甲醇和/或二甲醚轉(zhuǎn)化制乙烯、丙烯和芳烴的分段流化床反應(yīng)系統(tǒng)及其反應(yīng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種甲醇和/或二甲醚轉(zhuǎn)化制乙烯、丙烯和芳烴的分段流化床反應(yīng)系 統(tǒng)及其反應(yīng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 乙烯、丙烯和芳煙(尤其是三苯，苯Benzene、甲苯Toluene、二甲苯Xylene，即BTX) 是重要的基本有機(jī)合成原料。受下游衍生物需求的驅(qū)動(dòng)，乙烯、丙烯和芳烴的市場(chǎng)需求持續(xù) 增長(zhǎng)。
[0003] 以液體烴(如石腦油、柴油、二次加工油）為原料的蒸汽裂解工藝是乙烯、丙烯和芳 烴的主要生產(chǎn)工藝。該工藝屬于石油路線生產(chǎn)技術(shù)，近年來(lái)，由于石油資源有限的供應(yīng)量及 較高的價(jià)格，原料成本不斷增加。受之因素，替代原料制備乙烯、丙烯和芳烴技術(shù)引起越來(lái) 越廣泛地關(guān)注。其中，對(duì)于煤基甲醇、二甲醚原料，由于我國(guó)煤炭資源豐富，正逐漸成為一種 重要的化工生產(chǎn)原料，成為石油原料的重要補(bǔ)充。因此，考慮以甲醇和/或二甲醚為原料制 備乙烯、丙烯和芳烴。
[0004] 在各種現(xiàn)有的甲醇、二甲醚催化轉(zhuǎn)化技術(shù)中，甲醇/二甲醚轉(zhuǎn)化制芳烴的產(chǎn)物同 時(shí)包括乙烯、丙烯和芳經(jīng)。該技術(shù)最初見(jiàn)于1977年Mobil公司的Chang等人（Journal of Catalysis，1977,47, 249)報(bào)道了在ZSM-5分子篩催化劑上甲醇及其含氧化合物轉(zhuǎn)化制備 芳烴等碳?xì)浠衔锏姆椒ā?985年，Mobil公司在其申請(qǐng)的美國(guó)專利US1590321中，首次公 布了甲醇、二甲醚轉(zhuǎn)化制芳烴的研究結(jié)果，該研究采用含磷為2. 7重量％的ZSM-5分子篩為 催化劑，反應(yīng)溫度為40(T450°C，甲醇、二甲醚空速1. 3(克/小時(shí)）/克催化劑。
[0005] 該領(lǐng)域的相關(guān)報(bào)道和專利較多，但是大多數(shù)技術(shù)的目的產(chǎn)物是芳烴，乙烯、丙烯 屬于副產(chǎn)物，收率低。比如，關(guān)于甲醇制芳烴催化劑方面的專利：中國(guó)專利CN102372535、 CN102371176、CN102371177、CN102372550、CN102372536、CN102371178、CN102416342、 CN101550051，美國(guó)專利US4615995、US2002/0099249A1等。比如，關(guān)于甲醇制芳烴工 藝方面的專利：美國(guó)專利 US4686312,中國(guó)專利 ZL101244969、ZL1880288、CN101602646、 CN101823929、CN101671226、CN102199069、CN102199446、CN1880288 等。
[0006]另外，有些專利公開(kāi)的技術(shù)路線是甲醇制芳烴的同時(shí)聯(lián)產(chǎn)低碳烯烴、汽油等其他 產(chǎn)物，如專利 CN102775261、CN102146010、CN102531821、CN102190546、CN102372537 等。
[0007] 其中，專利CN102775261公開(kāi)的多功能甲醇加工方法及裝置利用甲醇生產(chǎn)低碳烯 烴、汽油、芳烴。該方法采用兩步法生產(chǎn)工藝，第一步甲醇原料在專用催化劑1作用下生產(chǎn) 低碳烯烴，第二步將含低碳烯烴的反應(yīng)氣經(jīng)換熱、急冷、洗滌處理后，在專用催化劑2的作 用下合成芳烴和或汽油。兩個(gè)反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)器可為固定床或流化床。該方法采用兩步法， 工藝流程復(fù)雜。
[0008] 專利CN102146010公開(kāi)的是以甲醇為原料生產(chǎn)低碳烯烴及芳烴并聯(lián)產(chǎn)汽油的工 藝。以甲醇為原料并采用分子篩催化劑經(jīng)甲醇烴化反應(yīng)和芳構(gòu)化反應(yīng)生產(chǎn)低碳烯烴及芳 烴并聯(lián)產(chǎn)汽油。甲醇烴化反應(yīng)和芳構(gòu)化反應(yīng)的反應(yīng)器為各種類(lèi)型的固定床反應(yīng)器，壓力 0. 01、. 5兆帕，溫度18(T600°C?？傄菏沾笥?0重量％，三苯收率大于90重量％。該方法 也采用兩個(gè)反應(yīng)器，工藝流程復(fù)雜。
[0009] 專利CN102531821公開(kāi)的是甲醇和石腦油共進(jìn)料生產(chǎn)低碳烯烴和/或芳烴的方 法，采用負(fù)載2. 2~6. 0重量％La和I. (T2. 8重量％P的ZSM-5催化劑，可采用固定床反應(yīng)器 或流化床反應(yīng)器。反應(yīng)溫度為55(T670°C，空速I(mǎi). (T5 (克/小時(shí)）/克催化劑。該方法的三 烯收率較高，但BTX收率低，只有5~17重量％。
[0010] 專利CN102372537和CN102190546公開(kāi)了甲醇轉(zhuǎn)化制丙烯和芳烴的方法。這兩項(xiàng) 專利是在甲醇轉(zhuǎn)化制丙烯技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，丙烯是主目的產(chǎn)物，芳烴收率較低。
[0011] 上述專利技術(shù)中都存在乙烯、丙烯和芳烴收率低的問(wèn)題。本發(fā)明針對(duì)性地提出了 技術(shù)方案，解決了上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題之一是現(xiàn)有技術(shù)中乙烯、丙烯和芳烴收率低的技術(shù)問(wèn) 題，提供一種甲醇和/或二甲醚轉(zhuǎn)化制乙烯和丙烯和芳烴的流化床分段反應(yīng)系統(tǒng)。該系統(tǒng) 具有乙烯、丙烯、芳烴收率高的優(yōu)點(diǎn)。
[0013] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題之二是提供一種與解決技術(shù)問(wèn)題之一相對(duì)應(yīng)的反應(yīng) 方法。
[0014] 為解決上述問(wèn)題之一，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種甲醇和/或二甲醚轉(zhuǎn)化 制乙烯、丙烯和芳烴的流化床分段反應(yīng)系統(tǒng)，包括反應(yīng)器1、再生器2、汽提器3 ;反應(yīng)器1從 下至上依此為第一反應(yīng)段16、第一過(guò)渡段17、第二反應(yīng)段18、第二過(guò)渡段19、稀相段（20); 原料8和循環(huán)物料9分別在反應(yīng)器1的第一反應(yīng)段16和第二反應(yīng)段18中和催化劑接觸反 應(yīng)，反應(yīng)后的積炭催化劑下行，經(jīng)和反應(yīng)器1底部相連的待生斜管4進(jìn)入汽提器3,汽提后的 催化劑經(jīng)汽提斜管5和汽提立管6上行至再生器2再生，再生后的催化劑經(jīng)再生斜管7下 行至反應(yīng)器第一反應(yīng)段16。
[0015] 上述技術(shù)方案中，反應(yīng)器1從下至上依此為第一反應(yīng)段16、第一過(guò)渡段17、第二 反應(yīng)段18、第二過(guò)渡段19、稀相段20。
[0016] 上述技術(shù)方案中，反應(yīng)器第一反應(yīng)段16的高度占反應(yīng)器總高度的5飛0% ;第二反 應(yīng)段18直徑和第一反應(yīng)段16的直徑之比為0. 5~1. 8:1，其高度占反應(yīng)器總高度的20~75% ; 稀相段20直徑和第一反應(yīng)段16的直徑之比為1~2:1，其高度占反應(yīng)器總高度的1(T20%。 [0017] 上述技術(shù)方案中，第一過(guò)渡段17和第二過(guò)渡段19的總高度占反應(yīng)器總高度的5%。
[0018] 上述技術(shù)方案中，反應(yīng)器第一反應(yīng)段16底部到待生斜管4和反應(yīng)器反應(yīng)段15連 接處的距離小于反應(yīng)器反應(yīng)段16總長(zhǎng)的50%。
[0019] 上述技術(shù)方案中，反應(yīng)器1內(nèi)部或外部設(shè)置取熱器，取熱器高度占反應(yīng)器高度的 309T95% ;再生器2內(nèi)部或外部設(shè)置取熱器，取熱器高度占再生器高度的309T80%。
[0020] 上述技術(shù)方案中，反應(yīng)器1、再生器2和汽提器3內(nèi)部均設(shè)有一組氣固旋風(fēng)分離器， 為1~3級(jí)。
[0021] 上述技術(shù)方案中，原料8進(jìn)入反應(yīng)器1的第一反應(yīng)段16,循環(huán)物料9進(jìn)入反應(yīng)器1 的第二反應(yīng)段18和催化劑接觸反應(yīng)；積炭催化劑在汽提器3中汽提出攜帶的反應(yīng)產(chǎn)物；積 炭催化劑在再生器2通過(guò)燒焦的方式除去焦炭。
[0022] 上述技術(shù)方案中，反應(yīng)器1，用于將原料8、循環(huán)物料9和催化劑接觸反應(yīng)轉(zhuǎn)化為以 乙烯、丙烯和芳烴為主的產(chǎn)物；再生器2,用于通過(guò)燒焦的方式除去積炭催化劑上的焦炭； 汽提器3,用于汽提出積炭催化劑上攜帶的產(chǎn)物。
[0023] 為解決上述問(wèn)題之二，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種甲醇和/或二甲醚轉(zhuǎn)化 制乙烯、丙烯和芳烴的流化床分段反應(yīng)方法，采用上述的系統(tǒng)，所述的方法包括以下幾個(gè)步 驟： a) 原料8進(jìn)入反應(yīng)器1的第一反應(yīng)段16,循環(huán)物料9在反應(yīng)器1的第二反應(yīng)段18,和 催化劑接觸反應(yīng)，生成反應(yīng)產(chǎn)物10和積炭催化劑，反應(yīng)產(chǎn)物10經(jīng)氣固旋風(fēng)分離器分離積炭 催化劑后進(jìn)入后續(xù)分離系統(tǒng)； b) 積炭催化劑經(jīng)和反應(yīng)器1底部相連的待生斜管4進(jìn)入汽提器3和從汽提器3底部進(jìn) 入的汽提介質(zhì)13接觸汽提，得到的汽提產(chǎn)物14和汽提后的積炭催化劑，汽提產(chǎn)物14經(jīng)氣 固旋風(fēng)分離器分離積炭催化劑后進(jìn)入后續(xù)分離系統(tǒng)； c) 汽提后的積炭催化劑經(jīng)汽提斜管5進(jìn)入汽提立管6,經(jīng)提升介質(zhì)15提升至再生器2 ; d) 汽提后的積炭催化劑在再生器2中和從再生器2底部進(jìn)入的再生介質(zhì)11接觸燒焦， 得到再生后的催化劑和煙氣12; e) 再生后的催化劑經(jīng)再生斜管7下行進(jìn)入反應(yīng)器的第一反應(yīng)段16 ; f) 經(jīng)分離系統(tǒng)分離得到的產(chǎn)物中部分乙烷和/或丙烷和/或C4和/或C5和/或C6 非芳作為循環(huán)物料9繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，其余以乙烯、丙烯、混合芳烴為主的產(chǎn)物作為產(chǎn)品輸出 系統(tǒng)。
[0024] 上述技術(shù)方案中，原料8為甲醇或二甲醚或兩者的混合物，優(yōu)選甲醇。
[0025] 上述技術(shù)方案中，原料8中水的質(zhì)量百分含量為0.01~30重量％，優(yōu)選低于10重 量％。
[0026] 上述技術(shù)方案中，反應(yīng)器1的溫度為40(T550°C，原料8的重量空速為0. f 10 (克 /小時(shí)）/克催化劑，以表壓計(jì)反應(yīng)壓力為(T0. 5兆帕，催化劑循環(huán)量和原料8進(jìn)料量的質(zhì)量 比為3?40 : 1，平均空塔氣速O.Ofl.O米/秒。最大量乙烯、丙烯操作模式下，溫度為 48(T550°C，原料