甲醇或二甲醚转化制低碳烯烃和芳烃的同轴式两段再生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/或二甲醚转化制乙烯、丙烯和芳烃的同轴式双再生器流 化床反应装置及其反应方法。
【背景技术】
[0002] 乙烯、丙烯和芳经（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，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 0.01~0.5兆帕，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。
[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乙烯、丙烯和芳烃收率低，催化剂 水热失活严重的技术问题，提供一种甲醇和/或二甲醚转化制乙烯、丙烯和芳烃的同轴式 双再生器流化床反应装置。该系统具有乙烯、丙烯和芳烃收率高、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 制乙烯、丙烯和芳烃的同轴式双再生器流化床反应装置，包括反应器1、第一再生器2、第二 再生器3、汽提器4的系统；原料11从反应器1下部进入反应器1和催化剂接触反应，反应 后的积炭催化剂经汽提立管7提升至汽提器4汽提；汽提后催化剂进入第一再生器2再生， 得到的半再生催化剂经输送管22进入第二再生器3继续再生；经第二再生器3再生得到的 完全再生催化剂进入脱气罐5脱气后返回反应器1 ;第二再生器2再生生成的烟气经旋风 分离器19进入第一再生器2作为第一再生器的再生介质；第一再生器2自下而上为密相段 23、过渡段24、稀相段25 ;再生温度为500~600°C ;第二再生器3自下而上为密相段26、 过渡段27、稀相段28 ;再生温度为580~750°C，再生介质20中氧气的含量为21~30体 积％ ;第一再生器2和第二再生器3同轴排布，第一再生器2的密相段23底部和输送管22 相连，第一再生器2的密相段23下部和输送管22位于第二再生器3内部。
[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6,再经汽提立管7提升至汽提器4 ;汽提后催化剂经待生斜管8进入第一再生器2 密相段23 ;经第一再生器2再生得到的半再生催化剂经输送管22下行进入第二再生器3密 相段26继续再生；经第二再生器3再生得到的再生催化剂经脱气罐斜管9进入脱气罐5脱 气；脱气后再生催化剂经再生斜管10返回反应器1。
[0017] 上述技术方案中，第一再生器2密相段23的高度占第一再生器总高度的70~ 90% ;稀相段25直径和密相段23直径之比为1. 1~2:1，其高度占第一再生器总高度的 9~27% ;过渡段24高度占第一再生器总高度的1~3%。
[0018] 上述技术方案中，第二再生器3密相段26的高度占第二再生器总高度的50~ 85% ;稀相段28直径和密相段26直径之比为1. 1~2:1，其高度占第二再生器总高度的 14~47% ;过渡段27高度占第二再生器总高度的1~3%。
[0019] 上述技术方案中，第二再生器3内部或外部设置取热器，取热器高度占第二再生 器高度的30%~80%。
[0020] 上述技术方案中，第一再生器2顶部设有一组气固旋风分离器18,为1~3级；第 二再生器3内部设有一组气固旋风分离器19,为1~3级；气固旋风分离器19烟气出口和 第一再生器2主风入口相连。
[0021] 上述技术方案中，反应器1，用于将原料11和催化剂接触反应转化为以乙烯、丙 烯和芳烃为主的产物；第一再生器2,用于除去积炭催化剂上焦炭中的氢，生成半再生催化 剂；第二再生器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；脱气罐5,用于进一步脱除第二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 制乙烯、丙烯和芳烃的同轴式双再生器流化床反应方法，采用上述的系统，所述的方法包括 以下几个步骤：
[0023] a)原料11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12和 积炭催化剂，反应产物12进入后续分离系统；
[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6,再进入汽提立管7,经 提升介质13提升至汽提器4,和汽提介质14接触汽提，得到的汽提产物15和汽提后的积炭 催化剂，汽提产物15进入后续分离系统；
[0025] c)汽提后的积炭催化剂经待生斜管8进入第一再生器2密相段23,和再生介质接 触再生得到半再生催化剂和烟气17,烟气17经气固旋风分离器18分离半再生催化剂后进 入后续烟气能量回收系统，半再生催化剂经输送管22进入第二再生器3密相段26 ;
[0026] d)半再生催化剂在第二再生器3中和再生介质16接触再生得到再生催化剂和烟 气，烟气经气固旋风分离器19分离再生催化剂后进入第一再生器2,作为第一再生器2的再 生介质；