甲醇和/或二甲醚转化制乙烯、丙烯和芳烃的同轴式流化床反应系统及其反应方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种甲醇和/或二甲醚转化制乙烯、丙烯和芳烃的同轴式流化床反应 系统及其方法。
【背景技术】
[0002] 乙烯、丙烯和芳煙(尤其是三苯，苯Benzene、甲苯Toluene、二甲苯Xylene，即BTX) 是重要的基本有机合成原料。受下游衍生物需求的驱动，乙烯、丙烯和芳烃的市场需求持续 增长。
[0003] 以液体烃(如石脑油、柴油、二次加工油）为原料的蒸汽裂解工艺是乙烯、丙烯和芳 烃的主要生产工艺。该工艺属于石油路线生产技术，近年来，由于石油资源有限的供应量及 较高的价格，原料成本不断增加。受之因素，替代原料制备乙烯、丙烯和芳烃技术引起越来 越广泛地关注。其中，对于煤基甲醇、二甲醚原料，由于我国煤炭资源丰富，正逐渐成为一种 重要的化工生产原料，成为石油原料的重要补充。因此，考虑以甲醇和/或二甲醚为原料制 备乙烯、丙烯和芳烃。
[0004] 在各种现有的甲醇、二甲醚催化转化技术中，甲醇/二甲醚转化制芳烃的产物同 时包括乙烯、丙烯和芳经。该技术最初见于1977年Mobil公司的Chang等人（Journal of Catalysis，1977,47, 249)报道了在ZSM-5分子筛催化剂上甲醇及其含氧化合物转化制备 芳烃等碳氢化合物的方法。1985年，Mobil公司在其申请的美国专利US1590321中，首次公 布了甲醇、二甲醚转化制芳烃的研究结果，该研究采用含磷为2. 7重量％的ZSM-5分子筛为 催化剂，反应温度为40(T450°C，甲醇、二甲醚空速1. 3(克/小时）/克催化剂。
[0005] 该领域的相关报道和专利较多，但是大多数技术的目的产物是芳烃，乙烯、丙烯 属于副产物，收率低。比如，关于甲醇制芳烃催化剂方面的专利：中国专利CN102372535、 CN102371176、CN102371177、CN102372550、CN102372536、CN102371178、CN102416342、 CN101550051，美国专利US4615995、US2002/0099249A1等。比如，关于甲醇制芳烃工 艺方面的专利：美国专利 US4686312,中国专利 ZL101244969、ZL1880288、CN101602646、 CN101823929、CN101671226、CN102199069、CN102199446、CN1880288 等。
[0006]另外，有些专利公开的技术路线是甲醇制芳烃的同时联产低碳烯烃、汽油等其他 产物，如专利 CN102775261、CN102146010、CN102531821、CN102190546、CN102372537 等。
[0007] 其中，专利CN102775261公开的多功能甲醇加工方法及装置利用甲醇生产低碳烯 烃、汽油、芳烃。该方法采用两步法生产工艺，第一步甲醇原料在专用催化剂1作用下生产 低碳烯烃，第二步将含低碳烯烃的反应气经换热、急冷、洗涤处理后，在专用催化剂2的作 用下合成芳烃和或汽油。两个反应过程的反应器可为固定床或流化床。该方法采用两步法， 工艺流程复杂。
[0008] 专利CN102146010公开的是以甲醇为原料生产低碳烯烃及芳烃并联产汽油的工 艺。以甲醇为原料并采用分子筛催化剂经甲醇烃化反应和芳构化反应生产低碳烯烃及芳 烃并联产汽油。甲醇烃化反应和芳构化反应的反应器为各种类型的固定床反应器，压力 0. 01、. 5兆帕，温度18(T600°C。总液收大于70重量％，三苯收率大于90重量％。该方法 也采用两个反应器，工艺流程复杂。
[0009] 专利CN102531821公开的是甲醇和石脑油共进料生产低碳烯烃和/或芳烃的方 法，采用负载2. 2~6. 0重量％La和I. (T2. 8重量％P的ZSM-5催化剂，可采用固定床反应器 或流化床反应器。反应温度为55(T670°C，空速I. (T5 (克/小时）/克催化剂。该方法的三 烯收率较高，但BTX收率低，只有5~17重量％。
[0010] 专利CN102372537和CN102190546公开了甲醇转化制丙烯和芳烃的方法。这两项 专利是在甲醇转化制丙烯技术的基础上发展而来，丙烯是主目的产物，芳烃收率较低。
[0011] 上述专利技术中都存在乙烯、丙烯和芳烃收率低的问题。本发明针对性地提出了 技术方案，解决了上述问题。
【发明内容】
[0012] 本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中乙烯、丙烯和芳烃收率低的技术问 题，提供一种甲醇和/或二甲醚转化制乙烯、丙烯和芳烃的同轴式流化床反应系统。该系统 具有乙烯、丙烯和芳烃收率高的优点。
[0013] 本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的反应 方法。
[0014] 为解决上述问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种甲醇和/或二甲醚转化 制乙烯、丙烯和芳烃的同轴式流化床反应系统，包括反应器1、再生器2、汽提器3 ;反应器1 自下而上为反应段24、过渡段25、稀相段26 ;原料15从反应器反应段24下部进入反应器1 和催化剂接触反应，反应后的积炭催化剂下行进入和反应器1底部相连的待生斜管7,再经 汽提立管8提升至汽提器3,汽提后的催化剂进入再生器2再生，再生后的催化剂经脱气罐 4脱气下行至反应器反应段24。
[0015] 上述技术方案中，反应器反应段24的高度占反应器总高度的7(T90% ;稀相段26 直径和反应段24的直径之比为1. 1~3:1，其高度占反应器总高度的5~25% ;过渡段25高度 占反应器总高度的5%。
[0016] 上述技术方案中，反应器反应段24底部到待生斜管10和反应器反应段24连接处 的距离小于反应器反应段24总长的50%。
[0017]上述技术方案中，反应器1外接取热器5,取热器5的高度占反应器1高度的 309T95%。
[0018] 上述技术方案中，再生器2外接取热器6,取热器6的高度占再生器2高度的 309T70%。
[0019]上述技术方案中，反应器1、再生器2和汽提器3内部均设有一组气固旋风分离器， 为1~3级。
[0020] 上述技术方案中，原料15进入反应器1和催化剂接触反应；积炭催化剂在汽提器 3中汽提出携带的反应产物；积炭催化剂在再生器2通过烧焦的方式除去焦炭。再生后的 催化剂进入脱气罐4进一步脱除再生烟气。
[0021] 上述技术方案中，反应器1，用于将原料15和催化剂接触反应转化为以乙烯、丙烯 和芳烃为主的产物；再生器2,用于通过烧焦的方式除去积炭催化剂上的焦炭；汽提器3,用 于汽提出积炭催化剂上携带的产物；脱气罐4,用于进一步脱除再生后的催化剂夹带的再 生烟气。
[0022] 为解决上述问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种甲醇和/或二甲醚转化 制乙烯、丙烯和芳烃的同轴式流化床反应方法，采用上述的反应系统，所述的反应方法包括 以下几个步骤： a) 原料15从反应器反应段24下部进入反应器1和催化剂接触反应，生成反应产物16 和积炭催化剂，反应产物16经气固旋风分离器分离积炭催化剂后进入后续分离系统； b) 积炭催化剂下行进入和反应器1底部相连的待生斜管7,再进入汽提立管8,经提升 介质22提升至汽提器3,和汽提介质21接触汽提，得到的汽提产物19和汽提后的积炭催化 齐U，汽提产物19经气固旋风分离器分离积炭催化剂后进入后续分离系统； c) 汽提后的积炭催化剂进入再生器2,和再生介质17接触烧焦，得到再生后的催化剂 和烟气18; e) 再生后的催化剂经脱气罐斜管9进入脱气罐4和脱气介质23接触，进一步脱除再生 烟气20,脱气后的催化剂下行经再生斜管10进入反应器反应段24; f) 反应器1外接取热器5,催化剂经反应器外接取热器入口管11进入取热器5,温度降 低后经反应器外取热器出口管12进入反应器1; g) 再生器2外接取热器6,催化剂经再生器外接取热器入口管13进入取热器6,温度降 低后经反应器外取热器出口管14进入再生器2。
[0023] 上述技术方案中，反应器1的温度为40(T55(TC，以表压计反应压力为(T0. 5兆帕， 重量空速为〇. 1~1〇 (克/小时）/克催化剂，催化剂循环量和原料15进料量的质量比为3? 40 : 1，催化剂密度为50?200千克/米3,平均空塔气速0.01?1米/秒。
[0024] 上述技术方案中，最大量乙烯、丙烯操作模式下，温度为48(T550°C，以表压计反应 压力为(T0. 3兆帕，重量空速为2~10 (克/小时）/克催化剂，催化剂循环量和原料15进料 量的质量比为10?40 : 1，催化剂密度为50?140千克/米3,平均空塔气速0. 06~1米 /秒。
[0025] 上述技术方案中，最大量芳烃操