甲醇或二甲醚转化制低碳烯烃和芳烃的双再生器反应装置及其反应方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种甲醇和/或二甲醚转化制烯烃和芳烃的双再生器流化床反应装 置及其反应方法。
【背景技术】
[0002] 烯烃和芳烃（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，烯烃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烯烃和芳烃的 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，替代原料制备烯烃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烯烃和芳 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 同时包括稀经和芳经。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400~450°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，烯烃属 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 0.01~0.5兆帕，温度180~600°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1. 0~2. 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550~670°C，空速1. 0~5 (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烯烃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。
[0012] 上述现有的以甲醇和/或二甲醚为原料生产芳烃的流化床技术都采用单一再生 器进行催化剂循环反应再生。为保证催化剂高活性，需要再生后催化剂的碳含量尽量低，在 0. 05~0. 1重量％以下，因此不可避免需要高温再生，一般在650~730°C左右。催化剂反 应生成的焦炭含氢元素，氢元素氧化反应会产生水蒸气。对于分子筛催化剂，在这种水热氛 围下会因分子筛骨架脱铝而损失活性，这种失活是永久性和不可逆的。对于单一再生器反 应装置，催化剂总量的绝大部分存在于再生器内，再生器内催化剂藏量过大，催化剂在再生 器内的停留时间长，催化剂水热失活严重，使用寿命降低，生产成本增加。本发明针对性地 提出了双再生器的技术方案，解决了上述问题。
【发明内容】
[0013] 本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中烯烃和芳烃收率低，催化剂水热失 活严重的技术问题，提供一种甲醇和/或二甲醚转化制烯烃和芳烃的双再生器流化床反应 装置。该装置具有烯烃和芳烃收率高、有效减轻催化剂水热失活的优点。
[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方法。
[0015] 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 制烯烃和芳烃的双再生器流化床反应装置，包括反应器1、快床再生器2、湍动床再生器3、 汽提器4、沉降器5的装置；原料14从反应器1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经汽提立管8提升至汽提器4汽提；汽提后催化剂进入快床再生器2 和/或湍动床再生器3 ;经快床再生器2再生得到的半再生催化剂上行进入沉降器5,沉降 后的半再生催化剂进入湍动床再生器3继续再生；经湍动床再生器3再生得到的再生催化 剂进入脱气罐6脱气后返回反应器1 ;快床再生器2自下而上为第一再生段25、过渡段26、 第二再生段27,再生温度为500~600°C，再生介质17中氧气的含量为2~21体积％ ;快 床再生器2和沉降器5同轴排布，快床再生器2的第二再生段27上部位于沉降器5内；端 动床再生器3自下而上为密相段28、过渡段29、稀相段30 ;再生温度为580~750°C，再生 介质19中氧气的含量为21~30体积％。
[0016] 上述技术方案中，反应器1生成的积炭催化剂下行进入和反应器1底部相连的汽 提斜管7,再经汽提立管8提升至汽提器4 ;汽提后催化剂部分经快床待生斜管13进入快床 再生器2第一再生段25,部分经湍动床待生斜管9进入湍动床再生器3密相段28,或者只 经湍动床待生斜管9进入湍动床再生器3密相段28 ;经快床再生器2再生得到的半再生催 化剂上行进入沉降器5,沉降后的半再生催化剂经半再生剂输送管10进入湍动床再生器3 密相段28继续再生；经湍动床再生器3再生得到的再生催化剂经脱气罐斜管11进入脱气 罐6脱气；脱气后再生催化剂经再生斜管12返回反应器1。
[0017] 上述技术方案中，快床再生器2第一再生段25的高度占快床再生器总高度的 70~90% ;第二再生段27直径和第一再生段25直径之比为0. 3~1. 2:1，优选0. 4~ 0. 9:1 ;第二再生段27高度占快床再生器总高度的9~27%;过渡段26高度占快床再生器 总高度的1~3%。
[0018] 上述技术方案中，湍动床再生器3密相段28的高度占湍动床再生器总高度的 60~90% ;稀相段27直径和密相段25直径之比为1. 1~3:1，优选1. 1~2:1 ;稀相段高 度占湍动床再生器总高度的9~37% ;过渡段29高度占湍动床再生器总高度的1~3% ;
[0019] 上述技术方案中，湍动床再生器3内部或外部设置取热器，取热器高度占湍动床 再生器高度的30%~80%。
[0020] 上述技术方案中，湍动床再生器3顶部设有一组气固旋风分离器32,为1~3级； 沉降器5顶部设有一组气固旋风分离器31，为1~3级
[0021] 上述技术方案中，反应器1，用于将原料14和催化剂接触反应转化为以烯烃和芳 烃为主的产物；快床再生器2,用于除去积炭催化剂上焦炭中的氢，生成半再生催化剂；湍 动床再生器3,用于半再生催化剂上的焦炭，生成再生催化剂；汽提器4,用于汽提出积炭催 化剂上携带的产物；沉降器5,用于沉降快床再生器得到的半再生催化剂；脱气罐6,用于进 一步脱除湍动床再生器再生后的再生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 制烯烃和芳烃的双再生器流化床反应方法，采用上述的装置，所述的方法包括以下几个步 骤：
[0023] a)原料14从反应器1下部进入反应器1和催化剂接触反应，生成反应产物24和 积炭催化剂，反应产物24进入后续分离装置；
[0024] b)积炭催化剂下行进入和反应器1底部相连的汽提斜管7,再进入汽提立管8,经 提升介质23提升至汽提器4,和汽提介质15接触汽提，得到的汽提产物16和汽提后的积炭 催化剂，汽提产物16进入后续分离装置；
[0025] c)汽提后的积炭催化剂部分经快床待生斜管13进入快床再生器2第一再生段 25,部分经湍动床待生斜管9进入湍动床再生器3密相段28,或者只经湍动床待生斜管9进 入湍动床再生器3密相段28 ;
[0026] d)汽提后的积炭催化剂在快床再生器2中和再生介质17接触烧氢、烧碳得到半再 生催化剂和烟气18,上行进入沉降器5,半再生催化剂沉降，烟气18经气固旋风分离器31 分离半再生催化剂后进入后续烟气能量回收装置，沉降的半再生催化剂经半再生剂输送管 10进入湍动床再生器3密相段28 ;
[0027] e)半再生催化剂和/或汽提后的积炭催化剂在湍动床再生器3中和再生介质19 接触烧炭得到再生催化剂和烟气20,烟气20经气固旋风分离器32分离再生催化剂后进入 后续烟气能量回收装置或作为快床再生器2的再生介质；
[0028] f)再生催化剂经脱气罐斜管11进入脱气罐6和脱气介质21接触，进一步脱除烟 气22,烟气22进