专利名称：一种含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的方法及装置的制作方法
一种含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的方法及装置 技术领域 本发明涉及一种石油炼制技术，特别是一种含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油 的方法及装置。
背景技术：
目前，世界范围内，有数量相当可观的C4及C4以上含烯烃的原料。受化工产品 市场的变化以及运输成本等因素的影响，对这些原料进行就地深加工是一种较好的利用途 径。其中C4及其以上烯烃转化为丙烯是一种有前景的工艺。C4及其以上烯烃转化为丙烯主要采用的设备是固定床反应器。固定床反应器的主 要优点是床层内流体的流动接近活塞流，化学反应速度较快，可用较少量的催化剂和较小 的反应器容积获得较大的生产能力；流体的停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调 节，有利于提高化学反应的转化率和选择性。此外，特别是轴向固定床反应器结构简单、操 作方便，投资费用低，床层中催化剂机械磨损小，可在高温高压下操作，因此在石油化工中 获得广泛的应用。申请号为200510028807. 7的中国发明涉及一种碳四及以上烯烃裂解制备丙烯 的方法，主要解决目前技术中存在目的产物丙烯选择性低，收率低，催化剂再生周期短的技 术问题。该发明通过采用以含有一种或多种碳四及以上烯烃的富烯烃为原料，使烯烃原料 通过至少包括两段催化剂床层的固定床反应器与硅铝摩尔比SiO2Ai2O3至少为 ο的结晶 硅铝酸盐催化剂接触生成含有丙烯的流出物，反应器包括进料管、气体分布器、第一段催化 剂床层、中间换热器、第二段催化剂床层、出口管组成的技术方案。该专利反应器的第一段 采用了低温及高空速操作，认为可以缓和烯烃的聚合放热量，避免烯烃聚合过程中的局部 温升过高而导致催化剂快速失活，目的在于第一段不进行裂解反应，但是催化剂的作用也 未得到发挥；第二段采用较高操作温度及相对较低空速，保障烯烃的裂解过程的足够吸热 量及停留时间，从而达到最大化的丙烯收率及延长催化剂稳定周期的目的。而实际上在反 应器第一段主要发生的是烯烃的裂解，反应为吸热反应，表现为催化剂层温度为降低的；而 在催化剂床层的第二段表现为放热的芳构化反应生成芳烃。公开号CN1490287A的中国发明中公开了一种采用以含碳四或碳五烯烃混合物为 原料、在固定床反应器中、采用350°C 500°C的温度、0. 6 1. OMPa的压力和1 10小时一1 重量空速的条件下进行反应制备乙烯和丙烯的方法。该专利采用的是单一反应器结构，无 法保障催化剂的较好的稳定性及理想的目的产物收率。专利EP0109059A1中提出了一种从C4 C12烯烃转化为丙烯的工艺。该文献 中催化剂使用SiO2 / Al2O3比小于等于300的ZSM-5分子筛，反应温度为400 600°C，烯 烃空速大于50小时―1。该专利中较详细地考察了各种人工配置的原料、反应温度、空速对 催化裂解反应的影响。然而该专利中未谈及多段反应器的结构，因此催化剂无法发挥最佳催化转化优势，目的产物的选择性和稳定性不令人满意。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的方 法及装置，从而解决目前技术中存在的反应器没有设置多段反应段，或反应器上段催化剂 发挥作用不大，目的产物丙烯选 择性低，高辛烷值汽油组分收率低的技术问题。本专利进一 步解决的技术问题是可根据反应特性的不同，选择和控制每段催化剂床层反应温度和空速 等工艺条件，使目的产物丙烯的选择性提高，同时可副产高辛烷值汽油组分。为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案
本发明的一种含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的方法，包括使用以含有一种或多 种碳四及以上烯烃的富烯烃为原料，使用包括至少二段绝热多段床层固定床反应器，催化 剂为硅铝摩尔比SiO2 / Al2O3至少为10的结晶硅铝酸盐催化剂；催化剂可以按照中国专 利CN1303044C实施例1所提供的方法制备，绝热多段床层固定床反应器的第一段催化剂 床层反应区采用高的反应温度及低空速操作，所述的反应温度为450 600°C，重量空速 为0. 2 9. 9小时―1，以保障烯烃的裂解过程的足够吸热量及停留时间，从而达到最大化的 丙烯收率及延长催化剂稳定周期的目的；至少第二段催化剂床层反应区采用较低反应操作 温度及相对较高的重量空速，从第二段段间进料口补充加入原料至第二段催化剂床层反应 区，第二段催化剂床层反应区反应温度为200 550°C，重量空速为0. 5 20. 0小时、以 保障裂解的产生的烯烃快速移出，避免烯烃聚合过程中的局部温升过高而导致催化剂快速 失活，从而达到最大化的丙烯收率及同时副产高辛烷值汽油组分的目的。本发明一种含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的方法，进一步具体的技术方案 是该方法以含有一种或多种碳四及以上烯烃的富烯烃为原料，催化剂由MFI型分子筛和 粘结剂组成。这样使富烯烃原料通过反应器与催化剂接触生成含有丙烯的流出物。进一 步的，所述的一种或多种碳四及以上烯烃的富烯烃混合物原料优选范围来自炼厂催化裂解 装置、乙烯厂中蒸汽裂解装置的碳四及其以上馏分或a-烯烃联产、ΜΤ0(甲醇制烯烃)及 MTP(甲醇制丙烯)等副产的碳四及其以上的富烯烃馏分；更优选的一种或多种碳四及以上 烯烃的富烯烃混合物原料为C4 C12的直链烯烃。本发明一种含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的方法，所述的反应器是轴向反应 器。反应器中催化剂床层反应区优选范围有2 6段，更优选范围有2段；段间进料口优选 范围有1 5个，更优选范围为2个段间进料口。本发明的含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的方法，所述的第一段催化剂床层反 应区其反应过程压力为0. 02 0. 6Mpa，第二段绝热催化剂床层反应区其反应过程压力为 0. 02 0. 6MPa。本发明的含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的方法，进一步具体的技术方案还可 以是绝热多段床层固定床反应器为轴向反应器，反应器由反应器壳体、第一段催化剂床层 反应区、第二段催化剂床层反应区、进料口、反应产物出口组成；第一段催化剂床层反应区 位于绝热多段床层固定床反应器的上部，第二段催化剂床层反应区位于第一段床层反应区 的下面；其中第一段催化剂床层反应区包括第一段进料分布器、第一段均化空间、第一段上 部惰性填料层、第一段催化剂床层、第一段下部惰性填料层、第一段催化剂支撑格栅组成，第二段催化剂床层反应区包括第二段气体分布器、第二段段间进料口及第二段均化空间、 第二段上部惰性填料层、第二段催化剂床层、第二段下部惰性填料层、第二段催化剂卸剂 口 ；第一段催化剂床层反应区自上至下，依次分布着为第一段上部惰性填料层、第一段催化 剂床层、第一段下部惰性填料层、第一段催化剂卸剂口、第一段催化剂支撑格栅；第二段催 化剂床层反应区自上至下依次分布着第二段段间进料口、第二段气体分布器、第二段上部 惰性填料层、第二段催化剂床层、第二段下部惰性填料层、第二段催化剂卸剂口 ；第二段段 间进料口设置在第一段支撑格栅下面的位置，第二段催化剂卸剂口位于第二段下部惰性填 料层的下端。根据需要可以设置第二段支撑格栅。 所述的绝热多段床层固定床反应器还可以包括第三段催化剂床层反应区，第三段 催化剂床层反应区由第三段段间进料口、第三段气体分布器、第三段均化空间、第三段上部 惰性填料层、第三段催化剂床层、第三段下部惰性填料层、第三段催化剂卸剂口组成，第三 段催化剂床层反应区布局与第二段催化剂床层反应区相同。更进一步的，所述的绝热多段 床层固定床反应器还可以包括第四段、第五段催化剂床层反应区，第四段、第五段催化剂床 层反应区结构与第三段催化剂床层反应区相同。所述的第一段催化剂床层反应区、第二段催化剂床层反应区其催化剂装填体积比 为3:2。更进一步的，所述的第一段催化剂床层反应区、第二段催化剂床层反应区、第三段催 化剂床层反应区、第四段催化剂床层反应区、第五段催化剂床层反应区其催化剂装填体积 为 3:2:1:1:1。一种含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的装置，该装置为绝热多段床层固定床反 应器为轴向反应器，反应器由反应器壳体、第一段催化剂床层反应区、第二段催化剂床层反 应区、进料口、反应产物出口组成；第一段催化剂床层反应区位于绝热多段床层固定床反应 器的上部，第二段催化剂床层反应区位于第一段催化剂床层反应区的下面；其中第一段催 化剂床层反应区包括第一段进料分布器、第一段均化空间、第一段上部惰性填料层、第一段 催化剂床层、第一段下部惰性填料层、第一段催化剂支撑格栅组成，第二段催化剂床层反应 区包括第二段气体分布器、第二段段间进料口及第二段均化空间、第二段上部惰性填料层、 第二段催化剂床层、第二段下部惰性填料层、第二段催化剂卸剂口 ；第一段催化剂床层反应 区自上至下，依次分布着为第一段上部惰性填料层、第一段催化剂床层、第一段下部惰性填 料层、第一段催化剂卸剂口、第一段催化剂支撑格栅；第二段催化剂床层反应区自上至下依 次分布着第二段段间进料口、第二段气体分布器、第二段上部惰性填料层、第二段催化剂床 层、第二段下部惰性填料层、第二段催化剂卸剂口 ；第二段段间进料口设置在第一段支撑格 栅下面的位置；第二段催化剂卸剂口位于第二段下部惰性填料层的下端。根据需要可以设 置第二段催化剂支撑格栅。所述的绝热多段床层固定床反应器还可以包括第三段催化剂床层反应区，第三段 催化剂床层反应区由第三段段间进料口、第三段气体分布器、第三段均化空间、第三段上部 惰性填料层、第三段催化剂床层、第三段下部惰性填料层、第三段催化剂卸剂口组成，第三 段催化剂床层反应器布局与第二段催化剂床层反应器相同。更进一步的，所述的绝热多段 床层固定床反应器还可以包括第四段、第五段催化剂床层反应区，第四段、第五段催化剂床 层反应区结构与第三段催化剂床层反应区相同。所述的第一段催化剂床层反应区、第二段催化剂床层反应区其催化剂装填体积比为3:2。更进一步的，所述的第一段催化剂床层反应区、第二段催化剂床层反应区、第三段催化剂床层反应区、第四段催化剂床层反应区、第五段催化剂床层反应区其催化剂装填体积 为 3:2:1:1:1。这些技术方案，包括改进的技术方案也可以互相组合或者结合，从而达到更好的 技术效果。通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果
本发明的含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的方法及装置，解决了目的产物丙烯选择 性低，高辛烷值汽油组分收率低的技术问题；可以兼产部分高辛烷值汽油组分，也使催化剂 的使用寿命得到延长。
图1是本发明绝热多段床层固定床反应器示意在图1中，1为进料口 ；2为第一段进料分布器；3为反应器壳体4为第一段均化空间； 5为第一段上部惰性填料层6为第一段催化剂床层；7为第一段下部惰性填料层8为第一 段催化剂卸剂口 ；9为第一段催化剂支撑格栅；10为第二段段间进料口 ；11为第二段气体 分布器；12为第二段上部惰性填料层；13为第二段催化剂床层；14为第二段下部填料隔离 钢丝网；15为第二段下部惰性填料层；16为出料口保护伞帽；17为第二段催化剂卸剂口 ； 18为反应产物出口； 22为第二段均化空间。图2为对比例的反应器结构图。图中，1为进料口 ；2为气体分布器；3为反应器壳体4为第一段均化空间；5为第 一段上部惰性填料层6为第一段催化剂床层；7为第一段下部惰性填料层9为第一段支 撑格栅；21为段间换热器；22为第二段均化空间；12为第二段上部惰性填料层；13为第 二段催化剂床层；15为第二段下部惰性填料层，23为第二段支撑格栅；18为反应产物出口。 D是反应器直径，Hl是第一段催化剂床层高度，H2是第二段催化剂床层高度。
具体实施例方式实施例1
在实验室建造小型的本发明反应器，其结构为轴向反应器，反应器由反应器壳体3、第 一段催化剂床层反应区、第二段催化剂床层反应区、进料口 1、反应产物出口 18组成，其中 第一段催化剂床层反应区包括第一段进料分布器2、第一段均化空间4、第一段上部惰性填 料层5、第一段催化剂床层6、第一段下部惰性填料层7、使用不锈钢网作为第一段催化剂支 撑格栅，第二段催化剂床层反应区包括第二段段间进料口 10及第二段均化空间22、第二段 上部惰性填料层12、第二段催化剂床层13、第二段下部惰性填料层15、第二段催化剂卸剂 口 17构成。以此反应器进行碳四及以上烯烃裂解制备丙烯实验。第一段催化剂床层反应区装填1000克催化剂，所采用的催化剂为按照中国专利 CN1303044C实施例1所提供的方法制备的硅铝摩尔比(SiO2 / Al2O3)为200的改性ZSM-5 型分子筛催化剂，催化剂装填比例为总催化剂装填量的五分之三，反应温度540°C，空速 1. O小时―1，反应压力为0. 22Mpa ；第二段催化剂床层反应区装填666克催化剂，催化剂装填 比例为总催化剂装填量的五分之二，第二段床层反应区反应温度480°C，从第二段段间进料口补充加入原料使第二段床层反应区空速为2. O小时―1，总空速1. 7小时―1，反应原料为催 化裂化所产碳四，见表1，主要目的产物丙烯和高辛烷值汽油组分的收率见表2。实施例2
其他参数同实施例1，但是第一段催化剂床层反应区反应温度560°C，空速2.0小时―1 ； 第二段催化剂床层反应区反应温度460°C，空速5小时Λ反应原料同为催化裂化所产碳 四，见表1，主要目的产物丙烯和高辛烷值汽油组分的收率见表3。实施例3
其他参数同实施例1，但是第一段催化剂床层反应区反应温度500°C，空速3.0小时―1 ； 第二段催化剂床层反应区反应温度470°C，空速8小时Λ反应原料同为催化裂化所产碳 四，见表1，主要目的产物丙烯和高辛烷值汽油组分的收率见表4。表1 含碳四烯烃原料组成，
权利要求
1.一种含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的方法，包括使用以含有一种或多种碳四 及以上烯烃的富烯烃为原料，使用包括至少二段绝热多段床层固定床反应器，催化剂为硅 铝摩尔比SiO2 / Al2O3至少为10的结晶硅铝酸盐催化剂，其特征是绝热多段床层固定床 反应器的第一段催化剂床层反应区采用高的反应温度及低空速操作，所述的反应温度为 450 600°C，重量空速为0. 2 9. 9小时―1 ；至少第二段催化剂床层反应区采用较低反应 操作温度及相对较高的重量空速，从第二段段间进料口(10)补充加 入原料至第二段催化剂 床层(13)反应区，第二段催化剂床层反应区反应温度为200 550°C，重量空速为0. 5 20. 0小时Λ
2.根据权利要求1所述含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的方法，其特征是所述的 方法以含有一种或多种碳四及以上烯烃的富烯烃为原料，催化剂由MFI型分子筛和粘结剂 组成。
3.根据权利要求2所述含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的方法，其特征是所述的 一种或多种碳四及以上烯烃的富烯烃混合物原料来自炼厂催化裂解装置、乙烯厂中蒸汽裂 解装置的碳四及其以上馏分或a-烯烃联产、甲醇制烯烃及甲醇制丙烯副产的碳四及其以 上的富烯烃馏分。
4.根据权利要求1所述含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的方法，其特征是所述的 第一段催化剂床层(6)反应区其反应过程压力为0. 02 0. 6Mpa，第二段绝热催化剂床层反 应区其反应过程压力为0. 02 0. 6MPa。
5.根据权利要求1所述含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的方法，其特征是所述的 绝热多段床层固定床反应器为轴向反应器，反应器由反应器壳体(3)、第一段催化剂床层反 应区、第二段催化剂床层反应区、进料口(1)、反应产物出口(18)组成；第一段催化剂床层 反应区位于绝热多段床层固定床反应器的上部，第二段催化剂床层反应区位于第一段床层 反应区的下面；其中第一段床层反应区包括第一段进料分布器(2)、第一段均化空间(4)、 第一段上部惰性填料层(5)、第一段催化剂床层(6)、第一段下部惰性填料层(7)、第一段催 化剂支撑格栅(9)组成，第二段催化剂床层反应区包括第二气体分布器、第二段段间进料 口(10)及第二段均化空间(22)、第二段上部惰性填料层(12)、第二段催化剂床层(13)、第 二段下部惰性填料层(15)、第二段催化剂卸剂口( 17)；第一段催化剂床层反应区自上至下， 依次分布着为第一段上部惰性填料层(5)、第一段催化剂床层(6)、第一段下部惰性填料层 (7)、第一段催化剂卸剂口(8)、第一段催化剂支撑格栅(9);第二段催化剂床层反应区自上 至下依次分布着第二段段间进料口(10)、第二段气体分布器(11)、第二段上部惰性填料层 (12)、第二段催化剂床层(13)、第二段下部惰性填料层(15)、第二段催化剂卸剂口(17)；第 二段段间进料口(10)设置在第一段支撑格栅下面的位置，第二段催化剂卸剂口(17)位于 第二段下部惰性填料层(15)的下端。
6.根据权利要求5所述含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的方法，其特征是所述的 绝热多段床层固定床反应器还包括第三段催化剂床层反应区，第三段催化剂床层反应区由 第三段段间进料口、第三段气体分布器、第三段均化空间、第三段上部惰性填料层、第三段 催化剂床层、第三段下部惰性填料层、第三段催化剂卸剂口组成，第三段催化剂床层反应器 布局与第二段催化剂床层反应器相同。
7.根据权利要求6所述含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的方法，其特征是所述的绝热多段床层固定床反应器还包括第四段、第五段床层反应区，第四段、第五段催化剂床层 反应区结构与第三段催化剂床层反应区相同。
8.根据权利要求1所述含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的方法，其特征是所述的 第一段催化剂床层反应区、第二段催化剂床层反应区其催化剂装填体积比为3:2。
9.一种含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的装置，其特征是所述的装置为绝热多段 床层固定床反应器为轴向反应器，反应器由反应器壳体(3)、第一段催化剂床层反应区、第 二段催化剂床层反应区、进料口(1)、反应产物出口(18)组成；第一段催化剂床层反应区 位于绝热多段床层固定床反应器的上部，第二段催化剂床层反应区位于第一段催化剂床层 反应区的下面；其中第一段床层反应区包括第一段进料分布器(2)、第一段均化空间(4)、 第一段上部惰性填料层(5)、第一段催化剂床层(6)、第一段下部惰性填料层(7)、第一段催 化剂支撑格栅(9)组成，第二段催化剂床层反应区包括第二段气体分布器(11)、第二段段 间进料口(10)及第二段均化空间(22)、第二段上部惰性填料层(12)、第二段催化剂床层 (13)、第二段下部惰性填料层(15)、第二段催化剂卸剂口( 17)；第一段催化剂床层反应区自 上至下，依次分布着为第一段上部惰性填料层(5)、第一段催化剂床层(6)、第一段下部惰 性填料层(7)、第一段催化剂卸剂口(8)、第一段催化剂支撑格栅(9)；第二段催化剂床层反 应区自上至下依次分布着第二段段间进料口(10)、第二段气体分布器(11)、第二段上部惰 性填料层(12)、第二段催化剂床层(13)、第二段下部惰性填料层(15)、第二段催化剂卸剂 口(17)；第二段段间进料口(10)设置在第一段催化剂支撑格栅(9)下面的位置；第二段催 化剂卸剂口(17)位于第二段下部惰性填料层(15)的下端。
10.根据权利要求9所述的含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的装置，其特征是所述 的绝热多段床层固定床反应器还包括第三段催化剂床层反应区，第三段催化剂床层反应区 由第三段段间进料口、第三段气体分布器、第三段均化空间、第三段上部惰性填料层、第三 段催化剂床层、第三段下部惰性填料层、第三段催化剂卸剂口组成，第三段催化剂床层反应 区布局与第二段催化剂床层反应区相同。
全文摘要
本发明介绍了一种含碳烯烃催化裂解生产丙烯和汽油的方法及装置，以含有一种或多种碳四及以上烯烃的富烯烃为原料，使用包括至少二段绝热多段床层固定床反应器，催化剂为硅铝摩尔比SiO2／A12O3至少为10的结晶硅铝酸盐催化剂；第一段反应温度为450～600℃，重量空速为0.2～9.9小时-1；至少第二段采用较低反应温度及较高空速，反应温度为200～550℃，重量空速为0.5～20.0小时-1；装置为轴向反应器，由壳体、第一段床层反应区、第二段床层反应区、进料口、出料口组成。本发明解决了目的产物丙烯选择性低，高辛烷值汽油组分收率低的技术问题；可以兼产部分高辛烷值汽油组分，也使催化剂的使用寿命得到延长。
文档编号C10G50/00GK102060648SQ20101061309
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者龚旭辉 申请人:洛阳市科创石化科技开发有限公司