用于提高乙烯、丙烯收率的反应装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于提高乙烯、丙烯收率的反应装置，主要解决现有技术中乙烯、丙烯收率较低的问题。本发明通过采用主要包括快速床反应区2、分布板3、密相床反应区8、外取热器14，快速床反应区2出口端通过分布板3与密相床反应区8相连，快速床反应区2的1/3～3/4反应区高度处接有再生斜管5，密相床反应区8上方为沉降区9沉降区9顶部设有产品气出口11，密相床反应区8底部开有催化剂出口，分别与待生斜管4、外取热器14相连，外取热器14底部通过外取热器下斜管15与快速床反应区2底部相连的技术方案，较好地解决了该问题，可用于乙烯、丙烯的工业生产中。
【专利说明】用于提高乙烯、丙烯收率的反应装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于提高乙烯、丙烯收率的反应装置。
【背景技术】
[0002]低碳烯烃，即乙烯和丙烯，是两种重要的基础化工原料，其需求量在不断增加。一般地，乙烯、丙烯是通过石油路线来生产，但由于石油资源有限的供应量及较高的价格，由石油资源生产乙烯、丙烯的成本不断增加。近年来，人们开始大力发展替代原料转化制乙烯、丙烯的技术。其中，一类重要的用于低碳烯烃生产的替代原料是含氧化合物，例如醇类(甲醇、乙醇)、醚类(二甲醚、甲乙醚)、酯类(碳酸二甲酯、甲酸甲酯)等，这些含氧化合物可以通过煤、 天然气、生物质等能源转化而来。某些含氧化合物已经可以达到较大规模的生产，如甲醇，可以由煤或天然气制得，工艺十分成熟，可以实现上百万吨级的生产规模。由于含氧化合物来源的广泛性，再加上转化生成低碳烯烃工艺的经济性，所以由含氧化合物转化制烯烃(OTO)的工艺，特别是由甲醇转化制烯烃(MTO)的工艺受到越来越多的重视。
[0003]US 4499327专利中对磷酸硅铝分子筛催化剂应用于甲醇转化制烯烃工艺进行了详细研究，认为SAP0-34是MTO工艺的首选催化剂。SAP0-34催化剂具有很高的低碳烯烃选择性，而且活性也较高，可使甲醇转化为低碳烯烃的反应时间达到小于10秒的程度，更甚至达到提升管的反应时间范围内。
[0004]US 6166282中公布了一种甲醇转化为低碳烯烃的技术和反应器，采用快速流化床反应器，气相在气速较低的密相反应区反应完成后，上升到内径急速变小的快分区后，采用特殊的气固分离设备初步分离出大部分的夹带催化剂。由于反应后产物气与催化剂快速分离，有效的防止了二次反应的发生。经模拟计算，与传统的鼓泡流化床反应器相比，该快速流化床反应器内径及催化剂所需藏量均大大减少。但该方法中低碳烯烃收率一般均在77%左右，存在低碳烯烃收率较低的问题。
[0005]CN 1723262中公布了带有中央催化剂回路的多级提升管反应装置用于氧化物转化为低碳烯烃工艺，该套装置包括多个提升管反应器、气固分离区、多个偏移元件等，每个提升管反应器各自具有注入催化剂的端口，汇集到设置的分离区，将催化剂与产品气分开。该方法中低碳烯烃收率一般均在75~80%之间，同样存在低碳烯烃收率较低的问题。
[0006]现有技术仍然存在乙烯、丙烯收率较低的缺点，本发明有针对性的解决了该问题。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的乙烯、丙烯收率较低的问题，提供一种新的用于提高乙烯、丙烯收率的反应装置。该装置用于乙烯、丙烯的生产中，具有产品中低碳烯烃收率较高的优点。
[0008]为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下:一种用于提高乙烯、丙烯收率的反应装置，主要包括快速床反应区2、分布板3、密相床反应区8、外取热器14，快速床反应区2出口端通过分布板3与密相床反应区8相连，快速床反应区2的1/3~3/4反应区高度处接有再生斜管5，密相床反应区8上方为沉降区9沉降区9顶部设有产品气出口 11，密相床反应区8底部开有催化剂出口，分别与待生斜管4、外取热器14相连，外取热器14底部通过外取热器下斜管15与快速床反应区2底部相连。
[0009]上述技术方案中，所述硅铝磷酸盐分子筛选自SAPO-18、SAP0-34中的至少一种；所述沉降区9内设有气固旋风分离器7 ;所述分布板开孔率为20~70% ;所述快速床反应区2底部设有原料进料分布板13 ;所述外取热器下斜管15、待生斜管4、再生斜管5上均设有滑阀，控制催化剂流量；所述快速床反应区2的1/3~1/2反应区高度处接有再生斜管5 ；所述密相床反应区8底部设有密相床反应区进料管线17 ;所述外取热器14内设有取热盘管6 ;所述外取热器下斜管15、待生斜管4、再生斜管5出口均设置船型分布器。
[0010]本发明中，所述硅铝磷酸盐分子筛优选方案选自SAP0-34 ;快速床反应区2的反应条件为:反应压力以表压计为0.01~0.3MPa、平均温度为400~500°C、催化剂平均积炭量为1.5~3.5%重量；所述密相床反应区8的反应条件为:反应压力以表压计为0.01~
0.3MPa、平均温度为420~550°C、气相线速为0.3~1.0米/秒；所述从密相床反应区8进入外取热器14的催化剂质量流量与待生斜管4内催化剂质量流量之比为I~25:1，优选方案为4~15:1 ;密相床反应区8底部进料管线17内可进入包括甲醇或二甲醚的原料。
[0011]本发明所述积炭量的计算方法为一定质量的催化剂上的积炭质量除以所述的催化剂质量。催化剂上的积炭质量测定方法如下:将混合较为均匀的带有积炭的催化剂混合，然后称量一定质量的带碳催化剂，放到高温碳分析仪中燃烧，通过红外测定燃烧生成的二氧化碳质量，从而得到催化剂上的碳质量。
[0012]本发明所采用的硅铝磷酸盐分子筛的制备方法是:首先制备分子筛前驱体，将摩尔配比为 0.03 ~0.6R: (Si 0.01 ~0.98: Al 0.01 ~0.6: P 0.01 ~0.6): 2 ~500H2O,其中R代表模板剂，组成原料混合液，在一定的温度下经过一定时间的晶化后获得；再次，将分子筛前驱体、磷源`、硅源、铝源、有机模板剂、水等按照一定的比例混合后在110~260°C下水热晶化至少0.1小时后，最终得到SAPO分子筛。将制备的分子筛与一定比例的粘结剂混合，经过喷雾干燥、焙烧等操作步骤后得到最终的SAPO催化剂，粘结剂在分子筛中的重量百分数一般在10~90%之间。
[0013]本发明中，开孔率是指分布板的有效面积，也就是指分布板面上孔的面积总和与分布板面总面积的比值。
[0014]本领域所公知的，在甲醇转化为低碳烯烃的反应过程中，催化剂上积累一定量的积碳有利于提高低碳烯烃的选择性。采用本发明的方法，甲醇原料进入反应区后，首先与待生催化剂接触，可以高选择性的生产低碳烯烃，生成的产品和未转化的甲醇向上与再生催化剂接触，转化掉未反应的甲醇，同时由于再生催化剂具有高温、高活性的特点，所以在转化甲醇的同时也裂解部分碳四以上高碳烃。同时，再生催化剂返回的反应区域或以上区域需要转换的甲醇负荷较小，放出的相应反应热就少，该方法可以很好的控制反应区的温升，将反应区的温度控制在利于低碳烯烃生成的状态下。本发明中，设置密相床反应区，从快速床反应区来的气相物流和催化剂在密相床反应区中，由于气固接触时间增加，碳四以上高碳烃的裂解程度增加，由于碳四以上高碳烃中的烯烃含量一般都在80%以上，所以这部分高碳的烯烃裂解成为乙烯、丙烯，从而实现提高低碳烯烃收率的目的。
[0015]采用本发明的技术方案:所述硅铝磷酸盐分子筛选自SAP0-18、SAP0_34中的至少一种；所述沉降区9内设有气固旋风分离器7 ;所述分布板开孔率为20~70%，所述快速床反应区2底部设有原料进料分布板13 ;所述外取热器下斜管15、待生斜管4、再生斜管5上均设有滑阀，控制催化剂流量；所述快速床反应区2的1/3~1/2反应区高度处接有再生斜管5 ;所述密相床反应区8底部设有密相床反应区进料管线17 ;所述外取热器14内设有取热盘管6 ;所述外取热器下斜管15、待生斜管4、再生斜管5出口均设置船型分布器，低碳烯烃碳基收率可达84.19%重量，比现有技术中的低碳烯烃碳基收率高出可达到3个百分点，取得了较好的技术效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明所述方案的流程示意图。
[0017]图1中，I为甲醇原料进料；2为快速床反应区；3为分布板；4为待生斜管；5为再生斜管；6为取热盘管；7为气固旋风分离器；8为密相床反应区；9为沉降区；10为集气室；11为产品气出口管线；12为外取热器气相出口管线；13为甲醇进料分布器；14为外取热器；15为外取热器下斜管；16为外取热器流化介质入口 ；17为密相床反应区进料管线。
[0018]甲醇原料经进料管线I进入快速床反应区2中，与分子筛催化剂接触，反应生成含有乙烯、丙烯的产品，携带待生催化剂经过分布板3进入密相床反应区8，生成的气相物流和催化剂经过旋风分离器7分离后，催化剂经过旋风分离器7的料腿返回到密相床反应区8，气相产品进入集气室10后经出口管线11进入后续的分离工段。分离出的待生催化剂经过汽提后至少分为两部分，一部分经过换热器14换热后通过外取热器下斜管15返回到快速床反应区2，一部分经过待生斜管4进入再生器中烧炭再生，再生完成的催化剂通过再生斜管5返回快速床反应区2中。 [0019]下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
【具体实施方式】
[0020]【实施例1~2】
在如图1所示的流化床反应装置中，催化剂类型见表1，纯度为99.5%的甲醇原料进入快速床反应区，与催化剂接触，生成的气相物流和催化剂经过分布板进入密相床反应区，气相物流经过气固分离后进入分离工段，分离出的催化剂分为两部分，第一部分催化剂经外取热器取热后返回所述快速床反应区底部，第二部分催化剂进入再生器再生，形成再生催化剂，再生催化剂经脱气后进入快速床反应区的1/3快速床反应区高度处。沉降区内设有气固旋风分离器。快速床反应区底部设有原料进料分布板，外取热器下斜管、待生斜管、再生斜管上均设有滑阀，控制催化剂流量，密相床反应区底部设有密相床反应区进料管线，外取热器内设有取热盘管，外取热器下斜管15、待生斜管4、再生斜管5出口均设置船型分布器。第一部分催化剂与第二部分催化剂质量流量之比为1:1。快速床反应区的反应条件为:反应压力以表压计为0.01MPa、平均温度为400°C、催化剂平均积炭量为1.5%重量；密相床反应区的反应条件为:反应压力以表压计为0.01MPa、平均温度为420°C、气相线速为0.3米/秒，分布板开孔率为20%。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，反应结果见表1。
[0021]表1￥数 I催化剂类型I低碳烯烃碳基收率，％重量
实施例1 SAPO-18 79.28_
实施例 2|sAP0-34 |81.44
【实施例3】
按照实施例2所述的条件和步骤，再生催化剂经脱气后进入快速床反应区的3/4快速床反应区高度处。第一部分催化剂与第二部分催化剂质量流量之比为25:1。快速床反应区的反应条件为:反应压力以表压计为0.01MPa、平均温度为500°C、催化剂平均积炭量为
3.5%重量；密相床反应区的反应条件为:反应压力以表压计为0.0110^、平均温度为548°〇、气相线速为1.0米/秒，分布板开孔率为70%。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率为82.47%重量。
[0022]
【实施例4】
按照实施例2所述的条件和步骤，再生催化剂经脱气后进入快速床反应区的1/2快速床反应区高度处。第一部分催化剂与第二部分催化剂质量流量之比为15:1。快速床反应区的反应条件为:反应压力以表压计为0.01MPa、平均温度为480°C、催化剂平均积炭量为
2.5%重量；密相床反应区的反应条件为:进料管线17内进入分离工段分离出的二甲醚和水，二甲醚与水的重量比为1:1。反应压力以表压计为0.01MPa、平均温度为502°C、气相线速为0.7米/秒，分布板开孔率为60%。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳`烯烃碳基收率为84.19%重量。
[0023]
【实施例5】
按照实施例2所述的条件和步骤，再生催化剂经脱气后进入快速床反应区的1/2快速床反应区高度处。第一部分催化剂与第二部分催化剂质量流量之比为4:1。快速床反应区的反应条件为:反应压力以表压计为0.01MPa、平均温度为460°C、催化剂平均积炭量为3%重量；密相床反应区的反应条件为:反应压力以表压计为0.01MPa、平均温度为473°C、气相线速为0.5米/秒，分布板开孔率为60%。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率为83.14%重量。
[0024]
【实施例6】
按照实施例2所述的条件和步骤，再生催化剂经脱气后进入快速床反应区的1/2快速床反应区高度处。第一部分催化剂与第二部分催化剂质量流量之比为8:1。快速床反应区的反应条件为:反应压力以表压计为0.3MPa、平均温度为490°C、催化剂平均积炭量为2.4%重量；密相床反应区的反应条件为:反应压力以表压计为0.3MPa、平均温度为524°C、气相线速为0.5米/秒，分布板开孔率为60%。保持催化剂流动控制的稳定性，反应器出口产物采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率为82.75%重量。
[0025]
【比较例I】
按照实施例2所述的条件和步骤，只是再生催化剂直接通过再生斜管返回快速床反应区底部，反应器出口的低碳烯烃碳基收率为79.55% (重量)。
[0026]【比较例2】
按照实施例4所述的条件和步骤，只是再生催化剂直接通过再生斜管返回快速床反应区底部，不设置分布板和密相床反应区，快速床反应区出口的气相物流和催化剂经过气固分离后，气相物流进入分离工段。反应器出口的低碳烯烃碳基收率为81.23%(重量)。
[0027]
显然，采用本发明的装置，可以达到提高乙烯、丙烯碳基收率的目的，具有较大的技术优势，可用于乙烯 、丙烯的工业生产中。
【权利要求】
1.一种用于提高乙烯、丙烯收率的反应装置，主要包括快速床反应区(2)、分布板(3)、密相床反应区(8)、外取热器(14)，快速床反应区⑵出口端通过分布板(3)与密相床反应区(8)相连，快速床反应区(2)的1/3~3/4反应区高度处接有再生斜管(5)，密相床反应区(8)上方为沉降区(9)，沉降区(9)顶部设有产品气出口(11)，密相床反应区(8)底部开有催化剂出口，分别与待生斜管⑷、外取热器(14)相连，外取热器(14)底部通过外取热器下斜管(15)与快速床反应区(2)底部相连。
2.根据权利要求1所述用于提高乙烯、丙烯收率的反应装置，其特征在于所述硅铝磷酸盐分子筛选自SAPO-18、SAP0-34中的至少一种。
3.根据权利要求1所述用于提高乙烯、丙烯收率的反应装置，其特征在于所述沉降区(9)内设有气固旋风分离器(7)。
4.根据权利要求1所述用于提高乙烯、丙烯收率的反应装置，其特征在于所述分布板开孔率为20~70%。
5.根据权利要求1所述用于提高乙烯、丙烯收率的反应装置，其特征在于所述快速床反应区(2)底部设有原料进料分布板(13)。
6.根据权利要求1所述用于提高乙烯、丙烯收率的反应装置，其特征在于所述外取热器下斜管(15)、待生斜管(4)、再生斜管(5)上均设有滑阀，控制催化剂流量。
7.根据权利要求1所述用于提高乙烯、丙烯收率的反应装置，其特征在于所述快速床反应区(2)的1/3~1/2反应区高度处接有再生斜管(5)。
8.根据权利要求1所述用于提高乙烯、丙烯收率的反应装置，其特征在于所述密相床反应区(8)底部设有密相床反应区进料管线(17)。
9.根据权利要求1所述用于提高乙烯、丙烯收率的反应装置，其特征在于所述外取热器(14)内设有取热盘管(6)。
10.根据权利要求1所述用于提高乙烯、丙烯收率的反应装置，其特征在于所述外取热器下斜管(15)、待生斜管(4)、再生斜管(5)出口均设置船型分布器。
【文档编号】C07C11/02GK103772089SQ201210393238
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月17日 优先权日:2012年10月17日
【发明者】齐国祯, 杨远飞, 王洪涛 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院