一种径向固定床反应器及其在含氧化合物制烃中应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种固定床反应器领域，特别涉及一种经向固定床反应器领域。
技术背景
[0002]随着煤化工的发展，煤基含氧化合物的合成与转化技术越来越成熟，近几年为了提高竞争力，我国含氧化合物生产向着大型化，节能型发展，煤基含氧化合物占含氧化合物产量的80 %以上，含氧化合物产量逐年增加，进而出现了严重的产能过剩问题，截止2012年11月，中国共有产能10万吨/年以上的含氧化合物生产企业172家，产能合计为5050万吨/年。2011年我国含氧化合物产量1984.1万吨，行业开工率约为41%。预计2012年我国甲醇产量为2600万吨，行业开工率51 %。含氧化合物制烃市场空间大，具有规模经济和高附加值的含氧化合物下游项目，也是含氧化合物产业摆脱困境，步入良性发展的出路，故积极进行含氧化合物下游产品的开发对含氧化合物工业的发展有着十分重要的意义。
[0003]甲醇制汽油(MTG)工艺是指以甲醇为原料，在一定温度、压力和空速下，用特定的催化剂进行脱水、低聚、异构等步骤转化为碳数为11以下烃类油的过程。1976年，Mobil公司在其甲醇转化成芳烃的技术基础上，研发了 MTG技术，总流程是以煤或天然气为原料生产合成气，再用合成气制甲醇，最后将粗甲醇转化为高辛烷值汽油，所用催化剂为Mobil公司研发的ZSM-5催化剂。
[0004]甲醇制芳烃(MTA)理念最早出现在Mobil公司开发的MTG技术中，20世纪70年代Mobil公司开发了 ZSM-5沸石分子筛，利用此沸石分子筛可以有效地将甲醇转化为高辛烷值汽油，其中芳烃含量大于35%。随后Mobil公司在美国申请了专利USP4590321，公开了甲醇制芳烃的实验结果，该专利介绍采用P改性的ZSM-5沸石分子筛为催化剂，P含量为2.7重量％，反应温度在400?450°C之间，甲醇进料空速为1.31Γ1，实验结果显示P改性的ZSM-5分子筛催化剂在高级烃，芳烃的选择性上比未改性的ZSM-5分子筛好很多，但是芳烃含量不是很高。随后，Mobil公司又申请了美国专利USP4686312，公开了将甲醇等低碳含氧化合物转化为富含芳烃的产品的多段反应工艺。在第一段甲醇转化为低碳烷烃及烯烃，随后进入第二段反应器，在催化剂的作用下进一步发生芳构化反应，获得富含低碳芳烃的产物。
[0005]据众多公开的文献报道，含氧化合物制长链烃属于强放热反应，且目的产物长链烃的选择性对温度比较敏感。目前，典型的冷激式反应器主要是轴向流动反应器，由圆柱形外筒和内部多层全轴向流催化剂床组成，每个床层间有众多冷气管引入冷激气直接冷却(移走反应热)。随着产能规模的大型化，又考虑到阻力的因素，这类反应器将显现三大方面的问题。第一、反应器的直径越来越大(有的已超过12m)，且每个催化剂床层的高度越来越薄(有的仅0.3m)，这样反应器内的气流通过催化剂床的分布不易均匀，总体设计十分困难。第二、由于冷激气分布冷却的面积太大，冷、热气体需要很大的混合空间，因此使分布器的设计带来很大困难，难以达到理想的均匀分布。第三、当反应器需要两种流体以上作冷激源时，在上述两大难题之上，更增加了喷射器和混合器结构上的设计难度，其结果使反应器的结构更为复杂，体积更加庞大，造价更为高昂，冷激气的调节和操作更为困难，而使用的效果还往往达不到工艺上的要求。
[0006]目前，国内有好多科研机构都在开发MTA催化及其工艺技术，其中中科院山西煤化所和赛鼎工程公司合作的固定床甲醇制芳烃技术，清华大学的循环流化床甲醇制芳烃(FMTA)技术都在积极推进中试阶段，河南煤化集团研究院与北京化工大学也在合作开展甲醇制芳烃技术。山西煤化所的专利CN1880288A公开了一种甲醇转化制芳烃工艺及催化剂和催化剂制备方法，本发明采用改性的ZSM-5为催化剂，采用两段轴向固定床反应器，操作压力为0.1?5.0Mpa,操作温度为300-460°C，原料液体空速为0.1?6.0tT1条件下催化转化为以芳烃为主的产物。本发明所使用Ga，La改性小晶粒ZSM-5分子筛为催化剂，本发明的第二段反应器主要作用为第一段反应器产生的非芳及低碳烃再次的芳构化，本发明油相产率大于40%，其中芳烃含量大于80%，本发明具有总芳烃选择性高，工艺操作灵活的优点。清华大学专利CN101244969A中公开了一种连续芳构化与催化剂再生的装置及其方法，属于化工设备领域，采用流化床技术将甲醇转化为芳烃，本发明具有可调变催化剂活性和选择性，可以使反应连续操作而不停车。但是本专利没有涉及反应副产物的利用，总体芳烃的选择性不高。中国海洋石油总公司专利CN101602646A公开了一种甲醇/ 二甲醚生产芳烃的方法及其专用反应装置，所述的反应装置为连续反应再生的流化床，在本专利提供的方法中甲醇转化率大于80%，产物中芳烃含量在50?60重量％。CN101823929A公开了一种甲醇或二甲醚转化制取芳烃的系统与工艺，原料甲醇或二甲醚首先在芳构化反应器中进行反应，反应后的产物经过分离后氢气，甲烷，混合C8芳烃和部分C9+芳烃作为产品输出，而C2+非芳和除混合C8芳烃及部分C9+芳烃类之外的芳烃则作为循环物流返回相应的反应器进一步芳构化反应，本系统可以把甲醇芳构化中的副产物循环利用，提高了芳烃的收率和选择性，并且工艺灵活，可以根据市场需求变化目标产物。
[0007]以上的现有技术中普遍存在着反应热的难移出，现有反应器无法适应含氧化合物制烃反应大量放出反应热的需要。
【发明内容】
[0008]本发明提出了一种径向固定床反应器，该反应器结构简单，维持反应器床层温度稳定，克服现有技术反应器床层温升太大的缺陷。
[0009]本发明提出了一种径向固定床反应器在含氧化合物制烃中的应用
[0010]—种径向固定床反应器，包括壳体1、换热管2、多孔隔板6、换热区3和反应区4组成，其特征在于:壳体I顶部设有原料进口 9，壳体I底部设有产品出口 5，多孔隔板6和换热区3位于壳体I内部，换热管2通过壳体I顶部和底部进入壳体I内部,换热管2位于两反应区4之间，换热区3位于换热管2和反应区4之间。
[0011]所述的壳体I由多孔隔件6把壳体I内部空间沿壳体I径向分割3?9个环形区域，优选5个环形区域。
[0012]所述的原料进口 9位于壳体I顶部中心位置，产品出口 5位于壳体I底部与反应器圆柱形器壁连接位置。
[0013]所述的换热管2入口设有急冷液喷嘴。
[0014]所述的反应区4内装填有催化剂8。
[0015]所述的多孔隔件6上的筛孔直径应当小于催化剂8的直径。
[0016]所述催化剂8在反应区内4形成催化剂床层7，成催化剂床层7高径比100?10: 1，所述催化剂8的形状为条状或者球形，含有35?84%的ZSM-5分子筛，15?60%的粘结剂和0.1?15%的改性元素，优选0.4?10%，以催化剂总重量计。
[0017]一种径向固定床反应器在含氧化合物制烃中的应用，将催化剂装入反应器中，含氧化合物在压力0.5?2.5Mpa，反应温度350?420°C条件下，以空速为0.6?5.0tT1进入反应器进行反应，对反应产物进行分离，液相烃为产品。
[0018]所述的含氧化合物至少为甲醇，二甲醚，乙醇中一种。
[0019]本发明所述的烃为C1?C15烃，优选C4?C11烃。
[0020]与现有技术相比，本发明具有如下有点:
[0021]与现有反应器相比，本发明反应器具有以下特点:
[0022](I)反应器结构简单，容易制造；
[0023](2)反应器反应区温度平稳，可以很好的控制整个反应器床层温度；
[0024](3)产品性质稳定；
[0025](4)反应热得到了最大化的利用。
【附图说明】
[0026]图1为一种径向固定床反应器不意图。
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