用于甲醇制烯烃的高效气固快速分离与沉降方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于甲醇制烯烃的高效气固快速分离与沉降方法。
【背景技术】
[0002]乙烯与丙烯作为现代石油化工领域最为关键的两大基础原料，为工农业、交通、国防等领域提供着化工原料。乙烯的大量下游产品主要有聚乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯、环氧乙烷、乙二醇等。乙烯产量的大小是衡量石化工业乃至国民经济的标志。丙烯主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷、异丙醇等。目前世界上近67%的丙烯来自于蒸汽裂解生产乙烯的副产品，约30%的产品来自于催化裂化炼油工艺中生产汽、柴油的副产品，还有少量丙烯产品来自于丙烷脱氢与乙烯-丁烯易位反应。
[0003]而近些年来，乙烯与丙烯的需求持续走高，而石油资源日趋匮乏的情况下，非石油资源生产乙烯、丙烯的煤化工技术，能够极大缓解我国石油供应紧张的局面，促进我国重化工的跨越式发展和原料路线的结构性调整，具有重要的战略意义以及社会、经济效益。
[0004]当前，甲醇制烯烃工艺无论从技术还是从经济上都具备了工业化应用的基础与条件，目前甲醇制烯烃工艺流程与催化裂化装置相似，采用的是连续反应-再生方式。对甲醇制烯烃工艺的工程技术特点的分析研究表明，甲醇制烯烃工艺所用的SAPO催化剂不同于催化裂化的分子筛催化剂，有着其独特的对工程技术的要求。具体表现在反应原料的状态、进料分布方式、催化剂流化、催化剂循环、剂醇比、反应温度、生焦率等等。在甲醇制烯烃工艺中，流化床反应器是原料发生反应的主要场所，催化剂与原料气体的混合物通过反应器的时间为4-8秒。MTO工艺催化流化床反应器出口处，是由气固快速分离装置来实现催化剂与低碳烯烃的分离，避免过度反应。目前主要采用典型的旋流快分器或粗旋分离装置，分离后的低碳烯烃夹带部分未分离的催化剂细粉经过升气管进入沉降器空间，然后以较慢的速度上升，经10秒以上进入沉降器内的旋风分离器内进行再次分离。而由快分器(或粗旋)的下端立管排出的催化剂夹带大约占总低碳烯烃量的8%的低碳烯烃气体，直接下落到沉降器底层的汽提段。这部分低碳烯烃气体与汽提蒸汽混合后，在沉降器内缓缓上升至沉降器上端的旋风分离器中。这部分低碳烯烃气体在沉降器内的停留时间大约高达20s之久，在温度较高的沉降器中存在着较为不利的二次反应，影响着烯烃收率。因此要求催化剂与反应后的产物气快速分离、沉降后引出。
[0005]文献US166282中公布了一种氧化物转化为低碳烯烃的方法与反应器，采用的是快速流化床反应器，气体在气速较低的反应区反应完成后，上升到内径急剧变小的快分区后，采用粗旋进行初步分离出夹带催化剂。由于产物气与催化剂分离快速，有效防止了二次反应的发生。该文献采用传统的上行快速流化床作为反应器。
[0006]文献CN101164685A公布了一种用于甲醇或乙二醚催化反应的组合式快速流化床反应器。提出将沉降段的分离装置外置，有效缩小了沉降器的空间，提高催化剂沉降速度，减小烯烃停留时间，有效解决了乙烯及丙烯选择性低、收率低的技术问题。相对于传统沉降器外置的快速流化床反应器而言，乙烯收率可提高大于4%，丙烯收率可提高大于3%。
[0007]文献CN1723262公布了一种带有中央催化剂回路的多级提升管反应器用于烃转化装置与方法。该装置包括多个提升管反应器、多个入口的分离区、多个偏移元件等。针对传统反应器高度偏高(尤其是顶部的大型重型分离器)导致昂贵的支撑结构以及维修上的困难，提出了带有独立分离器的多个完备且独立的反应器系统，有效降低了整个烃转化装置的高度。但是该方法以牺牲占地面积为代价，同时管线布置较为复杂，能耗也偏高，此方法尤为适用于天气较为恶劣的地区(如风力较大等地区)。
[0008]综上所述，研究者已经进行了较多的工作开发气体与催化剂的快速分离技术，但对于气体在沉降器内长时间停留以及返混的问题研究还不够。由于沉降器的结构尺寸大，内部空间也较大，因此气体流动线速比较小，从而导致气体在沉降器内部的停留时间较长，而这部分气体与夹混的催化剂长时间高温接触后非常容易发生二次反应。传统沉降器内部大空间由于容纳了粗旋、顶旋等分离设备，导致沉降器尺寸无法减小，因此很难实现气体与催化剂的快速分离与沉降。而本发明有针对性地解决了这些问题。
【发明内容】
[0009]本发明主要解决的技术问题是现有技术中沉降器过大、气体滞留时间长、过度的二次反应、烯烃收率较低的问题，提供一种新的用于甲醇制烯烃的高效气固快速分离与沉降方法。该方法中流化床反应器具有沉降器小，气体滞留时间短，二次反应得到改善，烯烃收率较高的优点。
[0010]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:一种用于甲醇制烯烃的高效气固快速分离与沉降方法，包括以下步骤:主要为甲醇的原料进入下行床反应器中，与催化剂接触生成产物气与催化剂，反应完成后，经过粗旋分离出的产物气与少量催化剂快速通过立管进入旋风分离器，得到烯烃产物，而由粗旋与旋风分离器分离出来的待生催化剂经过提升管进入再生器再生后返回气固分配器内。
[0011]上述技术方案中，下行床反应器内反应条件为:反应压力以表压计为0-0.4MPa、平均温度为380-550°C、气相线速0.8-10.0m/s,再生器内再生条件为:再生温度为600-700°C，再生催化剂平均积炭量质量分数为0.01-0.5%，所述再生介质为空气。下行床反应器上端与下行床入口气固分配器相连通，下行床反应器底部出口与粗旋相连通；下行床反应器的中后段通过补充催化剂斜管与低温催化剂储罐相连通；粗旋的顶部出口与立管相连通，粗旋的底部插入汽提器内；立管的底部与汽提器相连通，立管的上端与气固分离器相连通；下行床入口气固分配器通过再生斜管与再生器相连通；下行床入口气固分配器通过低温催化剂储罐与换热斜管相连通。立管的直径是汽提器直径的0.1?I倍。立管内气体线速为10?30m/s，温度为370-560°C。补充催化剂斜管位于下行床反应器中后段距离下行床顶部的距离为下行床床高的0.5?0.8处。优选的技术方案为，下行床反应器筒壁均匀设有2?12个补充催化剂斜管，且补充催化剂斜管与下行床反应器的锐角夹角为5?45°。补充催化剂斜管的截面积为下行床反应器截面积的0.025?0.2倍。旋风分离器由I?2个并联的一级旋风分离器与2?10个并联的旋风分离器组成，旋风分离器的旋向为逆时针或顺时针。气固分配器的气固混合方式采用先将催化剂颗粒进行预分散，再通过喷嘴的方式将原料气引入催化剂流体之中，且气固混合相在气固分配器中的停留时间小于
0.6s。
[0012]本发明所述下行床反应器是指气固流动方向自上而下的反应器型式，补充再生斜管内催化剂流动方向也是自上而下流动。
[0013]由于甲醇制烯烃的反应过程中，要求气固进行快速混合接触，反应时间要求短，且生成产物气后，需快速分离沉降，避免二次反应。而本领域所公知的，现有技术中一般所用为上行流化床反应器，其特点在于固体催化剂颗粒的浓度分布较为不均匀，径向上为中间稀、四周密的分布特征；轴向上看，底部为密相顶部为稀相，径向与轴向的返混较为严重，对反应极为不利。同时随着反应的进行，底部催化剂逐渐结焦，导致顶部的催化剂的积炭量较高，对反应较为不利。此外常规方法的产物气出口端，经