專利名稱：：含氧化合物轉(zhuǎn)化制低碳烯烴的反應裝置的制作方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明涉及一種含氧化合物轉(zhuǎn)化制低碳烯烴的反應裝置。技術(shù)背景低碳烯烴，主要是乙烯和丙烯，是兩種重要的基礎化工原料，其需求量在不斷增加。一般地，乙烯、丙烯是通過石油路線來生產(chǎn)，但由于石油資源有限的供應量及較高的價格，由石油資源生產(chǎn)乙烯、丙烯的成本不斷增加。近年來，人們開始大力發(fā)展替代原料轉(zhuǎn)化制乙烯、丙烯的技術(shù)。其中，一類重要的用于低碳烯烴生產(chǎn)的替代原料是含氧化合物，例如醇類(甲醇、乙醇)、醚類(二甲醚、甲乙醚)、酯類(碳酸二甲酯、甲酸甲酯)等，這些含氧化合物可以通過煤、天然氣、生物質(zhì)等能源轉(zhuǎn)化而來。某些含氧化合物已經(jīng)可以達到較大規(guī)模的生產(chǎn)，如甲醇，可以由煤或天然氣制得，工藝十分成熟，可以實現(xiàn)上百萬噸級的生產(chǎn)規(guī)模。由于含氧化合物來源的廣泛性，再加上轉(zhuǎn)化生成低碳烯烴工藝的經(jīng)濟性，所以由含氧化合物轉(zhuǎn)化制烯烴(OTO)的工藝，特別是由甲醇轉(zhuǎn)化制烯烴(MTO)的工藝受到越來越多的重視。US6166282中公布了一種氧化物轉(zhuǎn)化為低碳烯烴的技術(shù)和反應器，采用快速流化床反應器，氣相在氣速較低的密相反應區(qū)反應完成后，上升到內(nèi)徑急速變小的快分區(qū)后，采用特殊的氣固分離設備初步分離出大部分的夾帶催化劑。由于反應后產(chǎn)物氣與催化劑快速分離，有效的防止了二次反應的發(fā)生。經(jīng)模擬計算，與傳統(tǒng)的鼓泡流化床反應器相比，該快速流化床反應器內(nèi)徑及催化劑所需藏量均大大減少。CN1723262中公布了帶有中央催化劑回路的多級提升管反應裝置用于氧化物轉(zhuǎn)化為低碳烯烴工藝，該套裝置包括多個提升管反應器、氣固分離區(qū)、多個偏移元件等，每個提升管反應器各自具有注入催化劑的端口，匯集到設置的分離區(qū)，將催化劑與產(chǎn)品氣分開。US4499327專利中對磷酸硅鋁分子篩催化劑應用于甲醇轉(zhuǎn)化制烯烴工藝進行了詳細研究，認為SAPO-34是MTO工藝的首選催化劑。另外，本領域所公知的，要保證高的低碳烯烴選擇性，SAPO-34催化劑上需要積上一定量的碳，而且MTO工藝的劑醇比很小，生焦率較低，要實現(xiàn)較大的、容易控制的催化劑循環(huán)量，就需要在再生區(qū)中將催化劑上的積炭量控制在一定水平，進而達到控制反應區(qū)內(nèi)催化劑平均積炭量的目的。因此，MTO技術(shù)中如何將反應區(qū)內(nèi)的催化劑平均積炭量控制在某一水平是關(guān)鍵。US20060025646專利中涉及一種控制MTO反應器反應區(qū)中催化劑積炭量的方法，是將失活的催化劑一部分送入再生區(qū)燒炭，另一部分失活催化劑返回到反應區(qū)繼續(xù)反應。上述方法中會使得進入反應器內(nèi)的兩股催化劑之間的碳差很大，而含有較多碳的催化劑以及含有很少碳的催化劑都對低碳烯烴的選擇性不利，存在產(chǎn)物選擇性波動較大、目的產(chǎn)物選擇性較低的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中存在的再生器內(nèi)催化劑燒炭再生程度不好控制、反應器內(nèi)催化劑平均積炭水平不好保證的問題，提供一種新的含氧化合物轉(zhuǎn)化制低碳烯烴的反應裝置。該裝置用于低碳烯烴的生產(chǎn)中，具有再生器內(nèi)催化劑燒炭再生程度方便控制、反應器內(nèi)催化劑平均積炭水平更為合理、產(chǎn)品中低碳烯烴收率較高的優(yōu)點。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種含氧化合物轉(zhuǎn)化制低碳烯烴的反應裝置，主要包括反應器l、待生催化劑汽提器7、再生器9、再生催化劑沉降段ll及再生催化劑汽提器12;反應器1下部開有進料口2，上部開有產(chǎn)物出口5，內(nèi)部設有氣固旋風分離器3，反應器沉降段4底部開有兩個催化劑出口，一部分催化劑返回到反應器l下部，另一部分與待生催化劑汽提器7相連；汽提器7上部開有出料口，與反應器沉降段4相連，下部通過管線8與再生器9下部相連；再生器9下部開有再生介質(zhì)進口15，上部與再生催化劑沉降段ll相連；再生催化劑沉降段ll內(nèi)設旋風分離器，上部開有煙氣出口10，下部與再生催化劑汽提器12相連，再生催化劑汽提器12下部開有催化劑出口13與反應器1下部相連，再生催化劑沉降段11側(cè)下部還開有催化劑出口14與待生催化劑在再生器9下部相連，進入再生器9再生，其中再生器9為提升管。上述技術(shù)方案中，反應器1優(yōu)選方案為快速流化床反應器，反應區(qū)出口設有氣固快速分離裝置，氣固快速分離區(qū)的直徑與反應器1下部反應區(qū)的直徑之比為0.10.5:1;反應器1內(nèi)的旋風分離器3為13級。再生催化劑沉降段11內(nèi)的旋風分離器3為13級；再生催化劑汽提器12下部的催化劑出口13與反應器1下部相連，連接處與反應器1的底部進料口2的距離與反應器1下部反應區(qū)高度之比優(yōu)選方案為0.10.5:1;管線8和催化劑出口14與再生器9下部相連，連接處與再生器9的底部再生介質(zhì)進料口15的距離與再生器9高度之比優(yōu)選方案為0.010.1:1;再生器9上部煙氣及再生催化劑出口管線與再生催化劑沉降段11相連，再生器9上部氣固出口管線與再生器的角度優(yōu)選方案為60120度。對于采用SAPO-34分子篩催化劑將甲醇或二甲醚轉(zhuǎn)化為低碳烯烴的反應來說，催化劑上含有一定的積炭將有利于低碳烯烴收率的提高。反應器中催化劑的平均積炭量應在36%(重量)之間，在該催化劑活性水平下，可以達到較高的低碳烯烴收率，因此，需要在再生器內(nèi)控制催化劑的燒炭程度?？刂拼呋瘎┑臒砍潭鹊耐緩接锌刂圃偕橘|(zhì)中氧的濃度、再生時間、再生溫度等。本發(fā)明優(yōu)選從再生時間或再生區(qū)內(nèi)的氣相表觀速度上控制燒炭的程度，即采用氣固流動接近于活塞流的提升管進行催化劑的再生，使得催化劑的再生速度處于再生動力學控制區(qū)。提升管再生器9出口再生催化劑的平均積炭量應保證在與反應區(qū)內(nèi)的催化劑混合后可以達到所要求的平均積炭水平。再生器9出口催化劑平均積炭量的控制可以通過本發(fā)明的方法來實現(xiàn)。若再生器9出口的催化劑平均積炭量高于所要求值，可以全部或部分返回到再生器9入口繼續(xù)進行再生。達到含炭量要求的再生催化劑經(jīng)汽提后通過催化劑輸送管線13進入反應器1與已有催化劑混合，達到所需的平均積炭水平，并與原料進行接觸。通過本發(fā)明中控制再生程度、調(diào)整反應區(qū)積炭量的方法，還可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)整反應區(qū)中生成的乙烯與丙烯的比例。MTO反應中調(diào)整乙烯/丙烯的顯著方法主要有調(diào)整反應區(qū)的溫度、調(diào)整反應區(qū)的積炭水平等，本發(fā)明所述方法可以在調(diào)整反應溫度的同時，調(diào)整反應區(qū)的平均積炭量，從而可以在較大范圍內(nèi)調(diào)整乙烯/丙烯比。采用本發(fā)明的方法，可以實現(xiàn)在再生器內(nèi)控制燒炭的程度，使得再生催化劑保持一定的含碳量進入反應區(qū)，從而達到控制反應區(qū)內(nèi)催化劑平均積炭量的目的。將反應區(qū)內(nèi)的催化劑平均積炭量控制合適的值時，可使得低碳烯烴收率達到最大值。因此，本發(fā)明所述的方法可提高反應過程中低碳烯烴的收率，而且操作方便，易于控制，取得了較好的技術(shù)效果。圖1為本發(fā)明所述方法的流程示意圖。圖1中，l為流化床反應器；2為流化床反應器底部的進料管線；3為旋風分離器；4為流化床反應器的沉降段；5為流化床反應器的出口管線；6為反應器內(nèi)催化劑進入汽提器的輸送管線；7汽提器；8為汽提后催化劑進入再生器的輸送管線；9為再生器；10為煙氣排出口；ll為再生催化劑沉降段；12為再生催化劑的汽提器；13為再生催化劑返回反應區(qū)的輸送管線；14為再生催化劑返回再生器的輸送管線；15為再生器9的進料口。原料經(jīng)管線2進入反應裝置的反應器1，與催化劑接觸并發(fā)生反應，氣固混合物經(jīng)快速分離后進入反應裝置的催化劑沉降段4，部分催化劑和產(chǎn)品氣經(jīng)旋風分離器3分離后，產(chǎn)品氣經(jīng)出口管線5進入后續(xù)的分離工段。旋風分離下和沉降下的催化劑經(jīng)管線6進入汽提器7，汽提出催化劑攜帶的產(chǎn)品氣，經(jīng)過汽提的催化劑經(jīng)輸送管線8進入再生裝置的再生器9的進料口15，與再生介質(zhì)接觸并一起進入再生器9，催化劑上的積炭與再生介質(zhì)發(fā)生氧化反應。從再生器9出來的氣固混合物進入再生裝置的沉降段11，煙氣經(jīng)旋風分離后經(jīng)管線IO排出，沉降或分離出的催化劑經(jīng)汽提器12后通過管線13進入反應器1。在再生器中，通過控制再生參數(shù)，如再生時間、再生溫度等，可以達到控制再生程度的目的，如果再生催化劑的含碳量沒有達到所需的含碳水平，再生后的催化劑可以通過管線14與失活催化劑混合進入再生器，進一步的燒炭再生。下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的闡述，但不僅限于本實施例。具體實施例實施例14在小型循環(huán)流化床反應裝置中，反再系統(tǒng)流程形式與圖1相同。反應器1采用快速流化床，氣固快速分離區(qū)的直徑與反應器i反應區(qū)的直徑之比為o.i:i，再生催化劑汽提器12下部的催化劑出口13與反應器1下部相連，連接處與反應器1的底部進料口2的距離與反應器i下部反應區(qū)高度之比為o.i:i。再生器9采用提升管，提升氣體為空氣，再生溫度600°C，通過改變提升管再生器9內(nèi)的氣體表觀速度來調(diào)整再生催化劑的平均積炭量。管線8和催化劑出口14與再生器9下部相連，連接處與再生器9的底部再生介質(zhì)進料口15的距離與再生器9高度之比為0.01~0.1:1。再生器9上部煙氣及再生催化劑出口管線與再生催化劑沉降段ll相連，再生器9上部氣固出口管線與再生器的角度為90度。反應器1中的氣體表觀速度為1.2米/秒，反應溫度為425'C，純甲醇進料，甲醇重量空速為3小時—、以表壓計反應和再生壓力均為OMPa。再生劑和待生劑的取樣口分別位于管線13和管線8上，催化劑上碳含量的分析采用紅外碳硫高速分析儀。將催化劑的循環(huán)量保持在一個合理的值，使得系統(tǒng)運行穩(wěn)定、控制方便。首先保證反應器內(nèi)的催化劑藏量和料位高度，通過控制管線14和管線6中催化劑的進出流量(閥控)來控制催化劑的循環(huán)量。催化劑采用經(jīng)噴霧干燥成型的SAPO-34催化劑。反應器出口產(chǎn)物采用在線氣相色譜分析，實驗結(jié)果見表l。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例5按照實施例3的條件，只是將氣固快速分離區(qū)的直徑與反應器1反應區(qū)的直徑之比改為0.5:1,實驗結(jié)果為乙烯收率為41.76%(重量)，丙烯收率為32.99%(重量)，乙烯+丙烯收率為74.75%(重量)。實施例6按照實施例3的條件，將再生催化劑汽提器12下部的催化劑出口13與反應器1下部相連，連接處與反應器1的底部進料口2的距離與反應器1下部反應區(qū)高度之比為0.5:1，實驗結(jié)果為乙烯收率為40.87%(重量)，丙烯收率為33.14%(重量)，乙烯+丙烯收率為74.01%(重量)。顯然，采用本發(fā)明的方法，可實現(xiàn)再生器9內(nèi)催化劑燒炭程度的控制，從而進一步控制反應器l內(nèi)的催化劑平均積炭量，最終達到提高低碳烯烴收率的目的，具有較大的技術(shù)優(yōu)勢，可用于低碳烯烴的工業(yè)生產(chǎn)中。權(quán)利要求1.一種含氧化合物轉(zhuǎn)化制低碳烯烴的反應裝置，主要包括反應器(1)、待生催化劑汽提器(7)、再生器(9)、再生催化劑沉降段(11)及再生催化劑汽提器(12)；反應器(1)下部開有進料口(2)，上部開有產(chǎn)物出口(5)，內(nèi)部設有氣固旋風分離器(3)，反應器沉降段(4)底部開有兩個催化劑出口，一部分催化劑返回到反應器(1)下部，另一部分與待生催化劑汽提器(7)相連；汽提器(7)上部開有出料口，與反應器沉降段(4)相連，下部通過管線(8)與再生器(9)下部相連；再生器(9)下部開有再生介質(zhì)進口(15)，上部與再生催化劑沉降段(11)相連；再生催化劑沉降段(11)內(nèi)設旋風分離器，上部開有煙氣出口(10)，下部與再生催化劑汽提器(12)相連，再生催化劑汽提器(12)下部開有催化劑出口(13)與反應器(1)下部相連，再生催化劑沉降段(11)側(cè)下部還開有催化劑出口(14)與待生催化劑在再生器(9)下部相連，進入再生器(9)再生，其中再生器(9)為提升管。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述含氧化合物轉(zhuǎn)化制低碳烯烴的反應裝置，其特征在于反應器(l)為快速流化床反應器，反應區(qū)出口設有氣固快速分離裝置，氣固快速分離區(qū)的直徑與反應器(1)下部反應區(qū)的直徑之比為0.10.5:1。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述含氧化合物轉(zhuǎn)化制低碳烯烴的反應裝置，其特征在于反應器(1)內(nèi)的旋風分離器(3)為13級。再生催化劑沉降段(11)內(nèi)的旋風分離器(3)為13級。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述含氧化合物轉(zhuǎn)化制低碳烯烴的反應裝置，其特征在于再生催化劑汽提器(12)下部的催化劑出口(13)與反應器(1)下部相連，連接處與反應器(l)的底部進料口(2)的距離與反應器(1)下部反應區(qū)高度之比為0.10.5:1。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述含氧化合物轉(zhuǎn)化制低碳烯烴的反應裝置，其特征在于管線(8)和催化劑出口(14)與再生器(9)下部相連，連接處與再生器(9)的底部再生介質(zhì)進料口(15)的距離與再生器(9)高度之比為0.010.1:1。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述含氧化合物轉(zhuǎn)化制低碳烯烴的反應裝置，其特征在于再生器(9)上部煙氣及再生催化劑出口管線與再生催化劑沉降段(ll)相連，再生器(9)上部氣固出口管線與再生器的角度為60120度。全文摘要本發(fā)明涉及一種含氧化合物轉(zhuǎn)化制低碳烯烴的反應裝置，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中再生器燒炭程度不好控制、反應器內(nèi)催化劑平均活性水平不好保證的問題。本發(fā)明通過采用一種含氧化合物轉(zhuǎn)化制低碳烯烴的反應裝置，主要包括反應器1、待生催化劑汽提器7、再生器9、再生催化劑沉降段11及再生催化劑汽提器12；若再生器9出口的催化劑平均積炭量高于所要求值，可以全部或部分返回到再生器9入口繼續(xù)進行再生，達到含炭量要求的再生催化劑經(jīng)汽提后通過催化劑輸送管線13進入反應器1與已有催化劑混合，達到所需的平均積炭水平，并與原料進行接觸的技術(shù)方案較好地解決了該問題，可用于低碳烯烴的工業(yè)生產(chǎn)中。文檔編號C07C11/00GK101239874SQ200710037238公開日2008年8月13日申請日期2007年2月7日優(yōu)先權(quán)日2007年2月7日發(fā)明者劉國強,張惠明,鐘思青,齊國禎申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院