一種高炭待生催化劑連續(xù)再生方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤化工或天然氣化工中的催化劑再生領(lǐng)域，具體涉及一種采用移動(dòng)床技術(shù)進(jìn)行甲醇轉(zhuǎn)化制烴反應(yīng)中的高炭待生催化劑連續(xù)再生方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在煤化工或天然氣化工領(lǐng)域，甲醇制丙烯(MTP)、甲醇制汽油(MTG)和甲醇制芳烴(MTA)等技術(shù)為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。這些技術(shù)一方面可以進(jìn)行煤資源的高效化工利用，另一方面可以解決因石油資源短缺而導(dǎo)致相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)口依存度高的局面。因此，由甲醇合成烴類部分替代石油供應(yīng)受到極大關(guān)注。
[0003]甲醇轉(zhuǎn)化成烴類反應(yīng)中，催化劑的生焦速率較快，較短時(shí)間內(nèi)在催化劑表面生成焦炭使催化劑的活性顯著下降，需經(jīng)過(guò)再生過(guò)程使催化劑的活性得以恢復(fù)。再生過(guò)程包括燒焦和干燥。燒焦過(guò)程是用含氧氣體燒除催化劑上沉積的焦炭，同時(shí)帶走燃燒放出的熱量。干燥過(guò)程是除去催化劑中所含水分。
[0004]目前，固定床工藝和流化床工藝是應(yīng)用最廣泛的兩種甲醇轉(zhuǎn)化成烴類工藝。固定床的催化劑切換再生工藝，普遍存在著不少缺陷。如催化劑床層局部過(guò)熱、床層壓力降過(guò)大，不耐粉塵堵塞，切換操作難度大和高成本催化劑回收等問(wèn)題。流化床雖然在傳遞方面更有利于反應(yīng)，但是不可避免的催化劑磨損與分離問(wèn)題一直是令人頭痛的工程化難題。
[0005]移動(dòng)床催化劑連續(xù)再生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了催化劑在反應(yīng)器和再生器之間的循環(huán)，從而達(dá)到了催化劑連續(xù)再生的目的，催化劑活性始終處于最佳狀態(tài)，無(wú)需備用反應(yīng)器，避免了繁瑣切換操作，顆粒保持平推流，強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱，提高產(chǎn)品收率，產(chǎn)品選擇性高。
[0006]在催化劑再生過(guò)程中，環(huán)境的濕度、溫度、催化劑在高溫區(qū)的停留時(shí)間以及催化劑再生的頻次，是影響催化劑比表面積下降速率的主要因素，決定了催化劑的使用壽命。由于催化劑表面的含氫焦炭在燃燒的過(guò)程中會(huì)生成水汽，即催化劑燒焦過(guò)程是在高溫、含水的環(huán)境下進(jìn)行，所以催化劑的再生燒焦過(guò)程是影響催化劑壽命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
[0007]在專利USP4，859，643和USP5，277，880提供的熱法再生工藝中，再生器的燒焦區(qū)為錐形結(jié)構(gòu)，床層的厚度從上往下由薄變厚，改善了軸向位置的氣體量分布。上部較薄的床層阻力較小，分配的氣量較大。下部較厚的床層阻力較大，分配到的氣量就少，在一定程度上緩解了催化劑下落過(guò)程中前期含炭量高需氧量大，后期含量低需氧量較少的實(shí)際情況，降低了催化劑床層上部高溫區(qū)的停留時(shí)間。但再生氣體的循環(huán)回路沒(méi)有設(shè)置干燥系統(tǒng)，再生氣體中含水量高。催化劑的再生燒焦過(guò)程是在高溫、高水的苛刻工況下完成的，這種高溫、高水含量環(huán)境極易造成催化劑比表面積的損失，從而縮短催化劑的使用壽命。
[0008]在專利USP5, 304, 117，CN1045411A和CN102869447A提供的干法再生工藝中，再生器燒焦區(qū)為兩段燒焦結(jié)構(gòu)。把燒焦區(qū)的催化劑床層分成兩段，通過(guò)料腿從上往下輸送催化劑。兩段床層具有相同的結(jié)構(gòu)尺寸和不同的再生氣體入口條件，下段床層再生氣體的入口溫度高于上段床層，下段床層再生氣體入口補(bǔ)充空氣來(lái)調(diào)節(jié)再生氣體的含氧量，再生氣體上進(jìn)下出。再生氣體循環(huán)回路中設(shè)置了干燥系統(tǒng)，因此再生循環(huán)氣體含水量較低，床層氣體質(zhì)量通量較大，因此整體床層的溫升比單段燒焦有所降低。但床層分段的措施加大了燒焦結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，增加了制造難度和投資成本，加大了操作和維護(hù)的負(fù)擔(dān)。
[0009]專利CN101658799A公開(kāi)了一種催化劑連續(xù)再生方法，該技術(shù)中反應(yīng)器系統(tǒng)不設(shè)置備用反應(yīng)器，反應(yīng)器使用含有活性分子篩的球形顆粒催化劑，反應(yīng)過(guò)程中將含焦催化劑不斷地移出反應(yīng)器，在再生器再生，再生后的再生劑進(jìn)入反應(yīng)器系統(tǒng)，繼續(xù)參加催化反應(yīng)；再生器內(nèi)氣體完成催化劑燒焦再生后，進(jìn)入凈化系統(tǒng)凈化后，配以一定量的空氣，經(jīng)加壓換熱升溫和加熱后進(jìn)入再生器重新作為再生氣體；與再生氣凈化系統(tǒng)來(lái)的氣體相配的空氣從再生氣凈化系統(tǒng)下游注入。該方法中再生器一段燒焦，沒(méi)有干燥區(qū)，沒(méi)有控制再生器燒焦床層溫度的有效手段，沒(méi)有催化劑焙燒干燥過(guò)程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種高炭待生催化劑連續(xù)再生方法，即針對(duì)采用移動(dòng)床技術(shù)的甲醇轉(zhuǎn)化成烴類反應(yīng)，包括:甲醇制丙烯(MMTP)、甲醇制汽油(MMTG)、甲醇制芳烴(MMTA)等反應(yīng)生成高炭待生催化劑的連續(xù)再生方法，以有效控制再生器燒焦床層溫度，延長(zhǎng)催化劑使用壽命。
[0011]本發(fā)明提供一種高炭待生催化劑連續(xù)再生方法，包括反應(yīng)器和再生器，來(lái)自反應(yīng)器的待生催化劑，經(jīng)反應(yīng)器提升器提升至再生器上部的分離料斗，再經(jīng)閉鎖料斗進(jìn)入再生器，在再生器內(nèi)完成燒焦再生過(guò)程，再生后的催化劑進(jìn)入再生器下部料斗提升至反應(yīng)器循環(huán)使用，其特征在于:所述再生器從上到下分為緩沖區(qū)、燒焦區(qū)和干燥區(qū)，燒焦區(qū)分為兩段，即上部燒焦段和下部燒焦段，來(lái)自再生器的再生氣體自再生器上部引出，經(jīng)換熱、冷卻、干燥和壓縮后分為三路，第一路補(bǔ)充空氣和加熱升溫后進(jìn)入再生器的上部燒焦段，第二路補(bǔ)充空氣后和加熱升溫后進(jìn)入再生器的下部燒焦段，第三路作為干燥氣進(jìn)入再生器干燥區(qū)，進(jìn)入再生器上部燒焦段和下部燒焦段中的再生氣體與待生催化劑錯(cuò)流接觸，通過(guò)燒焦反應(yīng)除去待生催化劑上的積炭，經(jīng)燒焦區(qū)燒焦后的催化劑向下進(jìn)入干燥區(qū)完成整個(gè)燒焦再生過(guò)程，再生后的催化劑循環(huán)使用，燒焦區(qū)中完成燒焦的再生氣體與從再生器干燥區(qū)來(lái)的干燥氣一起從再生器上部引出循環(huán)使用。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步技術(shù)特征在于:所述進(jìn)入再生器上部燒焦段的再生氣體含氧量為
0.5-6體積％，優(yōu)選0.8-4體積％ ;進(jìn)入再生器下部燒焦段的再生氣體含氧量一般為0.5-8體積％，優(yōu)選1-5體積％。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步技術(shù)特征在于:所述進(jìn)入再生器上部燒焦段的再生氣體溫度一般在350-500°C，優(yōu)選360-490°C ;進(jìn)入再生器下部燒焦段的再生氣體溫度一般在350-510°C，優(yōu)選 370-500 °C。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步技術(shù)特征在于:所述再生后的催化劑進(jìn)入再生器下部料斗，用氮?dú)庵脫Q后進(jìn)入再生器提升器，由循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)來(lái)的氮?dú)馓嵘恋谝环磻?yīng)器頂部的反應(yīng)器上部料斗，催化劑與提升氮?dú)夥蛛x后進(jìn)入反應(yīng)器循環(huán)使用，其中反應(yīng)器上部料斗頂部排出的提升氮?dú)饨?jīng)反應(yīng)器上部料斗翅片管空冷器冷卻后，通過(guò)再生劑粉塵收集器濾除所含的微量粉塵后，送至循環(huán)氮?dú)饫鋮s器進(jìn)一步冷卻，返回循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)入口。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步技術(shù)特征在于:所述分離料斗中的待生催化劑用淘析氣吹去粉塵，吹去粉塵后的待生催化劑經(jīng)閉鎖料斗進(jìn)入再生器進(jìn)行再生，含有粉塵的淘析氣進(jìn)入待生劑粉塵收集器，濾除粉塵后分兩路，一路經(jīng)除塵風(fēng)機(jī)升壓后返回分離料斗，另一路經(jīng)循環(huán)氮?dú)饫鋮s器冷卻，返回循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)入口。
[0016]本發(fā)明進(jìn)一步技術(shù)特征在于:所述進(jìn)入再生器燒焦區(qū)和干燥區(qū)的再生氣體的水含量為50ppm(體積)以下，優(yōu)選20ppm(體積)以下。
[0017]本發(fā)明進(jìn)一步技術(shù)特征在于:所述催化劑再生循環(huán)速率，一般在100-700h，優(yōu)選120-580h。
[0018]本發(fā)明所述催化劑為分子篩球形顆粒催化劑，反應(yīng)過(guò)程中將含炭待生催化劑不斷地移出反應(yīng)器，在再生器內(nèi)完成燒焦再生過(guò)程，再生完成的再生催化劑經(jīng)再生器提升器進(jìn)入反應(yīng)器上部料斗，然后進(jìn)入反應(yīng)器系統(tǒng)，繼續(xù)參加催化反應(yīng)。
[0019]本發(fā)明所述的反應(yīng)過(guò)程中將含炭焦待生催化劑不斷地移出反應(yīng)器的具體過(guò)程已經(jīng)有公開(kāi)的文獻(xiàn)予以報(bào)道，例如CN101658799B就描述了待生催化劑自最后一個(gè)反應(yīng)器輸送至再生器燒焦區(qū)的過(guò)程。
[0020]本發(fā)明所述的再生氣體即為再生器內(nèi)使待生催化劑完成燒焦再生過(guò)程的氣體。
[0021]本發(fā)明所述的高炭待生催化劑為焦炭含量在3-20質(zhì)量％ ,優(yōu)選5-15質(zhì)量％的待生催化劑。
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0023]I)本發(fā)明一種高炭待生催化劑連續(xù)再生方法，采用移動(dòng)床催化劑連續(xù)再生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了催化劑在反應(yīng)器和再生器之間的循環(huán)，催化劑活性始終處于最佳狀態(tài)，滿足反應(yīng)的要求，且反應(yīng)器系統(tǒng)不用設(shè)置備用反應(yīng)器。
[0024]2)分子篩催化劑的可再生的總頻次有限，降低催化劑再生的頻次，有利于延長(zhǎng)催化劑使用壽命，本發(fā)明采用的技術(shù)方案中，所述待生催化劑在高炭下開(kāi)始再生和采用較低催化劑再生循環(huán)速率有效降低了催化劑再生的頻次，延長(zhǎng)了催化劑使用壽命。
[0025]3)本發(fā)明燒焦區(qū)分上部燒焦段和下部燒焦段，兩個(gè)燒焦段的再生氣體入口分別補(bǔ)充空氣來(lái)調(diào)節(jié)再生氣體的含氧量，以實(shí)現(xiàn)上部燒焦段高炭低氧和下部燒焦段低炭高氧的催化劑再生燒焦環(huán)境，滿足待生催化劑燒焦再生的要求，嚴(yán)格控制再生器燒焦床層的溫度，可防止再生器燒焦床層飛溫。既保護(hù)了催化劑的使用壽命，又防止了設(shè)備因飛溫而引起的損壞。
[0026]4)本發(fā)明經(jīng)干燥的循環(huán)再生氣體水含量低，有利于保護(hù)催化劑比表面積，從而延長(zhǎng)使用壽命。
[0027]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但并不限制本發(fā)明的使用范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明一種高炭待生催化劑連續(xù)再生方法工藝流程