提高低碳烯烃选择性的方法和设备与流程

本发明属于烯烃制备技术领域，涉及一种提高以含氧化合物为原料，在生成以低碳烯烃为主的连续反应和再生过程中低碳烯烃选择性的方法和设备。

背景技术：

轻质烯烃(乙烯、丙烯、丁二烯)和轻质芳烃(苯、甲苯、二甲苯)是石油化工的基本原料。传统的乙烯、丙烯的制取路线是通过石脑油裂解生产，其缺点是过分依赖石油。由甲醇制乙烯、丙烯等低碳烯烃(methanol-to-olefin，简称mto)是另一条制烯烃的工艺路线，目前工艺技术开发已趋于成熟。mto技术的工业化，开辟了由煤炭或天然气经气化生产石油化工基本原料的新工艺路线，有利于改变传统的煤化工的产品格局，是实现煤化工向石油化工延伸发展的有效途径。

以甲醇或二甲醚为代表的含氧有机化合物是典型的含氧有机化合物，主要由煤基或天然气基的合成气生产。用以甲醇为代表的含氧有机化合物为原料生产以乙烯和丙烯为主的低碳烯烃工艺目前主要有mto和mtp技术。

含氧化合物(当前典型采用的是甲醇)制取低碳烯烃工艺的反应特点是快速反应、强放热、且醇剂比比较低，是在连续的反应-再生的密相流化床反应器中进行反应和再生。目前已经投产的含氧化合物制烯烃装置存在以下共性问题：烯烃选择性较实验室低，甲醇单耗增高。原因是：1)在反应器内甲醇与来自再生器的高温再生催化剂逆流接触，在催化剂表面上迅速发生强放热反应。由于未经过冷却的高温再生催化剂直接进入反应器床层，造成反应生成的油气与高温再生催化剂接触温度较高，降低了烯烃选择性；2)反应生成的油气离开反应床层后不能马上与高温催化剂分离，反应不能及时中断，反应气体发生了不利的二次反应，降低了烯烃的选择性。

近年来，有关提高低碳烯烃选择性的方法，已成为业内人士研究的热点和重点。人们从工艺流程以及设备结构等方面进行了广泛的研究和探索。

美国专利us6166282公布了一种氧化物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，但是还存在着选择率低的问题。

中国专利cn101239871b公开了甲醇或二甲醚转化过程中提高低碳烯烃选择性的方法，本发明涉及一种在甲醇或二甲醚转化过程中提高乙烯和丙烯选择性的方法，主要解决现有甲醇制烯烃技术中低碳烯烃选择性较低的问题。本发明通过采用以甲醇或二甲醚为原料，包括以下步骤：a)原料从第一流化床反应器底部进入反应区，与催化剂接触反应生成含乙烯、丙烯的流出物1，经分离得到乙烯、丙烯；b)第一流化床反应后的催化剂进入第二流化床反应器下部，与甲醇原料接触反应生成含二甲醚的物流2，物流2返回到第一流化床反应器进料，反应后的待生催化剂进入再生器下部再生区进行再生；c)再生后的催化剂返回第一流化床反应器下部反应区的技术方案，一定程度上解决了选择性低的问题，可用于低碳烯烃的工业生产中。

综上所述，在现有技术中，通过对反应器内部结构的优化、工艺流程的优化以及操作条件的优化，在一定程度上改善了烯烃选择性，但现有已投产的装置中仍存在烯烃选择性较低的问题，本发明有针对性的解决了该问题。

技术实现要素：

本发明是针对现有技术中存在的低碳烯烃选择性较低的问题，而提供一种新的提高低碳烯烃选择性的方法和设备。该方法用于低碳烯烃工业生产中，具有低碳烯烃选择性较高的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

提高低碳烯烃选择性的方法，其特征在于由下述步骤组成：

1)含氧化合物原料经过预热后进入反应器，在反应器内含氧化合物与来自预反应段的再生催化剂接触，在催化剂表面迅速进行放热反应：

2)步骤1)中的反应气经反应器一级、二级旋风分离器除去携带的大部分催化剂后，进入反应器内置分离设施除去所夹带的催化剂后引出；

3)步骤1)中反应后积炭的待生催化剂进入待生汽提器汽提，汽提后的待生催化剂经待生输送管进入再生器，在再生器内烧焦再生；

4)步骤3)的再生催化剂进入再生汽提器汽提并冷却，汽提冷却后的再生催化剂进入预反应段；

5)预反应介质经气化后进入预反应段，在预反应段内与来自步骤4)的再生催化剂进行吸热反应，反应后的再生催化剂和反应气进入反应器，吸附少量的焦炭的催化剂在反应器与含氧化合物进行放热反应。

本发明提供一种提高低碳烯烃选择性的方法，其进一步特征在于：所述含氧化合物是指甲醇、二甲醚、c4～c10醇化合物中的一种或一种以上。

本发明提供一种提高低碳烯烃选择性的方法，其进一步特征在于：所述预反应介质是反应生成的c4及以上组分或c6～c10芳族组分，所述c4及以上组分是指c4～c8烃。

本发明提供一种提高低碳烯烃选择性的方法，其进一步特征在于：所述反应器内置分离设施是第三级旋风分离器。

本发明提供一种提高低碳烯烃选择性的方法，其进一步特征在于：所述预反应段可以是再生输送管或单独设置的流化床反应段，所述流化床可以是湍流床、鼓泡床或快速床。

本发明提供一种提高低碳烯烃选择性的方法，其进一步特征在于：所述预反应介质的注入位置，可以设在预反应段的上部、中部和/或下部，预反应介质可以是分一股或多股(1～3股)气相进料。

本发明提供一种提高低碳烯烃选择性的方法，其进一步特征在于：所述再生催化剂降温后返回反应器的温度控制在450～750℃范围内，优选在480～720℃范围内；预反应段线速控制在1～20m/s范围内，优选在5～15m/s范围内；预反应介质注入量占进反应器含氧化合物总量(折纯)的质量比在0.1～10％范围内，优选在0.5～5％范围内；预反应温度控制在500～750℃范围内，优选在550～700℃范围内；预反应压力0.05～1.0mpag范围内，优选在0.1～0.3mpag范围内。

本发明提供一种提高低碳烯烃选择性的方法，其进一步特征在于：步骤1)中的反应气经旋风分离器除去携带的催化剂后引出，经换热后送至后部急冷水洗系统；

本发明提供一种提高低碳烯烃选择性的方法，其进一步特征在于：步骤1)中反应后积炭的待生催化剂进入待生汽提器汽提，汽提后的待生催化剂经待生输送管向上进入再生器中部。在再生器内烧焦后，再生催化剂进入再生汽提器汽提并冷却。汽提冷却后的再生催化剂经预反应段送回反应器中部进行反应。预反应介质经气化后进入预反应段，在预反应段内与来自再生器的高温再生催化剂进行吸热反应，预反应后的催化剂和反应气进入反应器，吸附少量的焦炭的催化剂继续与含氧化合物进行放热反应。再生后的烟气经再生器旋风分离器除去所夹带的催化剂后，经双动滑阀后进入co焚烧炉和余热锅炉，经烟气除尘设施除去粉尘后，再经烟囱排放大气。

本发明提供一种提高低碳烯烃选择性的方法中的反应器，包括反应器稀相段、过渡段和密相段，在反应器稀相段设置有内置分离设施，所述的内置分离设施是第三级旋风分离器。反应生成的反应油气经反应器两级旋风分离器除去携带的大部分催化剂后，再经过所述的内置分离设施除去所夹带的催化剂后，从反应器顶部引出，经换热后送至后部急冷水洗系统。由所述的内置分离设施回收下来的的催化剂经催化剂输送管输送到废催化剂储罐。通过设置内置分离设施，本发明所述的反应器稀相空间减少，反应油气通过反应器稀相段的线速增加，缩短了反应油气与高温催化剂的接触时间，减少了非目的反应的发生，提高了低碳烯烃选择性。通过设置内置分离设施，将现有的第三级旋风分离器设置于反应器稀相段，反应器通向第三级旋风分离器的油气管线和三旋框架均可取消，节省装置的占地面积和投资。

本发明提供一种提高低碳烯烃选择性的方法，通过设置预反应段采用了催化剂预反应技术，所述的催化剂预反应技术是：来自再生器的高温再生催化剂在送到反应器进行反应前，设置预反应段，对再生催化剂进行预结碳，降低催化剂进入反应器的温度，同时降低催化剂外表面的活性。预反应介质可以是反应生成的c4及以上组分或c6～c10芳族组分。在预反应段中与预反应介质进行吸热反应，反应后的催化剂和反应气进入反应器，吸附少量的焦炭的催化剂继续与含氧化合物进行放热反应。由于预反应段的裂解反应为吸热反应，降低了反应器中反应油气与高温再生催化剂接触温度，减少了非目的反应的发生，提高了低碳烯烃选择性；吸附少量的焦炭的催化剂继续与甲醇进行放热反应，对改善低碳烯烃选择性是有利的。通过预反应介质的预反应，同时也可以增加乙烯和丙烯收率。

本发明还提供一种提高低碳烯烃选择性的设备，以实现提高低碳烯烃选择性的方法。

提高低碳烯烃选择性的设备，包括反应器、待生汽提器、再生器、再生汽提器和预反应段，其特征在于：所述反应器底部通过待生汽提器和待生输送管与再生器底部相连；所述再生器汽提段设置在再生器下部，再生器汽提段通过再生滑阀与预反应段一端相连，预反应段另一端与反应器中下部相连；在反应器顶部设有反应油气抽出口，反应器内环绕反应器的轴心线成组设置有第一级旋风分离器和第二级旋风分离器；在反应器内顶部设有反应器集气室，在集气室的底部连接有与反应器同轴设置的内置分离设施，所述内置分离设施分别与反应器集气室和第二级旋风分离器相连通，内置分离设施底部设置有废催化剂输送管通到反应器的外部。

本发明一种提高低碳烯烃选择性的设备，其进一步特征在于：所述的反应器包括稀相段、过渡段和密相段三部分，所述内置分离设施设置在反应器稀相段里。

本发明一种提高低碳烯烃选择性的设备，其进一步特征在于：所述内置分离设施内设有净化气体出口管，净化后的反应油气通过净化气体出口管，从反应器顶部的反应油气抽出口排出。

本发明一种提高低碳烯烃选择性的设备，其进一步特征在于：所述内置分离设施底部的废催化剂输送管经过反应器的侧壁通向反应器外部。

本发明一种提高低碳烯烃选择性的设备，其进一步特征在于：所述内置分离设施与反应器集气室焊接固定在反应器内，与第二级旋风分离器相连通。

本发明一种提高低碳烯烃选择性的设备，其进一步特征在于：所述内置分离设施优选内置第三级旋风分离器，由多个卧式或立式的分离单管组成。

本发明一种提高低碳烯烃选择性的设备，其进一步特征在于：所述再生器中设置有旋风分离器，再生后的烟气经再生器旋风分离器除去所夹带的催化剂后，经双动滑阀后进入co焚烧炉和余热锅炉，经烟气除尘设施除去粉尘后，再经烟囱排放大气。

本发明一种提高低碳烯烃选择性的设备，通过减少了反应器稀相空间，反应油气通过反应器稀相段的线速增加，缩短了反应油气与高温催化剂的接触时间，减少了非目的反应的发生，提高了低碳烯烃选择性。

本发明一种提高低碳烯烃选择性的设备，所述内置分离设施的直径是由入口线速和反应器稀相线速共同决定的，应控制内置分离设施入口线速在15～35m/s的范围内，优选在20～30m/s的范围内；同时还应控制反应器稀相线速在0.5～2m/s的范围内，优选在0.8～1.5m/s的范围内。

本发明一种提高低碳烯烃选择性的设备，通过设置内置分离设施，散热损失小，反应油气温降小，用于预热含氧化合物原料的热量增加，原料进料温度提高，降低装置能耗；

本发明一种提高低碳烯烃选择性的设备，通过设置内置分离设反应器通向外部第三级旋风分离器的油气管线和三旋框架均可取消，节省装置的占地面积和投资。

本发明所述的提高低碳烯烃选择性的方法和设备，较好地解决了现有技术存在低碳烯烃选择性较低的问题，可用于含氧化合物转化制低碳烯烃的工业生产中，譬如：mto工艺(甲醇制烯烃工艺)、fmtp工艺(甲醇流化床制丙烯工艺)、mta工艺(甲醇制芳烃工艺)和mtg工艺(甲醇制汽油工艺)等工艺中。此外，本发明所述的设备具有结构简单、易于实现、适用范围广、设备投资少等优点，可广泛用于含氧化合物转化制低碳烯烃装置中。

采用本发明所提供的方法和设备，优点在于：

(1)通过设置预反应段，对再生催化剂进行预结碳，降低催化剂进入反应器的温度，同时降低催化剂外表面的活性。由于预反应段的裂解反应为吸热反应，降低了反应器中反应油气与高温再生催化剂接触温度，减少了非目的反应的发生，提高了低碳烯烃选择性；吸附少量的焦炭的催化剂继续与含氧化合物进行放热反应，对改善低碳烯烃选择性是有利的。通过c4+裂解反应，同时也可以增加乙烯和丙烯收率。

(2)采用本发明所提供的方法和设备，通过在反应器稀相段内置一个内置分离设施，缩短了反应器稀相空间，减少了反应油气与高温催化剂的接触时间，减少了非目的反应的发生，提高了低碳烯烃选择性。

(3)采用本发明所提供的方法和设备，通过设置内置分离设施，散热损失小，反应油气温降小，用于预热含氧化合物原料的热量增加，原料进料温度提高，降低气化甲醇所需的蒸汽量，从而降低装置能耗；

(4)采用本发明所提供的方法和设备，通过设置内置分离设施于反应器稀相段，反应器通向第三级旋风分离器的油气管线和三旋框架均可取消，节省装置的占地面积和投资；

(5)采用本发明所提供的方法和设备，通过设置内置分离设施，反应器通向外部第三级旋风分离器的油气管线可取消，降低了反应油气管线的压降，提高了气压机入口的压力，气压机的功率降低，气压机需要的蒸汽量降低，从而降低装置能耗。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。但并不限制本发明的范围。

附图说明

图1本发明提高低碳烯烃选择性的设备的结构示意图；

图2本发明反应器的内部结构图。

图中所示附图标记为：1—待生汽提器，2—含氧化合物，3—反应器，4—反应器两级旋风分离器，5—反应油气，6—内置分离设施，7-预反应段，8—预反应介质进料口一，9—待生输送管，10—再生汽提器，11—再生烟气，12—再生器两级旋风分离器，13—再生器，14—预反应介质进料口二，15-密相段，16-过渡段，17-反应器第一级旋风分离器，18-人孔，19—废催化剂输送管，20—反应油气抽出口，21—反应器第二级旋风分离器，22—稀相段，23-分离单管，24-反应器集气室，25-净化气体出口管。

具体实施方式

如图1所示，原料含氧化合物2(主要包括甲醇、二甲醚、c4～c10醇化合物或其混合物)，经过预热后进入反应器3，在反应器3内含氧化合物2与来自预反应段7的高温再生催化剂直接接触，在催化剂表面迅速进行放热反应，反应生成的反应油气5经反应器两级旋风分离器4除去携带的大部分催化剂后，再经内置分离设施6除去所夹带的催化剂后，从反应器3顶部引出，经换热后送至后部急冷水洗系统。由所述的内置分离设施6回收下来的的催化剂通过废催化剂输送管19排到反应器3外。反应后积炭的待生催化剂进入待生汽提器1汽提，除去待生催化剂中所夹带的油气，汽提后的待生催化剂经待生输送管9向上进入再生器13中部。在再生器13内烧焦后，再生催化剂进入再生汽提器10汽提并冷却，除去再生催化剂所夹带的烟气。汽提和冷却后的再生催化剂经再生滑阀进入预反应段7，首先与预反应介质(包括反应生成的c4及以上组分或c6～c10芳族组分)反应，然后进入反应器3与含氧化合物继续进行反应。预反应介质(包括反应生成的c4及以上组分或其他芳族组分)经气化后进入预反应段7，在预反应段7内与来自再生器13的高温再生催化剂进行吸热反应，反应后的催化剂和反应气进入反应器3，吸附少量的焦炭的催化剂继续与含氧化合物2进行放热反应。预反应介质的注入位置，可以设在预反应段的上部、中部或/和下部，可以是分一股或多股预反应介质原料气相进料。预反应介质进料口一8和预反应介质进料口二14均可以作为预反应介质或蒸汽的注入口，装置开工或事故工况下通入蒸汽，正常不用。再生烟气11经再生器两级旋风分离器12除去所夹带的催化剂后，经双动滑阀后进入co焚烧炉和余热锅炉，经烟气除尘设施除去粉尘后，再经烟囱排放大气。

本发明所述的预反应段7，一端通过再生滑阀与再生汽提段10底部相通，另一端通过待生滑阀、待生汽提段1与反应器3相通。

如附图2所示，本发明所述的反应器3，包括稀相段22、过渡段16和密相段15等三部分，反应器3顶部设有反应油气抽出口20。在反应器稀相段22里，设有一个内置分离设施6。所述内置分离设施6内设有净化气体出口管25，净化后的反应油气5通过净化气体出口管25，从反应器3顶部的反应油气抽出口20排出。所述内置分离设施6底部的废催化剂输送管19经过反应器3的侧壁通向反应器3外部。所述内置分离设施6与反应器集气室24焊接固定在反应器3内，内置分离设施6与反应器第二级旋风分离器21相连通。

所述内置分离设施6是第三级旋风分离器，由多个卧式或立式的分离单管23组成，优选卧式分离单管。

内置分离设施6的净化气体出口管25与反应油气抽出口20相连，通向反应器3的外部。内置分离设施6底部设有倒置圆锥面性的底部封头。底部封头的底部设有废催化剂输送管19，经过反应器3的侧壁(连接处采用焊接)通向反应器3外部。内置分离设施6的下部设有人孔18。

本发明所述的反应器3，通过设置内置分离设施6，反应器稀相22空间减少，反应油气5通过反应器稀相段22的线速增加，缩短了反应油气与高温催化剂的接触时间，减少了非目的反应的发生，提高了低碳烯烃选择性。

本发明所述的内置分离设施6为第三级旋风分离器，通过设置于反应器稀相段22，三旋的散热损失小，反应油气温降小，用于预热含氧化合物原料的热量增加，原料进料温度提高，降低装置能耗；还取消了现有技术中反应器通向外设第三级旋风分离器的油气管线和三旋框架，节省装置的占地面积和投资。