甲醇和/或二甲醚转化制乙烯、丙烯和芳烃的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、丙烯和芳烃的反应装置及其反 应方法。
【背景技术】
[0002] 乙烯、丙烯和芳煙(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40(T450°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、. 5兆帕，温度18(T600°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I. (T2. 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55(T670°C，空速I. (T5 (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。
【发明内容】
[0012] 本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中乙烯、丙烯和芳烃收率低的技术问 题，提供一种甲醇和/或二甲醚转化制乙烯和丙烯和芳烃的反应装置。该系统具有乙烯、丙 烯、芳烃收率高的优点。
[0013] 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反应 方法。
[0014] 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、丙烯和芳烃的反应装置，包括反应器1、再生器2、汽提器3 ;反应器1从下至上依此 为第一反应段12、第一过渡段13、第二反应段14、第二过渡段15、第三反应段16 ;第三反应 段14位于汽提器3内部；反应器第一反应段12的高度占反应器1总高度的17~70% ;第二反 应段14直径和第一反应段12的直径之比为0. 3~2:1，其高度占反应器1总高度的20~75% ; 第三反应段16直径和第一反应段12的直径之比为0. 3~1:1，其高度占反应器1总高度的 3飞％ ;原料6进入反应器1第一反应段12、循环物料7进入反应器1第二反应段14和催化 剂接触反应。
[0015] 上述技术方案中，最大量乙烯、丙烯操作模式下，反应器第一反应段12的高度占 反应器总高度的40~70% ;第二反应段14直径和第一反应段12的直径之比为0. 3~1: 1，其高 度占反应器总高度的2(T50% ;第三反应段16直径和第一反应段12的直径之比为0. 3?1: 1， 其高度占反应器总高度的:T5%。最大量芳烃操作模式下，反应器第一反应段12的高度占反 应器总高度的17~40% ;第二反应段14直径和第一反应段12的直径之比为1~2:1，其高度占 反应器总高度的5(T75% ;第三反应段16直径和第一反应段12的直径之比为0. 3?1: 1，其高 度占反应器总高度的3~5%。联产乙烯、丙烯和芳烃模式下，反应器第一反应段12的高度占 反应器总高度的30~60% ;第二反应段14直径和第一反应段12的直径之比为0. 3~2:1，其高 度占反应器总高度的3(T65% ;第三反应段16直径和第一反应段12的直径之比为0. 3?1: 1， 其高度占反应器总高度的:T5%。
[0016] 上述技术方案中，反应器第一过渡段13和第二过渡段15的总高度占反应器1总 闻度的5%。
[0017] 上述技术方案中，原料6进入反应器1的第一反应段12,循环物料7进入反应器1 的第二反应段14和催化剂接触反应；生成的反应产物及积炭催化剂进入汽提器3,汽提后 的积炭催化剂经待生斜管4进入再生器2再生，再生后的催化剂经再生斜管5进入反应器 第一反应段12。
[0018] 上述技术方案中，反应器1，用于将原料6、循环物料7和催化剂接触反应转化为以 乙烯、丙烯和芳烃为主的产物；再生器2,用于通过烧焦的方式除去积炭催化剂上的焦炭； 汽提器3,用于汽提出积炭催化剂上携带的产物。
[0019]上述技术方案中，反应器1内部或外部设置取热器，取热器高度占反应器高度的 309T95%;再生器2内部或外部设置取热器，取热器高度占再生器高度的309T80%。
[0020] 上述技术方案中，再生器2和汽提器3内部均设有一组气固旋风分离器，为1~3 级。
[0021] 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、丙烯和芳烃的反应方法，采用上述的反应装置，所述的反应方法包括以下几个步 骤： a) 原料6进入反应器1的第一反应段12,循环物料7在反应器1的第二反应段14,和 催化剂接触反应，生成反应产物和积炭催化剂； b) 反应产物和积炭催化剂进入汽提器3,积炭催化剂和汽提介质9接触汽提，得到的汽 提后产物8和汽提后的积炭催化剂，汽提产物8经气固旋风分离器分离积炭催化剂后进入 后续分尚系统； c) 汽提后的积炭催化剂经待生斜管4进入再生器2和再生介质10接触烧焦，得到再生 后的催化剂和烟气11 ; d) 再生后的催化剂经再生斜管5进入反应器1 ; e) 经分离系统分离的产物中部分乙烷和/或丙烷和/或C4和/或C5和/或C6非芳作 为循环物料7继续进行反应，其余以乙烯、丙烯、混合芳烃为主的产物作为产品输出系统。
[0022] 上述技术方案中，原料6为甲醇或二甲醚或两者的混合物，优选甲醇。
[0023] 上述技术方案中