一种高炭待生催化剂连续再生方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤化工或天然气化工中的催化剂再生领域，具体涉及一种采用移动床技术进行甲醇转化制烃反应中的高炭待生催化剂连续再生方法。
【背景技术】
[0002]目前在煤化工或天然气化工领域，甲醇制丙烯(MTP)、甲醇制汽油(MTG)和甲醇制芳烃(MTA)等技术为国内外研究热点。这些技术一方面可以进行煤资源的高效化工利用，另一方面可以解决因石油资源短缺而导致相关产品进口依存度高的局面。因此，由甲醇合成烃类部分替代石油供应受到极大关注。
[0003]甲醇转化成烃类反应中，催化剂的生焦速率较快，较短时间内在催化剂表面生成焦炭使催化剂的活性显著下降，需经过再生过程使催化剂的活性得以恢复。再生过程包括烧焦和干燥。烧焦过程是用含氧气体烧除催化剂上沉积的焦炭，同时带走燃烧放出的热量。干燥过程是除去催化剂中所含水分。
[0004]目前，固定床工艺和流化床工艺是应用最广泛的两种甲醇转化成烃类工艺。固定床的催化剂切换再生工艺，普遍存在着不少缺陷。如催化剂床层局部过热、床层压力降过大，不耐粉尘堵塞，切换操作难度大和高成本催化剂回收等问题。流化床虽然在传递方面更有利于反应，但是不可避免的催化剂磨损与分离问题一直是令人头痛的工程化难题。
[0005]移动床催化剂连续再生技术，实现了催化剂在反应器和再生器之间的循环，从而达到了催化剂连续再生的目的，催化剂活性始终处于最佳状态，无需备用反应器，避免了繁琐切换操作，颗粒保持平推流，强化传质传热，提高产品收率，产品选择性高。
[0006]在催化剂再生过程中，环境的湿度、温度、催化剂在高温区的停留时间以及催化剂再生的频次，是影响催化剂比表面积下降速率的主要因素，决定了催化剂的使用寿命。由于催化剂表面的含氢焦炭在燃烧的过程中会生成水汽，即催化剂烧焦过程是在高温、含水的环境下进行，所以催化剂的再生烧焦过程是影响催化剂寿命的关键环节。
[0007]在专利USP4，859，643和USP5，277，880提供的热法再生工艺中，再生器的烧焦区为锥形结构，床层的厚度从上往下由薄变厚，改善了轴向位置的气体量分布。上部较薄的床层阻力较小，分配的气量较大。下部较厚的床层阻力较大，分配到的气量就少，在一定程度上缓解了催化剂下落过程中前期含炭量高需氧量大，后期含量低需氧量较少的实际情况，降低了催化剂床层上部高温区的停留时间。但再生气体的循环回路没有设置干燥系统，再生气体中含水量高。催化剂的再生烧焦过程是在高温、高水的苛刻工况下完成的，这种高温、高水含量环境极易造成催化剂比表面积的损失，从而缩短催化剂的使用寿命。
[0008]在专利USP5, 304, 117，CN1045411A和CN102869447A提供的干法再生工艺中，再生器烧焦区为两段烧焦结构。把烧焦区的催化剂床层分成两段，通过料腿从上往下输送催化剂。两段床层具有相同的结构尺寸和不同的再生气体入口条件，下段床层再生气体的入口温度高于上段床层，下段床层再生气体入口补充空气来调节再生气体的含氧量，再生气体上进下出。再生气体循环回路中设置了干燥系统，因此再生循环气体含水量较低，床层气体质量通量较大，因此整体床层的温升比单段烧焦有所降低。但床层分段的措施加大了烧焦结构的复杂度，增加了制造难度和投资成本，加大了操作和维护的负担。
[0009]专利CN101658799A公开了一种催化剂连续再生方法，该技术中反应器系统不设置备用反应器，反应器使用含有活性分子筛的球形颗粒催化剂，反应过程中将含焦催化剂不断地移出反应器，在再生器再生，再生后的再生剂进入反应器系统，继续参加催化反应；再生器内气体完成催化剂烧焦再生后，进入净化系统净化后，配以一定量的空气，经加压换热升温和加热后进入再生器重新作为再生气体；与再生气净化系统来的气体相配的空气从再生气净化系统下游注入。该方法中再生器一段烧焦，没有干燥区，没有控制再生器烧焦床层温度的有效手段，没有催化剂焙烧干燥过程。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是提供一种高炭待生催化剂连续再生方法，即针对采用移动床技术的甲醇转化成烃类反应，包括:甲醇制丙烯(MMTP)、甲醇制汽油(MMTG)、甲醇制芳烃(MMTA)等反应生成高炭待生催化剂的连续再生方法，以有效控制再生器烧焦床层温度，延长催化剂使用寿命。
[0011]本发明提供一种高炭待生催化剂连续再生方法，包括反应器和再生器，来自反应器的待生催化剂，经反应器提升器提升至再生器上部的分离料斗，再经闭锁料斗进入再生器，在再生器内完成烧焦再生过程，再生后的催化剂进入再生器下部料斗提升至反应器循环使用，其特征在于:所述再生器从上到下分为缓冲区、烧焦区和干燥区，烧焦区分为两段，即上部烧焦段和下部烧焦段，来自再生器的再生气体自再生器上部引出，经换热、冷却、干燥和压缩后分为三路，第一路补充空气和加热升温后进入再生器的上部烧焦段，第二路补充空气后和加热升温后进入再生器的下部烧焦段，第三路作为干燥气进入再生器干燥区，进入再生器上部烧焦段和下部烧焦段中的再生气体与待生催化剂错流接触，通过烧焦反应除去待生催化剂上的积炭，经烧焦区烧焦后的催化剂向下进入干燥区完成整个烧焦再生过程，再生后的催化剂循环使用，烧焦区中完成烧焦的再生气体与从再生器干燥区来的干燥气一起从再生器上部引出循环使用。
[0012]本发明进一步技术特征在于:所述进入再生器上部烧焦段的再生气体含氧量为
0.5-6体积％，优选0.8-4体积％ ;进入再生器下部烧焦段的再生气体含氧量一般为0.5-8体积％，优选1-5体积％。
[0013]本发明进一步技术特征在于:所述进入再生器上部烧焦段的再生气体温度一般在350-500°C，优选360-490°C ;进入再生器下部烧焦段的再生气体温度一般在350-510°C，优选 370-500 °C。
[0014]本发明进一步技术特征在于:所述再生后的催化剂进入再生器下部料斗，用氮气置换后进入再生器提升器，由循环氮气压缩机来的氮气提升至第一反应器顶部的反应器上部料斗，催化剂与提升氮气分离后进入反应器循环使用，其中反应器上部料斗顶部排出的提升氮气经反应器上部料斗翅片管空冷器冷却后，通过再生剂粉尘收集器滤除所含的微量粉尘后，送至循环氮气冷却器进一步冷却，返回循环氮气压缩机入口。
[0015]本发明进一步技术特征在于:所述分离料斗中的待生催化剂用淘析气吹去粉尘，吹去粉尘后的待生催化剂经闭锁料斗进入再生器进行再生，含有粉尘的淘析气进入待生剂粉尘收集器，滤除粉尘后分两路，一路经除尘风机升压后返回分离料斗，另一路经循环氮气冷却器冷却，返回循环氮气压缩机入口。
[0016]本发明进一步技术特征在于:所述进入再生器烧焦区和干燥区的再生气体的水含量为50ppm(体积)以下，优选20ppm(体积)以下。
[0017]本发明进一步技术特征在于:所述催化剂再生循环速率，一般在100-700h，优选120-580h。
[0018]本发明所述催化剂为分子筛球形颗粒催化剂，反应过程中将含炭待生催化剂不断地移出反应器，在再生器内完成烧焦再生过程，再生完成的再生催化剂经再生器提升器进入反应器上部料斗，然后进入反应器系统，继续参加催化反应。
[0019]本发明所述的反应过程中将含炭焦待生催化剂不断地移出反应器的具体过程已经有公开的文献予以报道，例如CN101658799B就描述了待生催化剂自最后一个反应器输送至再生器烧焦区的过程。
[0020]本发明所述的再生气体即为再生器内使待生催化剂完成烧焦再生过程的气体。
[0021]本发明所述的高炭待生催化剂为焦炭含量在3-20质量％ ,优选5-15质量％的待生催化剂。
[0022]本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
[0023]I)本发明一种高炭待生催化剂连续再生方法，采用移动床催化剂连续再生技术，实现了催化剂在反应器和再生器之间的循环，催化剂活性始终处于最佳状态，满足反应的要求，且反应器系统不用设置备用反应器。
[0024]2)分子筛催化剂的可再生的总频次有限，降低催化剂再生的频次，有利于延长催化剂使用寿命，本发明采用的技术方案中，所述待生催化剂在高炭下开始再生和采用较低催化剂再生循环速率有效降低了催化剂再生的频次，延长了催化剂使用寿命。
[0025]3)本发明烧焦区分上部烧焦段和下部烧焦段，两个烧焦段的再生气体入口分别补充空气来调节再生气体的含氧量，以实现上部烧焦段高炭低氧和下部烧焦段低炭高氧的催化剂再生烧焦环境，满足待生催化剂烧焦再生的要求，严格控制再生器烧焦床层的温度，可防止再生器烧焦床层飞温。既保护了催化剂的使用寿命，又防止了设备因飞温而引起的损坏。
[0026]4)本发明经干燥的循环再生气体水含量低，有利于保护催化剂比表面积，从而延长使用寿命。
[0027]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明，但并不限制本发明的使用范围。
【附图说明】
[0028]图1为本发明一种高炭待生催化剂连续再生方法工艺流程