用于甲醇制烯烃的下行床反应-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下行床反应-再生装置。
【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SAP0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、生焦率等等。
[0005] 文献CN1723262公布了一种带有中央催化剂回路的多级提升管反应器用于烃转 化装置与方法。该装置包括多个提升管反应器、多个入口的分离区、多个偏移元件等。针对 传统反应器高度偏高（尤其是顶部的大型重型分离器）导致昂贵的支撑结构以及维修上的 困难，提出了带有独立分离器的多个完备且独立的反应器系统，有效降低了整个烃转化装 置的高度。但是该方法以牺牲占地面积为代价，同时管线布置较为复杂，能耗也偏高，此方 法尤为适用于天气较为恶劣的地区（如风力较大等地区）。
[0006] 文献CN101164685A公布了一种用于甲醇或乙二醚催化反应的组合式快速流化床 反应器。提出将沉降段的分离装置外置，有效缩小了沉降器的空间，提高催化剂沉降速度， 减小烯烃停留时间，有效解决了乙烯及丙烯选择性低、收率低的技术问题。相对于传统沉降 器外置的快速流化床反应器而言，乙烯收率可提高大于4%，丙烯收率可提高大于3%。
[0007] 综上所述，上述文献中主要采用传统并列式甲醇制烯烃反应再生装置，反应器为 传统上行快速流化床反应器，这种反应器具有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、反应器上半段的催化剂活性较弱等特点，此外由于甲醇制 烯烃是放热反应，在反应器内部的温度较高，尤其在反应器的末端温度过高，容易发生飞温 现象，容易导致正常运转的破坏，产生副产物，甚至烧毁催化剂，而本发明有针对性地解决 了这些问题。
【发明内容】
[0008] 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流化床反应器具有颗 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、反应器上半段的 催化剂活性较弱、且反应器的末端温度过高，容易发生飞温现象等的问题，提供一种新的甲 醇制乙烯的反应-再生装置。该组合装置中流化床反应器具有颗粒径向浓度分布均匀，径 向扩散小、轴向返混小的特点，同时由于这种反应器的特殊性，使得其能够在催化剂活性较 弱、温度相对较高容易发生飞温现象的反应器后半段注入新鲜低温的催化剂，保证反应的 高效与稳定。
[0009] 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。
[0010] 为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种用于甲醇制烯烃的 下行床反应-再生装置，主要包括：沉降器5、下行床反应器7、再生器11、低温催化剂储罐 14、补充催化剂斜管16、提升管17,其中下行床反应器7的中后段处与补充催化剂斜管16 相连，其底部出口与沉降器5相连，沉降器5的上端开有产物气出口管线6,下部连接汽提器 2,汽提器2与提升管17通过待生斜管18相连，提升管17的顶部为再生器11，再生器11的 底部分别与气固分配器8、低温催化剂储罐14相连，气固分配器8的底部为下行床反应器 ?。
[0011] 上述技术方案中，所述下行床反应器7中后段距离下行床顶部的距离为下行床床 高的0. 5-0. 75位置设有2-10个补充催化剂斜管16。补充再生斜管16与下行床反应器7 的锐角夹角为5-75°。补充再生斜管16的截面为圆形、半圆形或扇形，其截面积为下行床 反应器7截面积的0. 05-0. 5倍。低温催化剂储罐14为绝热保温储罐，在外壳与内胆之间 设置绝热层，外部设置有外换热器15。气固分配器9的气固混合方式采用先将催化剂颗粒 进行预分散，后通过喷嘴的方式将原料气引入催化剂流体之中，且在其中停留时间小于等 于0. 5s。下行床反应器7的出口为粗旋或快分装置的一种。
[0012] 为解决上述问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种甲醇制烯烃的方法，采用 上述的反应装置，反应方法包括如下几个步骤：
[0013] (a)气体原料自管线9进入下行床入口气固分配器8中，与催化剂颗粒混合后，进 入下行床反应器7中进行反应，生成烯烃产物，同时形成积炭催化剂。在下行床7的中后段 位置附近补充足量的来自再生器11的低温再生催化剂，与下行床7中未反应完全的原料继 续进彳丁_效接触反应；
[0014] (b)反应后的产物携带待生催化剂经过粗旋3与气固旋风分离器4分离后进入沉 降器5内，其中，产物气体经过产物气出口管线进入后续分离工段；待生催化剂颗粒经过汽 提器2后，经过待生斜管18与来自再生介质进料管线19的再生介质经过提升管17并行向 上，进入再生器11中；
[0015] (C)再生完成后的新鲜催化剂一部分进入低温催化剂储罐14,另一部分进入气固 分配器8与来自低温催化剂储罐14中的低温催化剂混合并流向下，进入下行床反应器7中 继续反应。
[0016] 上述技术方案中，所述再生介质为空气，所述催化剂为SAP0-34,下行床反应 器内反应条件为：反应压力以表压计为〇_〇.4MPa、平均温度为380-550°C、气相线速为 1. 0-10.0 m/s，再生器内再生条件为：再生温度为600-700°C。
[0017] 本发明所述下行床反应器是指气固流动方向自上而下的反应器型式。
[0018] 由于甲醇制烯烃的反应过程中，要求气固进行快速混合接触，反应时间要求短。而 本领域所公知的，现有技术中一般所用为上行流化床反应器，其特点在于固体催化剂颗粒 的浓度分布较为不均匀，径向上为中间稀、四周密的分布特征；轴向上看，底部为密相顶部 为稀相，径向与轴向的返混较为严重，对反应极为不利。随着反应的进行，底部催化剂逐渐 结焦，导致顶部的催化剂的积炭量较高，催化剂失活现象较为严重。由于本反应过程是放热 反应，在反应器的后半段的温度较高，容易发生飞温现象，这对反应较为不利。因此采用本 发明的反应再生装置中的下行床型式，其近似于平推流的气固流态可以有效避免颗粒返混 与气体的径向扩散，同时正是由于下行床的自上而下的流动的型式，使得在反应器中段补 充催化剂变为可能，这样将有效提高反应后半段的催化剂积炭量的控制，进而提高烯烃收 率。同时注入的低温催化剂能够有效降低反应器后半段的温度，从而避免飞温现象，有助于 反应的稳定进行。
[0019] 采用本发明的技术方案：所述下行床反应器7的顶部设有气固分配器8,中后段设 有补充催化剂斜管16,底部设有粗旋或快分出口；所述气固分配器8的气固混合方式为先 将催化剂颗粒进行预分散，后通过喷嘴的方式将原料气引入催化剂流体之中的方式，且气 固混合相在气固分配器8中的停留时间控制在0. 5s以内；所述补充催化剂斜管16位于距 离下行床顶部的距离为下行床床高的〇. 5-0. 75位置处，且其夹角与下行床反应器7的锐 角夹角为5-75°，可在下行床反应器7四周均布2-10个；所述低温催化剂储罐14外设外 换热器15,分别与再生器11、气固分配器8、补充催化剂斜管16相连通；所述催化剂颗粒为 SAP0-34分子筛，比现有技术中反应器中的轴向浓度分布的不均匀度（标准偏差）减小了 43. 6%，且反应器内部温度得到较好的控制，避免了飞温现象的产生，取得了较好的技术效 果。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明所述方法的流程示意图：
[0021] 图1中，1为汽提介质进料管线；2为汽提器；3为粗旋；4为气固旋风分离器；5为 沉降器；6为产物气出口管线；7为下行床反应器；8为下行床入口气固分配器；9为气体原 料进料管线；10为烟气出口管线；11为再生器；12为气固旋风分离