专利名称：一种由甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的工艺方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的工艺方法及其系统，属于化工工艺过程目前，由甲醇或二甲醚制取低碳烯烃，主要是采用SAPO34分子筛作为催化剂，与原料发生裂解反应的工艺方法。在工业生产中此类反应一般使用提升管反应器，美国联合油品公司建于挪威的工业示范装置和中科院大连化物所的中试装置都采用此类反应器。该反应停留时间极短，反应所用的催化剂极易失活，需要连续地进行反应和再生循环。(刘中民等，合成气经由二甲醚或甲醇制取低碳烯烃，油气加工，1998年第1期)中国专利CN1166478A公开了一种可使催化剂连续再生的工艺流程，并使裂解反应在一种上行式密相床循环流化反应装置中进行。该装置主要由密相床反应器，旋风分离器，催化剂再生器，连续式催化剂进料系统等组成，在此装置上实现了反应和再生的连续化。在上述工艺过程中，二甲醚或甲醇裂解制取低碳烯烃的反应途径，基本上可以看作是由以下的两个关键步骤所组成的甲醇或二甲醚→烯烃+水烯烃→芳烃+烷烃由上述二个反应步骤我们可以发现由二甲醚或甲醇制取低碳烯烃是一连串反应，目的产物烯烃为中间产物。为减少副产物烷烃的产生，增加产物烯烃的产量，就需将催化剂与气体产品快速分离，及时中止反应，减少二次反应的发生。而在提升管反应器中，原料和催化剂从反应器下部进入，物流方向为上行，催化剂及气体组分的轴向混合均非常严重，不可避免的造成大量二次反应的发生，减少了产物中烯烃的产量。普遍使用的旋风分离器颗粒停留时间在0.5秒左右，显然不能满足气固快速分离的需要。
发明内容
本发明提供了一种由甲醇或二甲醚生产低碳烯烃的新工艺方法及系统，使其可有效减少二次反应的发生，从而降低副产物烷烃的产生，进一步增加产物烯烃的产量。
本发明是通过如下技术方案实现的一种由甲醇或二甲醚制取低碳烯径的合成工艺方法，该方法依次按如下步骤进行a.原料经由入口装置从上部进入气固并流下行式超短接触反应器，催化剂经设置在入口装置内的分布器进行预分布，自上至下流经反应器，其剂油比为5～30；b.催化剂与原料在温度为450～650℃，压力为0.01～1.0MPa条件下在反应器内接触，发生反应，控制停留时间为0.1～10秒；c.由反应器底部出来的物料进入气固快速分离器，进行分离处理，使反应产物与催化剂快速分离，分离出的气相产物进入后续工段进行处理，即得到目的产物；d.反应后失活的催化剂由分离器下部进入汽提器，用汽提蒸汽除掉催化剂上的烃类物质，然后进入再生器中，在500～800℃温度下进行烧炭再生，烧炭再生生成的热由换热器取出，再生后的催化剂从再生器底部经球阀进入催化剂提升线，由提升气携带进入入口装置，使其进入反应器中，完成循环反应；e.当系统紧急停车时，通过控制阀将再生催化剂卸入储罐；当需补充新鲜的催化剂时，储罐中的催化剂通过控制阀进入气提线参与循环反应。
在上述工艺方法中，原料为纯二甲醚(甲醇)或其与水的混合物，采用气相或液相进料。
一种用于实现上述工艺方法的系统，该系统包括一个设置在反应器顶部的入口装置，其内部设有一个催化剂分布器和一个原料入口；一个气固并流下行式流化床超短接触反应器，其底部与气固快速分离器相连，该气固快速分离器下部设有一个汽提器；一个再生器，该再生器通过管道与汽提器相连；一个将再生器中失活催化剂烧炭再生生成的热取出的换热器，该换热器与再生器相连；一个催化剂储罐，其上部通过装有控制阀的管道与再生器连接在一起，其下部通过装有催化剂控制阀的管道与再生剂提升线相连；再生器底部通过装有催化剂控制阀的管道与再生剂提升线相连，该再生剂提升线与入口装置相连。
在本发明的工艺方法中，其反应器采用了气固并流下行式流化床反应器，该反应器中的物流方向为下行，气固轴向返混小，径向浓度分布均匀，其流型更接近理想的平推流；气固停留时间短而一致，有利于充分利用催化剂的高活性高选择性；颗粒的聚集程度大大减弱，使气体速度、颗粒速度及颗粒浓度径向分布更为均匀。下行床出口处气固速度相当，在下行床较长时，固体速度比气体速度更快，气固更易实现快分。适用于此反应器的入口装置，其内部装有一个催化剂分布器，能够实现催化剂颗粒的快速均布，结构简单、操作弹性大、压降小及设备与颗粒磨损小；还使用了一种气固快速分离装置，分离效率可达到97％以上，其颗粒停留时间在100毫秒以下，气相停留时间在2秒以下，可实现催化剂与气体产品的快速分离，及时中止反应，减少二次反应的发生。本发明所采用的系统，可满足此反应过程中大量放热、反应一再生及平推流超短接触过程的需要，使过程中非烯烃类产品收率进一步降低，同时降低了后续分离工艺的难度，极大地提高过程的经济性。同固定床、流化床相比，二甲醚或甲醇的处理量大大提高，其转化率大于98％，乙烯、丙烯及丁烯的收率大于93％。
图1为本发明的工艺流程示意图，其中1是反应器上的入口装置，2是原料入口，3是催化剂入口，4是反应器中的分布器，5是气固并流下行式流化床超短接触反应器，6是附壁切割式气固快速分离器，7是后续分离工段，8是汽提器，9是汽提蒸汽，10是再生器，11是后续废热回收工段，12是换热器，13是再生空气，14是催化剂控制阀，15是催化剂储罐，16是催化剂控制阀，17是球阀，18是再生剂提升线。
实施例1在气固并流下行式循环流化床反应器进行反应。进料为二甲醚，液相进料，催化剂采用SAPO34，反应器温度为460℃，再生器温度为510℃，停留时间为1O秒，剂油比为30，在0.01MPa下反应。二甲醚转化率为99％，在烃类生成物中，乙烯所占比例为60％，丙烯所占比例为25％，丁烯所占比例为8％，产物低碳烯烃的收率为93％。
实施例2在气固并流下行式循环流化床反应器进行反应。进料为二甲醚，气相进料，催化剂采用SAPO34，反应器温度为530℃，再生器温度为650℃，停留时间为5秒，剂油比为18，在常压下反应。二甲醚转化率为99％，在烃类生成物中，乙烯所占比例为63％，丙烯所占比例为24％，丁烯所占比例为7％，产物低碳烯烃的收率为95％。
实施例3在气固并流下行式循环流化床反应器进行反应。进料为二甲醚与水的混合物，气相进料，催化剂采用SAPO34，二甲醚与水的摩尔比为1∶0.5，反应器温度为650℃，再生器温度为780℃，停留时间为0.2秒，剂油比为5，在0.95MPa下反应。二甲醚转化率为99％，在烃类生成物中，乙烯所占比例为62％，丙烯为24％，丁烯为7％，产物低碳烯烃的收率为94％。
实施例4在气固并流下行式循环流化床反应器进行反应。进料为甲醇与水的混合物，液相进料，催化剂采用SAPO34，甲醇与水的摩尔比为1∶0.2，反应器温度为600℃，再生器温度为750℃，停留时间为1秒，剂油比为10，在常压下反应。二甲醚转化率为99％，在烃类生成物中，乙烯所占比例为59％，丙烯为24％，丁烯为10％，产物低碳烯烃的收率为93％。
实施例5在气固并流下行式循环流化床反应器进行反应。进料为甲醇，气相进料，催化剂采用SAPO34，反应器温度为630℃，再生器温度为800℃，停留时间为3秒，剂油比为18，在0.3MPa下反应。甲醇转化率为99％，在烃类生成物中，乙烯所占比例为62％，丙烯为23％，丁烯为8％，产物低碳烯烃的收率为93％。
权利要求
1.一种由甲醇或二甲醚生产低碳烯径的工艺方法，该方法依次按如下步骤进行a.原料经由入口装置(1)从上部进入气固并流下行式流化床超短接触反应器(5)，催化剂经设置在入口装置(1)内的分布器(4)进行预分布，自上至下流经反应器(5)，其剂油比为5～30；b.催化剂与原料在温度为450～650℃，压力为0.01～1.0MPa条件下在反应器内接触，发生反应，控制停留时间为0.1～10秒之间；c.由反应器底部出来的物料进入气固快速分离器(6)，进行分离处理，使反应产物与催化剂快速分离，分离出的气相产物进入后续工段(7)进行处理，即得到目的产物；d.反应后失活的催化剂由分离器(6)下部进入汽提器(8)，用汽提蒸汽(9)除掉催化剂上的烃类物质，然后进入再生器(10)中，在500～800℃温度下进行烧炭再生，烧炭再生生成的热由换热器(12)取出，再生后的催化剂从再生器底部经球阀(17)进入再生剂提升线(18)，由提升气携带进入入口装置，使其进入反应器中，完成循环反应；e.当系统紧急停车时，通过控制阀(14)将再生催化剂卸入储罐(15)；当需补充新鲜的催化剂时，储罐(15)中的催化剂通过控制阀(16)进入催化剂提升线(18)参与循环反应。
2.按照权利要求1所述的工艺方法，其特征在于原料为纯二甲醚(甲醇)或其与水的混合物，采用气相或液相进料。
3.一种用于实现权利要求1所述方法的系统，该系统包括一个设置在反应器顶部的入口装置(1)，其内部设有一个催化剂分布器(4)和一个原料入口(2)；一个气固并流下行式流化床超短接触反应器(5)，其底部与气固快速分离器(6)相连，该气固快速分离器(6)下部设有一个汽提器(8)；一个再生器(10)，该再生器(10)通过管道与汽提器(8)相连；一个将再生器中失活催化剂烧炭再生生成的热取出的换热器(12)，该换热器(12)与再生器(10)相连；一个催化剂储罐(15)，其上部通过装有控制阀(14)的管道与再生器连接在一起，其下部通过装有催化剂控制阀(16)的管道与再生剂提升线(18)相连；再生器(10)底部通过装有催化剂控制阀(17)的管道与再生剂提升线(18)相连，该再生剂提升线(18)与入口装置(1)相连。
全文摘要
一种由二甲醚或甲醇生产低碳烯烃的工艺方法及其系统,该工艺采用磷酸硅铝分子筛(SAPO34)作为催化剂,利用气固并流下行式流化床超短接触反应器,催化剂与原料在气固并流下行式流化床超短接触反应器中接触、反应,物流方向为下行;催化剂及反应产物出反应器后进入设置在该反应器下部的气固快速分离器进行快速分离,及时中止反应的进行;有效地抑制了二次反应的发生;分离出的催化剂进入再生器中烧炭再生,催化剂在系统中连续再生,反应循环进行。通过使用本发明的工艺方法和系统,减少了副产物烷烃的产生,降低了后续分离工艺的难度,进而增加了产物低碳烯烃的产量。二甲醚或甲醇的转化率大于98%,低碳烯烃的收率大于93%。
文档编号C07C1/20GK1356299SQ01144188
公开日2002年7月3日 申请日期2001年12月14日 优先权日2001年12月14日
发明者魏飞, 高雷, 罗国华, 金涌 申请人:清华大学