高效混合的甲醇制烯烃反应-再生装置及其反应方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于甲醇制烯烃工艺的高效混合的甲醇制烯烃的下行床反应-再生装置及其反应方法。
【背景技术】
[0002]乙烯与丙烯作为现代石油化工领域最为关键的两大基础原料，为工农业、交通、国防等领域提供着化工原料。乙烯的大量下游产品主要有聚乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯、环氧乙烷、乙二醇等。乙烯产量的大小是衡量石化工业乃至国民经济的标志。丙烯主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷、异丙醇等。目前世界上近67%的丙烯来自于蒸汽裂解生产乙烯的副产品，约30%的产品来自于催化裂化炼油工艺中生产汽、柴油的副产品，还有少量丙烯产品来自于丙烷脱氢与乙烯-丁烯易位反应。
[0003]而近些年来，乙烯与丙烯的需求持续走高，而石油资源日趋匮乏的情况下，非石油资源生产乙烯、丙烯的煤化工技术，能够极大缓解我国石油供应紧张的局面，促进我国重化工的跨越式发展和原料路线的结构性调整，具有重要的战略意义以及社会、经济效益。
[0004]当前，甲醇制烯烃工艺无论从技术还是从经济上都具备了工业化应用的基础与条件，目前甲醇制烯烃工艺流程与催化裂化装置相似，采用的是连续反应-再生方式。对甲醇制烯烃工艺的工程技术特点的分析研究表明，甲醇制烯烃工艺所用的SAPO催化剂不同于催化裂化的分子筛催化剂，有着其独特的对工程技术的要求。具体表现在反应原料的状态、进料分布方式、催化剂流化、催化剂循环、剂醇比、反应温度、生焦率等。
[0005]对于快速反应系统，下行床反应器在石油化工、煤化工及生物质加工等领域有着广泛的应用。这种气固顺重力场并流向下的流动特性中，气固轴向返混较低，颗粒浓度的径向分布较为均匀，且强化了气固接触。
[0006]文献CN1390916A公布了一种利用下行床反应器进行烃类催化热裂解的方法，应用在石油产品分馏裂解技术中。它以下行床为反应器，使原料油在高温与催化剂作用下进行催化裂解反应，生成烯烃产物。该方法中的下行床反应器能够实现气固的超短接触反应，具有均匀的气固径向流动结构，可以提高轻烯烃收益，有效抑制甲烷与焦炭等副产物的抑制。
[0007]文献CN102463083A公布了一种生产低碳烯烃的反应装置。反应区包括快速反应区与下行床反应区。快速反应区内将原料高选择性的转化为低碳烯烃，该原料可选择甲醇或碳四以上烃，碳四以上烃可来自甲醇制烯烃过程中产生的副产物；下行床反应区中，除了达到近乎平推流的状态下高选择性生产碳烯烃的目的，同时可实现提高生焦率的目的。有效提高低碳烯烃的收率。
[0008]文献CN103120918A公布了一种含氧化合物转化制低碳烯烃的反应装置。装置中设有两个反应区，第一反应区以积炭催化剂用于甲醇转化制低碳烯烃，第二反应区为倒“U”型复合反应区，耦合提升管与下行床的结构，保证足够的反应时间，最大化地转化碳四烯烃为低碳烯烃。该发明方法有效提高了产物低碳烯烃的收率。
[0009]综上所述，上述文献中主要采用下行床型式的反应器，其近似于平推流的气固流态可以有效避免颗粒径向浓度分布非常不均匀、颗粒径向扩散较为剧烈、颗粒轴向返混严重、气体的径向扩散等缺点。根据甲醇制烯烃的工艺中的反应过程的传统流程中，通常可以将整个流化床反应器分为进口区、反应区、上行区与出口快速分离区四个部分。传统进口区是由再生催化剂、换热催化剂与调碳催化剂这三股不同状况的催化剂颗粒直接进入反应区中，催化原料气体进行反应。这三股催化剂的混合效果直接关系到烯烃选择性。进口区的气固流动、气体与催化剂颗粒的混合效果与进口区的反应行为对整个反应器的效果产生显著的影响。上述文献主要针对下行床型式的反应器提出了研究，但是缺乏对下行床反应器的进口区的设计提出有效建议。
[0010]众所周知，在反应区前将这三股不同状况的催化剂混合均匀，同时在与原料气体混合时，气固两相以一种均布的形式快速接触充分混合，是进口区的设计关键。传统进口区没有针对催化剂的混合进行特有的设计，常规的方法是将这三股催化剂的入口均布在反应器的四周，在不同的区域分别与原料气体接触，在局部的区域中，尤其在反应器的底部，这种不均匀的催化剂远远偏离优选的反应所要求的催化剂的特性(具有特定的温度与特点的碳含量)，因此严重影响了产物气的选择性。
[0011]此外，针对气固混合结构而言，一般气固入口结构有两大类，第一类为分布器同时分布气固两相，使得气固两相实现快速均布以及气固两相的较充分接触；第二类采用颗粒入口与气体喷嘴或气体分布器的独立设计，优势在于保证颗粒在与气体接触前的有效传质与传热，保证颗粒的均布。
[0012]甲醇制烯烃工艺的特殊性使得在气固混合结构方面选择第二类的入口结构会更有利于反应的进行与产物气体的选择，而当前工业上常用的为第一类气固入口结构，本发明有针对性地解决了这些问题。
【发明内容】
[0013]本发明主要解决的技术问题之一是现有技术中甲醇制烯烃进口区的多股催化剂在进入反应区时混合不均匀、气固两相接触不合理以及低碳烯烃收率较低等的问题，提供一种新的甲醇制烯烃的反应-再生的装置及方法。该装置与方法用于低碳烯烃的工艺中，具有进口区的再生催化剂、换热催化剂与调碳催化剂这三股催化剂颗粒混合均匀、气固两相接触充分、低碳烯烃收率较高的优点。
[0014]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。
[0015]为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下:一种高效混合的甲醇制烯烃的下行床反应-再生装置，主要设备包括:催化剂混合器9、下行床反应器7、原料进口分布器10、再生斜管11、再生器13、换热斜管17、调碳斜管18，其中催化剂混合器9分别通过再生斜管11、换热斜管17、调碳斜管18与再生器13、外取热器16、待生提升管19相连通，催化剂混合器9底部与下行床反应器7相连通，下行床反应器7与粗旋3相连通，粗旋3位于沉降器5内，沉降器5底部与汽提器2相连通，汽提器2通过待生斜管21与待生提升管19相连通，待生提升管19的顶部与再生器13相连通。
[0016]上述技术方案中，原料进口分布器10由树枝状气体分布器或圆形气体分布器22见图2或莲蓬头式分布器23 (见图3)或单独嵌在催化剂混合器9四周的独立喷嘴24 (见图4)组成；原料进口分布器10与下行床反应器7入口的距离为催化剂混合器9的高度的0-0.5倍；树枝状气体分布器或圆形气体分布器22的喷嘴与垂直方向的角度A(见图2)为
0-60°，莲蓬头式分布器23为凹式莲蓬头状(见图3)，独立喷嘴24与催化剂混合器9的垂直方向的角度C(见图4)为90° -145° ;树枝状气体分布器或圆形气体分布器22的喷嘴与独立喷嘴24均为变径管或短管式喷嘴；催化剂混合器9中气体分布器8为树枝状气体分布器或大筛孔分布板或环形分布管中的一种；气体分布器8的流化气体为水蒸气。
[0017]为解决上述问题之二，本发明采用的技术方案如下:一种高效混合的甲醇制烯烃的方法，采用上述的反应装置，包括如下几个步骤:
[0018]a、来自再生斜管11的再生催化剂、来自外换热器16的换热催化剂以及来自待生提升管19的调碳待生催化剂共同进入催化剂混合器9中后，经过气体分布器8的气体流化后，这三股催化剂在催化剂混合器9中形成鼓泡流态化；
[0019]b、气体原料通过原料进口分布器10进入催化剂混合器9中，卷吸夹带来自催化剂混合器9中混合后的催化剂进