旋17位于沉降器16内部；所述原料进料管线20所进原料主要为甲醇，进料管线8所进原料为甲醇转化生成的包括碳四烯烃的碳四以上烃，进料口 9所进原料主要为甲醇；所述再生器3的再生介质为空气，再生器3顶部设有烟气出口 13，再生器3内部上方设有旋风分离器12 ;所述汽提区4的汽提介质为水蒸气，低碳烯烃碳基收率达到87.91% (重量)，比现有技术的低碳烯烃碳基收率高出可达到5个百分点以上，取得了较好的技术效果。
图I为本发明所述装置的流程示意图。图I中，I为再生空气进料管线；2为待生立管下塞阀；3为再生器；4为汽提器；5为汽提蒸汽进料；6为待生立管；7为再生斜管；8为提升管进料；9为提升管反应区轴向方向进料口 ；10为提升管反应区下部提升段；11为提升管反应区；12为再生器气固旋风分离器；13为烟气出口 ；14为输送蒸汽；15为产品气出口 ；16为沉降器；17为粗旋；18为下行床反应区；19为气固分配区；20为甲醇进料；21为沉降器中旋风分离器。主要为甲醇的原料经管线20进入气固分配区19后进入下行床反应区18，与包括硅铝磷分子筛的催化剂接触，生成包括低碳烯烃、碳四烯烃的气相物流和催化剂进入粗旋17，粗旋17气相出口与沉降器16中的旋风分离器21入口相接，气相物流从旋风分离器21气相出口进入分离工段，分离得到低碳烯烃产品和包括碳四烯烃的碳四以上烃物流，粗旋17和旋风分离器21分离出的催化剂经过沉降、汽提后由待生立管6进入再生器3，经过再生后的催化剂经过再生斜管7进入提升管反应区11，与所述包括碳四烯烃的碳四以上烃物流接触，生成的气相物流和催化剂进入气固分配区19。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。
具体实施例方式实施例I在如图I所示的反应装置上，纯甲醇原料经管线20进入气固分配区19后进入下行床反应区18，与SAP0-34催化剂接触，生成包括低碳烯烃、碳四烯烃的气相物流和催化剂进入粗旋17，粗旋17气相出口与沉降器16中的旋风分离器21入口相接，气相物流从旋风分离器21气相出口进入分离工段，分离得到低碳烯烃产品和包括碳四烯烃的碳四以上烃物流，粗旋17和旋风分离器21分离出的催化剂经过沉降、汽提后由待生立管6进入再生器3，经过再生后的催化剂经过再生斜管7进入提升管反应区11，与所述包括碳四烯烃的碳四以上烃物流接触，生成的气相物流和催化剂进入气固分配区19。所述再生器3与沉降器16同轴布置，再生器3位于沉降器16下方，所述气固分配区19位于所述下行床反应区上方，从提升管反应区11来的气相物流和催化剂与所述从原料进料管线20来的原料在气固分配区19混合后进入下行床反应区18 ;所述粗旋17位于沉降器16内部；所述再生器3的再生介质为空气，再生器3顶部设有烟气出口 13，再生器3内部上方设有旋风分离器12 ;所述汽提区4的汽提介质为水蒸气。SAPO-34催化剂中分子筛的质量分数为40%，提升管11进料为包括碳四烯烃的碳四以上烃物流，其中碳四烃典型组成见表1，碳四烯烃质量含量为75. 33%，提升管反应区11反应条件为反应温度为500°C，反应压力以表压计为O.OlMPa，气相线速为4米/秒；下行床反应18反应条件为反应温度为430°C，反应压力以表压计为
O.OlMPa，气相线速为5米/秒。再生催化剂平均积碳量质量分数为O. 01%，在提升管反应区11轴向方向上设置一个进料口，所进物料为纯甲醇，所述轴向进料口进入的甲醇与碳四烯烃质量比为I : 2。反应产品采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率为83. 68% (重量)O表I碳四烃典型组成分布
权利要求
1.一种甲醇催化转化为低碳烯烃的反应装置，主要包括气固分配区(19)、下行床反应区(18)、提升管反应区(11)、沉降器(16)、再生器(3)，提升管反应区(11)底部设有提升段(10)，提升段(10)底部与进料管线(8)相连，侧部设有催化剂入口与再生斜管(7)相连，提升管反应区(11)出口与气固分配区(19)相连，气固分配区(19)设有原料进料管线(20)，气固分配区(19)下部与下行床反应区(18)相连，下行床反应区(18)出口接有粗旋(17)，粗旋(17)气相出口与沉降器(16)中的旋风分离器(21)入口相连，沉降器(16)下部设有汽提区(4)，汽提区(4)底部通过待生立管(6)与再生器(3)相连，再生器(3)设有催化剂出口与再生斜管(X)相连。
2.根据权利要求I所述甲醇催化转化为低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述再生器(3)与沉降器(16)同轴布置，再生器(3)位于沉降器(16)下方。
3.根据权利要求I所述甲醇催化转化为低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述硅铝磷分子筛包括SAPO-34。
4.根据权利要求I所述甲醇催化转化为低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述气固分配区(19)位于所述下行床反应区上方，从提升管反应区(11)来的气相物流和催化剂与所述从原料进料管线(20)来的原料在气固分配区(19)混合后进入下行床反应区(18)。
5.根据权利要求I所述甲醇催化转化为低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述提升管反应区(11)轴向方向上隔开的至少一个位置设置进料口(9)。
6.根据权利要求I所述甲醇催化转化为低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述粗旋(17)位于沉降器(16)内部。
7.根据权利要求I所述甲醇催化转化为低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述原料进料管线(20)所进原料主要为甲醇，进料管线(8)所进原料为甲醇转化生成的包括碳四烯烃的碳四以上烃，进料口(9)所进原料主要为甲醇。
8.根据权利要求I所述甲醇催化转化为低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述再生器(3)的再生介质为空气，再生器(3)顶部设有烟气出口(13)，再生器(3)内部上方设有旋风分离器(12)。
9.根据权利要求I所述甲醇催化转化为低碳烯烃的反应装置，其特征在于所述汽提区(4)的汽提介质为水蒸气。
全文摘要
本发明涉及一种甲醇催化转化为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甲醇催化转化为低碳烯烃的反应装置，主要包括气固分配区19、下行床反应区18、提升管反应区11、沉降器16、再生器3，提升管反应区11底部设有提升段10，提升段10侧部设有催化剂入口与再生斜管7相连，提升管反应区11出口与气固分配区19相连，气固分配区19下部与下行床反应区18相连，下行床反应区18出口接有粗旋17，粗旋17气相出口与沉降器16中的旋风分离器21入口相连，沉降器16下部设有汽提区4，汽提区4底部通过待生立管6与再生器3相连，再生器3与再生斜管7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。
文档编号C07C1/20GK102875293SQ201110193419
公开日2013年1月16日 申请日期2011年7月12日 优先权日2011年7月12日
发明者齐国祯, 王洪涛, 金永明 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院