專利名稱：以甲醇和乙醇為原料聯(lián)產(chǎn)二甲醚和乙烯的反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以甲醇和乙醇為原料聯(lián)產(chǎn)二甲醚和乙烯的反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
二甲醚(DME)在常溫下為無色氣體，具有輕微的醚香味，無腐蝕性、無毒，釋放到大氣對流層后很容易被降解，對臭氧層無破壞作用。二甲醚通常用作高級霧化劑。另外，由于二甲醚易液化，所以在制冷行業(yè)中是傳統(tǒng)制冷劑——氯氟烴的優(yōu)良替代品。二甲醚具有十六烷值高、動力性能好、燃燒充分等優(yōu)點，可用于汽油車、柴油車的替代燃料。近來，二甲醚被開始用作石油液化氣(LPG)和柴油的代用品。乙烯是石油化工工業(yè)中最重要的基本有機原料。目前乙烯主要通過石油路線制備，即采用烴類蒸汽裂解法制備，原料為石腦油或低碳烷烴。一般地，原料成本在乙烯成本 中占60 80%。而且石油供應(yīng)狀況對乙烯的生產(chǎn)也存在變數(shù)。在石油資源日益減少的今天，通過非石油路線制備乙烯的需求特別強烈。其中，通過乙醇脫水制備乙烯的工藝技術(shù)，由于其乙烯選擇性高，歷來受到特別重視。尤其是乙醇?xì)庀嗝撍苽湟蚁┑墓潭ù布夹g(shù)，已經(jīng)十分成熟。目前DME的生產(chǎn)還是主要通過二步法，即首先合成甲醇后，再由甲醇脫水生成二甲醚。尤其是甲醇?xì)庀嗝撍疄镈ME的工藝技術(shù)應(yīng)用較為普遍，反應(yīng)器通常采用固定床反應(yīng)器。CN 1125216公開了一種由甲醇制備二甲醚的方法，該方法是將甲醇首先進入汽化分離塔，除去高沸點物質(zhì)和雜志后，在多段激冷式固定床反應(yīng)器中，采用復(fù)合固體酸催化劑將甲醇脫水為DME，脫水產(chǎn)物進入高效填料精餾塔內(nèi)，選擇不同的回流比，制備出純度為90 99. 99%的二甲醚產(chǎn)品。乙醇脫水制備乙烯的技術(shù)大多也采用固定床，US 4234752中公布了一種乙醇脫水制備乙烯的方法，采用以KOH或NaOH處理后的氧化鋁為催化劑，在350°C下，固定床反應(yīng)器中，使用或不使用氮氣稀釋氣時，乙醇脫水為乙烯的收率分別為90%和75%。與固定床相比，流化床提供了更好的氣固接觸，傳質(zhì)、傳熱效率高，反應(yīng)溫度較為均勻，不易發(fā)生飛溫、溫度難以控制等問題。另外，流化床可以實現(xiàn)催化劑的循環(huán)再生，容易實現(xiàn)連續(xù)高效生產(chǎn)，提高原料處理量和增加經(jīng)濟效益。US 4134926公開了采用流化床反應(yīng)器進行乙醇脫水制備乙烯的反應(yīng)，催化劑采用氧化鋁、活性粘土、分子篩等，反應(yīng)器溫度維持在370°C以上，反應(yīng)后，一部分催化劑去再生器燒焦再生，再生后的催化劑循環(huán)回反應(yīng)器反應(yīng)。CN 200910087868公布了一種乙醇脫水制乙烯用催化劑，該催化劑為金屬Mn離子改性的SAP0-34分子篩，即Mn/SAP0-34，以嗎啡啉為模板劑通過直接合成法在分子篩晶化前引入改性金屬離子制備而成，所得分子篩為大晶粒單晶，可以直接用于流化床，乙醇轉(zhuǎn)化率高，乙烯的選擇性和純度均很高。CN 1962594中公開了一種用于甲醇脫水制二甲醚的流化床反應(yīng)器，經(jīng)過汽化后的甲醇在130°C以上時，進入流化床反應(yīng)器，與催化劑接觸發(fā)生劇烈反應(yīng)，反應(yīng)后的氣固混合物經(jīng)過旋風(fēng)分離器分離后，再經(jīng)過濾器分離后進入二甲醚精餾塔，獲得二甲醚產(chǎn)品。該反應(yīng)器中獲得的甲醇轉(zhuǎn)化率高達89 %，二甲醚選擇性大于99 %。CN 101152997中公開了一種甲醇制二甲醚的流化催化轉(zhuǎn)化方法，甲醇原料與冷卻后的再生催化劑和預(yù)提升介質(zhì)進入流化床反應(yīng)器，在有效條件下，反應(yīng)生成二甲醚，反應(yīng)物流經(jīng)分離得到二甲醚，待生催化劑經(jīng)過汽提、再生、冷卻后循環(huán)使用。目前并沒有將甲醇?xì)庀嗝撍疄镈ME和乙醇?xì)庀嗝撍疄橐蚁﹥煞N工藝技術(shù)耦合在一起的技術(shù)，尤其是上述兩種工藝均采用流化床反應(yīng)器。由于兩種工藝技術(shù)反應(yīng)條件較為接近，且甲醇脫水為DME為放熱反應(yīng)，乙醇脫水為乙烯為吸熱反應(yīng)，這樣耦合在一起后對于能量優(yōu)化利用也極為有力。本發(fā)明有針對性的解決了上述兩種工藝的耦合問題。

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)中存在的甲醇制二甲醚和乙醇制乙烯兩種工藝難以耦合的問題，提供一種新的以甲醇和乙醇為原料聯(lián)產(chǎn)二甲醚和乙烯的反應(yīng)裝置。該裝置用于二甲醚和乙烯的生產(chǎn)中，具有可以同時聯(lián)產(chǎn)二甲醚和乙烯的優(yōu)點。為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種以甲醇和乙醇為原料聯(lián)產(chǎn)二甲醚和乙烯的反應(yīng)裝置，第一流化床反應(yīng)器3下部為預(yù)提升段2，并設(shè)有兩個催化劑入口，分別與再生斜管21、催化劑輸送管14相連，第一流化床反應(yīng)器3出口與第一流化床反應(yīng)器沉降器5相連，第一流化床反應(yīng)器沉降器5底部與汽提器6相接，汽提器6下部開有催化劑出口通過催化劑輸送管8與第二流化床反應(yīng)器12下部的預(yù)提升段11相連，第二流化床反應(yīng)器12出口與第二流化床反應(yīng)器沉降器16相連，第二流化床反應(yīng)器沉降器16底部與汽提器15相接，汽提器15下部開有兩個催化劑出口，分別與待生斜管20、催化劑輸送管14相連。上述技術(shù)方案中，所述分子篩包括SAP0-34或ZSM-5中的至少一種；所述第一流化床反應(yīng)器沉降器5內(nèi)設(shè)有氣固旋風(fēng)分離器4，第二流化床反應(yīng)器沉降器16內(nèi)設(shè)有氣固旋風(fēng)分離器18 ;所述第一流化床反應(yīng)器為提升管，第二流化床反應(yīng)器為提升管；所述汽提器6、汽提器15的汽提介質(zhì)均為水蒸氣。本發(fā)明中，所述第一流化床反應(yīng)器為提升管，第二流化床反應(yīng)器為提升管；所述第一流化床反應(yīng)器反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為300°C 450°C、反應(yīng)壓力以表壓計為0.01 O. 3MPa，反應(yīng)器內(nèi)氣相線速度為3 12米/秒；第二流化床反應(yīng)器反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為280°C 370°C、反應(yīng)壓力以表壓計為O. 01 O. 3MPa，反應(yīng)器內(nèi)氣相線速度為3 12米/秒；所述第二流化床反應(yīng)器中的待生催化劑的50 80%進入再生器再生，20 50%進入第一流化床反應(yīng)器；所述再生催化劑經(jīng)過換熱至50(TC以下后進入第一流化床反應(yīng)器；所述第一流化床反應(yīng)器和第二流化床反應(yīng)器進料中還添加水蒸氣作為稀釋劑，第一流化床反應(yīng)器中水蒸氣與乙醇的重量比為O. 01 O. 5 1，第二流化床反應(yīng)器中水蒸氣與甲醇的重量比為O. 01 O. 25 I。第一流化床反應(yīng)器和第二流化床反應(yīng)器直徑的大小取決于原料的處理規(guī)模。本發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)，在同一種流化床催化劑上，以甲醇和乙醇為原料，可以同時生產(chǎn)二甲醚和乙烯。采用本發(fā)明所述的裝置，設(shè)置兩個流化床反應(yīng)器，第一流化床反應(yīng)器用于乙醇制乙烯，第二流化床反應(yīng)器用于甲醇制二甲醚。首先乙醇在催化劑上反應(yīng)生成乙烯，同時起到降低催化劑溫度、預(yù)積碳的目的，然后該部分催化劑進入第二流化床反應(yīng)器與甲醇接觸，在較低的反應(yīng)溫度下，高選擇性的生產(chǎn)二甲醚。由于積碳失活需要再生的待生催化劑進入再生器再生，再生后的再生催化劑經(jīng)換熱至500°C以下后返回第一流化床反應(yīng)器。因此，采用本發(fā)明所述的裝置，有效的將甲醇制二甲醚和乙醇制乙烯反應(yīng)耦合在一起，且由于采用了流化床催化劑，可以實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)，同時優(yōu)化了能量利用。采用本發(fā)明的技術(shù)方案所述分子篩包括SAP0-34或ZSM-5中的至少一種；所述第一流化床反應(yīng)器沉降器5內(nèi)設(shè)有氣固旋風(fēng)分離器4，第二流化床反應(yīng)器沉降器16內(nèi)設(shè)有氣固旋風(fēng)分離器18 ;所述第一流化床反應(yīng)器為提升管，第二流化床反應(yīng)器為提升管；所述汽提器6、汽提器15的汽提介質(zhì)均為水蒸氣，乙醇轉(zhuǎn)化率達到99. 53% (重量)，甲醇轉(zhuǎn)化率達到95. 19% (重量)，乙烯選擇性達到99. 12% (重量)，二甲醚選擇性達到98. 73% (重量)，取得了較好的技術(shù)效果。


圖I為本發(fā)明所述裝置的流程示意圖。圖I中，I為乙醇原料進料；2為第一流化床反應(yīng)器預(yù)提升段；3為第一流化床反應(yīng)器；4為氣固旋風(fēng)分離器；5為第一流化床反應(yīng)器沉降器；6為第一流化床反應(yīng)器汽提器；7為汽提介質(zhì)進料；8為第一流化床反應(yīng)器催化劑進入第二流化床反應(yīng)器輸送管路；9為產(chǎn)品物流I出口管線；10為甲醇原料進料；11為第二流化床反應(yīng)器預(yù)提升段；12為第二流化床反應(yīng)器；13為汽提介質(zhì)進料；14為第二流化床反應(yīng)器催化劑進入第一流化床反應(yīng)器輸送管路；15為第二流化床反應(yīng)器汽提器；16為第二流化床反應(yīng)器沉降器；17為第二流化床反應(yīng)器出口粗旋；18為氣固旋風(fēng)分離器；19為產(chǎn)品物流II出口管線；20為待生斜管；21為再生斜管。主要為乙醇的原料在第一流化床反應(yīng)器3中與分子篩催化劑接觸，生成包括乙烯的產(chǎn)品物流I，與催化劑分離后經(jīng)管線9進入分離工段，分離出的催化劑經(jīng)汽提后由輸送管路8進入第二流化床反應(yīng)器12，與主要為甲醇的原料接觸，生成包括二甲醚的產(chǎn)品物流II，經(jīng)管線19進入分離工段，同時形成待生催化劑，待生催化劑的一部分經(jīng)管線14進入第一流化床反應(yīng)器3，一部分經(jīng)管線20進入再生器再生，形成再生催化劑，再生催化劑經(jīng)管線21返回第一流化床反應(yīng)器3。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。
具體實施例方式實施例I在如圖I所示的反應(yīng)裝置上，分子篩為SAP0-34，催化劑中分子篩質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32 %，其余為粘結(jié)劑，第一流化床反應(yīng)器為提升管，第二流化床反應(yīng)器為提升管，第一流化床反應(yīng)器沉降器內(nèi)設(shè)有氣固旋風(fēng)分離器，第二流化床反應(yīng)器沉降器內(nèi)設(shè)有氣固旋風(fēng)分離器，汽提器6、汽提器15的汽提介質(zhì)均為水蒸氣，第一流化床反應(yīng)器反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為300°C、反應(yīng)壓力以表壓計為O. OlMPa,反應(yīng)器內(nèi)氣相線速度為3米/秒；第二流化床反應(yīng)器反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為280°C、反應(yīng)壓力以表壓計為O. OlMPa，反應(yīng)器內(nèi)氣相線速度為3米/秒，第二流化床反應(yīng)器中的待生催化劑的80 %進入再生器再生，20 %進入第一流化床反應(yīng)器，再生催化劑經(jīng)過與產(chǎn)品物流II換熱至425°C后進入第一流化床反應(yīng)器，第一流化床反應(yīng)器和第二流化床反應(yīng)器進料中還添加水蒸氣作為稀釋劑，第一流化床反應(yīng)器中水蒸氣與乙醇的重量比為O. 5 1，第二流化床反應(yīng)器中水蒸氣與甲醇的重量比為O. 25 1，產(chǎn)品物流采用氣相色譜進行分析定量，乙醇轉(zhuǎn)化率為92. 95% (重量)，甲醇轉(zhuǎn)化率為87. 59%(重量)，乙烯選擇性為97. 56% (重量)，二甲醚選擇性為95. 37% (重量)。實施例2按照實施例I所述的條件和步驟，第一流化床反應(yīng)器反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為450°C、反應(yīng)壓力以表壓計為O. OlMPa,反應(yīng)器內(nèi)氣相線速度為12米/秒；第二流化床反應(yīng)器反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為370°C、反應(yīng)壓力以表壓計為O.OlMPa，反應(yīng)器內(nèi)氣相線速度 為12米/秒，第二流化床反應(yīng)器中的待生催化劑的50%進入再生器再生，50%進入第一流化床反應(yīng)器，再生催化劑經(jīng)過與產(chǎn)品物流II換熱至498°C后進入第一流化床反應(yīng)器，第一流化床反應(yīng)器和第二流化床反應(yīng)器進料中還添加水蒸氣作為稀釋劑，第一流化床反應(yīng)器中水蒸氣與乙醇的重量比為O. 01 1，第二流化床反應(yīng)器中水蒸氣與甲醇的重量比為0.01 1，產(chǎn)品物流采用氣相色譜進行分析定量，乙醇轉(zhuǎn)化率為98.36% (重量)，甲醇轉(zhuǎn)化率為89. 24% (重量)，乙烯選擇性為98. 17% (重量)，二甲醚選擇性為92. 19% (重量)。實施例3按照實施例I所述的條件和步驟，第一流化床反應(yīng)器反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為390°C、反應(yīng)壓力以表壓計為O. OlMPa,反應(yīng)器內(nèi)氣相線速度為7米/秒；第二流化床反應(yīng)器反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為320°C、反應(yīng)壓力以表壓計為O. OlMPa,反應(yīng)器內(nèi)氣相線速度為7米/秒，第二流化床反應(yīng)器中的待生催化劑的70%進入再生器再生，30%進入第一流化床反應(yīng)器，再生催化劑經(jīng)過與產(chǎn)品物流II換熱至458°C后進入第一流化床反應(yīng)器，第一流化床反應(yīng)器和第二流化床反應(yīng)器進料中還添加水蒸氣作為稀釋劑，第一流化床反應(yīng)器中水蒸氣與乙醇的重量比為O. I 1，第二流化床反應(yīng)器中水蒸氣與甲醇的重量比為O. I 1，產(chǎn)品物流采用氣相色譜進行分析定量，乙醇轉(zhuǎn)化率為98. 11% (重量)，甲醇轉(zhuǎn)化率為89. 01%(重量)，乙烯選擇性為99. 36% (重量)，二甲醚選擇性為98. 73% (重量)。實施例4按照實施例I所述的條件和步驟，分子篩為ZSM-5，催化劑中分子篩質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，其余為粘結(jié)劑，第一流化床反應(yīng)器反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為380°C、反應(yīng)壓力以表壓計為O. 3MPa，反應(yīng)器內(nèi)氣相線速度為5米/秒；第二流化床反應(yīng)器反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為3500C、反應(yīng)壓力以表壓計為O. 3MPa，反應(yīng)器內(nèi)氣相線速度為6米/秒，第二流化床反應(yīng)器中的待生催化劑的50%進入再生器再生，50%進入第一流化床反應(yīng)器，再生催化劑經(jīng)過與產(chǎn)品物流II換熱至446°C后進入第一流化床反應(yīng)器，第一流化床反應(yīng)器和第二流化床反應(yīng)器進料中還添加水蒸氣作為稀釋劑，第一流化床反應(yīng)器中水蒸氣與乙醇的重量比為O. 2 1，第二流化床反應(yīng)器中水蒸氣與甲醇的重量比為O. 15 1，產(chǎn)品物流采用氣相色譜進行分析定量，乙醇轉(zhuǎn)化率為99.04% (重量)，甲醇轉(zhuǎn)化率為93. 16% (重量)，乙烯選擇性為94. 76% (重量)，二甲醚選擇性為96. 17% (重量)。實施例5
按照實施例4所述的條件和步驟，分子篩為ZSM-5和SAP0-34的混合物，采用物理混合方式，SAP0-34與ZSM-5分子篩質(zhì)量比為I : 1，催化劑中分子篩質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%，其余為粘結(jié)劑，第一流化床反應(yīng)器反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為380°C、反應(yīng)壓力以表壓計為O. IMPa,反應(yīng)器內(nèi)氣相線速度為5米/秒；第二流化床反應(yīng)器反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為350°C、反應(yīng)壓力以表壓計為O. IMPa,反應(yīng)器內(nèi)氣相線速度為6米/秒，乙醇轉(zhuǎn)化率為99. 53% (重量)，甲醇轉(zhuǎn)化率為95. 19% (重量)，乙烯選擇性為99. 12% (重量)，二甲醚選擇性為98. 36% (重量)。顯然，采用本發(fā)明的裝置，將甲醇制二甲醚和乙醇制乙烯耦合在一起，獲得了較高的乙烯和二甲醚收率，并且優(yōu)化了能量利用，具有較大的技術(shù)優(yōu)勢，可用于二甲醚和乙烯的工業(yè)生產(chǎn)中?！?br> 權(quán)利要求
1.一種以甲醇和乙醇為原料聯(lián)產(chǎn)二甲醚和乙烯的反應(yīng)裝置，第一流化床反應(yīng)器(3)下部為預(yù)提升段(2)，并設(shè)有兩個催化劑入口，分別與再生斜管(21)、催化劑輸送管(14)相連，第一流化床反應(yīng)器(3)出口與第一流化床反應(yīng)器沉降器(5)相連，第一流化床反應(yīng)器沉降器(5)底部與汽提器(6)相接，汽提器(6)下部開有催化劑出口通過催化劑輸送管(8)與第二流化床反應(yīng)器(12)下部的預(yù)提升段(11)相連，第二流化床反應(yīng)器(12)出口與第二流化床反應(yīng)器沉降器(16)相連，第二流化床反應(yīng)器沉降器(16)底部與汽提器(15)相接，汽提器(15)下部開有兩個催化劑出口，分別與待生斜管(20)、催化劑輸送管(14)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述以甲醇和乙醇為原料聯(lián)產(chǎn)二甲醚和乙烯的反應(yīng)裝置，其特征在于所述分子篩包括SAPO-34或ZSM-5中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述以甲醇和乙醇為原料聯(lián)產(chǎn)二甲醚和乙烯的反應(yīng)裝置，其特征在于所述第一流化床反應(yīng)器沉降器(5)內(nèi)設(shè)有氣固旋風(fēng)分離器(4)，第二流化床反應(yīng)器沉降器(16)內(nèi)設(shè)有氣固旋風(fēng)分離器(18)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述以甲醇和乙醇為原料聯(lián)產(chǎn)二甲醚和乙烯的反應(yīng)裝置，其特征在于所述第一流化床反應(yīng)器為提升管，第二流化床反應(yīng)器為提升管。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述以甲醇和乙醇為原料聯(lián)產(chǎn)二甲醚和乙烯的反應(yīng)裝置，其特征在于所述汽提器出)、汽提器(15)的汽提介質(zhì)均為水蒸氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以甲醇和乙醇為原料聯(lián)產(chǎn)二甲醚和乙烯的反應(yīng)裝置，主要解決甲醇制二甲醚和乙醇制乙烯兩種工藝的耦合問題。本發(fā)明通過采用一種以甲醇和乙醇為原料聯(lián)產(chǎn)二甲醚和乙烯的反應(yīng)裝置，第一流化床反應(yīng)器3出口與第一流化床反應(yīng)器沉降器5相連，第一流化床反應(yīng)器沉降器5底部與汽提器6相接，汽提器6下部開有催化劑出口通過催化劑輸送管8與第二流化床反應(yīng)器12下部相連，第二流化床反應(yīng)器12出口與第二流化床反應(yīng)器沉降器16相連，第二流化床反應(yīng)器沉降器16底部與汽提器15相接，汽提器15下部開有兩個催化劑出口，分別與待生斜管20、催化劑輸送管(14)相連的技術(shù)方案較好地解決了上述問題，可用于二甲醚和乙烯的工業(yè)生產(chǎn)中。
文檔編號C07C43/04GK102872772SQ20111019342
公開日2013年1月16日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)明者齊國禎, 鐘思青, 王莉, 王菊 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