專利名稱：制備低碳烯烴的反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備低碳烯烴的反應(yīng)裝置，尤其適用于由甲醇制備低碳烯烴的反
應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
低碳烯烴，即乙烯和丙烯，是兩種重要的基礎(chǔ)化工原料，其需求量在不斷增加。一般地，乙烯、丙烯是通過(guò)石油路線來(lái)生產(chǎn)，但由于石油資源有限的供應(yīng)量及較高的價(jià)格，由石油資源生產(chǎn)乙烯、丙烯的成本不斷增加。近年來(lái)，人們開(kāi)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(guò)煤、天然氣、生物質(zhì)等能源轉(zhuǎn)化而來(lái)。某些含氧化合物已經(jīng)可以達(dá)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(shí)現(xiàn)上百萬(wàn)噸級(jí)的生產(chǎn)規(guī)模。由于含氧化合物來(lái)源的廣泛性，再加上轉(zhuǎn)化生成低碳烯烴工藝的經(jīng)濟(jì)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(lái)越多的重視。US 4499327專利中對(duì)磷酸硅鋁分子篩催化劑應(yīng)用于甲醇轉(zhuǎn)化制烯烴工藝進(jìn)行了詳細(xì)研究，認(rèn)為SAP0-34是MTO工藝的首選催化劑。SAP0-34催化劑具有很高的低碳烯烴選擇性，而且活性也較高，可使甲醇轉(zhuǎn)化為低碳烯烴的反應(yīng)時(shí)間達(dá)到小于10秒的程度，更甚至達(dá)到提升管的反應(yīng)時(shí)間范圍內(nèi)。US 6166282中公布了一種甲醇轉(zhuǎn)化為低碳烯烴的技術(shù)和反應(yīng)器，采用快速流化床反應(yīng)器，氣相在氣速較低的密相反應(yīng)區(qū)反應(yīng)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(shè)備初步分離出大部分的夾帶催化劑。由于反應(yīng)后產(chǎn)物氣與催化劑快速分離，有效的防止了二次反應(yīng)的發(fā)生。經(jīng)模擬計(jì)算，與傳統(tǒng)的鼓泡流化床反應(yīng)器相比，該快速流化床反應(yīng)器內(nèi)徑及催化劑所需藏量均大大減少。但該方法中低碳烯烴收率一般均在77% 左右，存在低碳烯烴收率較低的問(wèn)題。CN 1723262中公布了帶有中央催化劑回路的多級(jí)提升管反應(yīng)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(gè)提升管反應(yīng)器、氣固分離區(qū)、多個(gè)偏移元件等，每個(gè)提升管反應(yīng)器各自具有注入催化劑的端口，匯集到設(shè)置的分離區(qū)，將催化劑與產(chǎn)品氣分開(kāi)。 該方法中低碳烯烴收率一般均在75 80%之間，同樣存在低碳烯烴收率較低的問(wèn)題，且原料直接進(jìn)入提升管，導(dǎo)致提升管內(nèi)溫度梯度較大，反應(yīng)放熱難以移除?，F(xiàn)有技術(shù)均存在低碳烯烴收率較低的問(wèn)題。本發(fā)明有針對(duì)性的解決了該問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)中存在的乙烯、丙烯收率較低的問(wèn)題，提供一種新的制備低碳烯烴的反應(yīng)裝置。該裝置用于乙烯、丙烯的生產(chǎn)中，具有產(chǎn)品中低碳烯烴收率較高的優(yōu)點(diǎn)。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種制備低碳烯烴的反應(yīng)裝置，主
3要包括預(yù)反應(yīng)區(qū)2、提升管13、氣固快速分離區(qū)15、沉降區(qū)16、換熱區(qū)10，預(yù)反應(yīng)區(qū)2上部與換熱區(qū)10相連，換熱區(qū)10上部與氣固快速分離區(qū)15相連，氣固快速分離區(qū)15位于沉降區(qū) 16內(nèi)，提升管13入口端伸入預(yù)反應(yīng)區(qū)2，提升管高度的60 90%穿過(guò)換熱區(qū)10，出口端伸入氣固快速分離區(qū)15，沉降區(qū)16下部開(kāi)有催化劑出口，分別與待生斜管19、待生催化劑循環(huán)管8相連，預(yù)反應(yīng)區(qū)2開(kāi)有催化劑入口，分別與待生催化劑循環(huán)管8、再生斜管7相連。上述技術(shù)方案中，所述換熱區(qū)10頂部與氣固快速分離區(qū)15連接；所述沉降區(qū)16 下部通設(shè)置汽提區(qū)14，通入水蒸氣進(jìn)行汽提；所述預(yù)反應(yīng)區(qū)為密相或快速流化床；所述氣固快速分離區(qū)15出口設(shè)有初級(jí)旋風(fēng)分離器；所述提升管13在換熱區(qū)10的部分通過(guò)間接換熱方式與換熱介質(zhì)換熱，換熱介質(zhì)為水或甲醇原料；所述沉降區(qū)16上部設(shè)有氣固旋風(fēng)分離器18 ；所述預(yù)反應(yīng)區(qū)2內(nèi)的熱量通過(guò)取熱的方式移出，取熱方式優(yōu)選設(shè)置內(nèi)取熱盤管6，與換熱介質(zhì)換熱，換熱介質(zhì)為水；所述提升管13數(shù)量為至少三根，提升管13高度至少10米。本發(fā)明所述反應(yīng)區(qū)平均溫度的計(jì)算方法為反應(yīng)區(qū)入口端溫度與出口端溫度的算術(shù)平均數(shù)。本發(fā)明所述提升管數(shù)量的選擇取決于要處理的原料規(guī)模。本發(fā)明所述平均積炭量的計(jì)算方法為一定質(zhì)量的催化劑上的積炭質(zhì)量除以所述的催化劑質(zhì)量。催化劑上的積炭質(zhì)量測(cè)定方法如下將混合較為均勻的帶有積炭的催化劑混合，然后稱量一定質(zhì)量的帶碳催化劑，放到高溫碳分析儀中燃燒，通過(guò)紅外測(cè)定燃燒生成的二氧化碳質(zhì)量，從而得到催化劑上的碳質(zhì)量。本發(fā)明所采用的硅鋁磷酸鹽分子篩的制備方法是首先制備分子篩前驅(qū)體，將摩爾配比為 0. 03 0. 6R (Si 0.01 0.98 Al 0. 01 0. 6 P 0. 01 0. 6) 2 500H20，其中R代表模板劑，組成原料混合液，在一定的溫度下經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的晶化后獲得；再次，將分子篩前驅(qū)體、磷源、硅源、鋁源、有機(jī)模板劑、水等按照一定的比例混合后在 110 260°C下水熱晶化至少0. 1小時(shí)后，最終得到SAPO分子篩。將制備的分子篩與一定比例的粘結(jié)劑混合，經(jīng)過(guò)噴霧干燥、焙燒等操作步驟后得到最終的SAPO催化劑，粘結(jié)劑在分子篩中的重量百分?jǐn)?shù)一般在10 90%之間。在反應(yīng)器進(jìn)料中還可以非強(qiáng)制性的添加一定比例的稀釋劑共同進(jìn)料，稀釋劑可以是低碳烷烴(甲烷、乙烷)、co、氮?dú)?、水蒸氣等，其中，?yōu)選低碳烷烴、水蒸氣，最優(yōu)選方案為水蒸氣，稀釋劑的量與原料的體積比在0.1 10 1范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。本發(fā)明中，所述預(yù)反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)條件為反應(yīng)壓力以表壓計(jì)為0.01 0.3MPa、平均溫度為350 470°C，催化劑平均積碳量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1. 5 4. 5%，氣相停留時(shí)間為2 6秒；提升管反應(yīng)條件為反應(yīng)壓力以表壓計(jì)為0. 01 0. 3MPa、平均溫度為420 530°C， 氣相停留時(shí)間為0. 4 2秒；氣固快速分離區(qū)氣相停留時(shí)間為1 3秒。本發(fā)明人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，提高反應(yīng)物線速度，降低氣相停留時(shí)間，有利于高選擇性的生成低碳烯烴。傳統(tǒng)提升管反應(yīng)器可以滿足高線速、短停留時(shí)間操作，但對(duì)于原料分子量較小、放熱量較大的MTO反應(yīng)來(lái)說(shuō)，存在移熱困難、難以實(shí)現(xiàn)較大的原料處理規(guī)模等問(wèn)題。 采用本發(fā)明的方法，甲醇原料首先進(jìn)入預(yù)反應(yīng)區(qū)，預(yù)反應(yīng)區(qū)同時(shí)承擔(dān)待生催化劑和再生催化劑混合的任務(wù)，預(yù)反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置取熱設(shè)備，可在較低的反應(yīng)溫度下轉(zhuǎn)化大部分甲醇，避免 C0、H2等副產(chǎn)物的生成，MTO反應(yīng)的大部分反應(yīng)熱在在預(yù)反應(yīng)區(qū)內(nèi)移出。從預(yù)反應(yīng)區(qū)出來(lái)的氣固混合物進(jìn)入多跟提升管，一方面轉(zhuǎn)化完預(yù)反應(yīng)區(qū)未轉(zhuǎn)化的甲醇，一方面在較高的溫度下裂解反應(yīng)產(chǎn)生的高碳烴，同時(shí)提升管的高線速使得主產(chǎn)物低碳烯烴發(fā)生二次反應(yīng)的幾率降低，達(dá)到提高低碳烯烴收率的目的。從提升管出來(lái)的氣固混合區(qū)進(jìn)入氣固快速分離區(qū)，實(shí)現(xiàn)氣固混合物的快速分離，進(jìn)一步降低二次反應(yīng)發(fā)生的幾率。因此，采用本發(fā)明的方法，可以達(dá)到提高低碳烯烴收率的目的。采用本發(fā)明的技術(shù)方案所述換熱區(qū)10與氣固快速分離區(qū)15之間通過(guò)錐筒形過(guò)渡連接；所述沉降區(qū)16下部通設(shè)置汽提區(qū)14，通入水蒸氣進(jìn)行汽提；所述預(yù)反應(yīng)區(qū)為密相或快速流化床；所述氣固快速分離區(qū)15出口設(shè)有初級(jí)旋風(fēng)分離器；所述提升管13在換熱區(qū)10的部分通過(guò)間接換熱方式與換熱介質(zhì)換熱，換熱介質(zhì)為水或甲醇原料；所述沉降區(qū)16 上部設(shè)有氣固旋風(fēng)分離器18 ；所述預(yù)反應(yīng)區(qū)2內(nèi)的熱量通過(guò)取熱的方式移出，取熱方式優(yōu)選設(shè)置內(nèi)取熱盤管6，與換熱介質(zhì)換熱，換熱介質(zhì)為水；所述提升管13數(shù)量為至少三根，提升管13高度至少10米，低碳烯烴碳基收率可達(dá)85. 17%重量，比現(xiàn)有技術(shù)中的低碳烯烴碳基收率高出可達(dá)到5個(gè)百分點(diǎn)，取得了較好的技術(shù)效果。


圖1為本發(fā)明所述方案的流程示意圖。圖2為圖1中的A-B剖視圖。圖1中，1為甲醇原料；2為預(yù)反應(yīng)區(qū)；3為預(yù)反應(yīng)區(qū)換熱介質(zhì)入口 ；4為預(yù)反應(yīng)區(qū)換熱介質(zhì)出口 ；5為預(yù)反應(yīng)區(qū)分布板；6為預(yù)反應(yīng)區(qū)內(nèi)取熱盤管；7為再生斜管；8為待生催化劑循環(huán)管；9為換熱區(qū)換熱介質(zhì)出口 ；10為換熱區(qū)；11為換熱區(qū)換熱介質(zhì)入口 ；12為汽提介質(zhì)入口 ；13為提升管；14為汽提區(qū)；15為氣固快速分離區(qū)；16為沉降區(qū)；17為氣體出口 ； 18為氣固旋風(fēng)分離器；19為待生斜管。主要為甲醇的原料經(jīng)管線1進(jìn)入預(yù)反應(yīng)區(qū)2，與包括硅鋁磷酸鹽分子篩的催化劑接觸，生成的氣相物流和催化劑進(jìn)入提升管13，提升管13出口的氣相物流和催化劑進(jìn)入氣固快速分離區(qū)15，分離出的氣相物流經(jīng)過(guò)氣固旋風(fēng)分離器18后進(jìn)入分離工段，分離出的催化劑一部分返回預(yù)反應(yīng)區(qū)2，一部分去再生器再生。預(yù)反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)有取熱盤管6，提升管穿過(guò)換熱區(qū)10。下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，但不僅限于本實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1在如圖1所示的反應(yīng)裝置上，催化劑為SAP0-34，甲醇原料的純度為99. 5%，換熱區(qū)與氣固快速分離區(qū)之間通過(guò)錐筒形過(guò)渡連接，沉降區(qū)下部通設(shè)置汽提區(qū)，通入水蒸氣進(jìn)行汽提，氣固快速分離區(qū)出口設(shè)有初級(jí)旋風(fēng)分離器。預(yù)反應(yīng)區(qū)為密相流化床，預(yù)反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)條件為反應(yīng)壓力以表壓計(jì)為0. OlMPa、平均溫度為350°C，催化劑平均積碳量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1. 5%，氣相停留時(shí)間為6秒；提升管反應(yīng)條件為反應(yīng)壓力以表壓計(jì)為0. OlMPa、平均溫度為420°C，氣相停留時(shí)間為2秒；氣固快速分離區(qū)氣相停留時(shí)間為3秒；提升管在換熱區(qū)的部分通過(guò)間接換熱方式與換熱介質(zhì)換熱，換熱介質(zhì)為水，氣固快速分離區(qū)位于沉降區(qū)內(nèi)， 沉降區(qū)上部設(shè)有氣固旋風(fēng)分離器，進(jìn)一步進(jìn)行氣固分離，預(yù)反應(yīng)區(qū)內(nèi)的熱量通過(guò)取熱的方式移出，設(shè)置內(nèi)取熱盤管，與換熱介質(zhì)換熱，換熱介質(zhì)為水，提升管的60%位于換熱區(qū)內(nèi)，提升管數(shù)量為一根，提升管高度為10米，分離出的催化劑80%返回預(yù)反應(yīng)區(qū)，20%去再生再生。產(chǎn)品氣采用氣相色譜分析，低碳烯烴碳基收率為81. 73% (重量)。實(shí)施例2按照實(shí)施例1所述的條件和步驟，只是改變催化劑類型為SAP0-18，低碳烯烴碳基收率為80. 41% (重量)。實(shí)施例3按照實(shí)施例1所述的條件和步驟，預(yù)反應(yīng)區(qū)為快速流化床，預(yù)反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)條件為反應(yīng)壓力以表壓計(jì)為O.OlMPa、平均溫度為470°C，催化劑平均積碳量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 4. 5%，氣相停留時(shí)間為2秒；提升管反應(yīng)條件為反應(yīng)壓力以表壓計(jì)為0. OlMPa、平均溫度為530°C，氣相停留時(shí)間為0. 4秒；氣固快速分離區(qū)氣相停留時(shí)間為1秒；提升管在換熱區(qū)的部分通過(guò)間接換熱方式與換熱介質(zhì)換熱，換熱介質(zhì)為甲醇原料，加熱甲醇原料至98°C， 提升管的90%位于換熱區(qū)內(nèi)，提升管數(shù)量為三根，提升管高度為15米，分離出的催化劑 50%返回預(yù)反應(yīng)區(qū)，50%去再生器再生。產(chǎn)品氣采用氣相色譜分析，低碳烯烴碳基收率為 84. 58% (重量)。實(shí)施例4按照實(shí)施例1所述的條件和步驟，預(yù)反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)條件為反應(yīng)壓力以表壓計(jì)為 0. OlMPa、平均溫度為430°C，催化劑平均積碳量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2. 8 %，氣相停留時(shí)間為3秒； 提升管反應(yīng)條件為反應(yīng)壓力以表壓計(jì)為0. OlMPa、平均溫度為500°C，氣相停留時(shí)間為0. 9 秒；氣固快速分離區(qū)氣相停留時(shí)間為2秒；提升管在換熱區(qū)的部分通過(guò)間接換熱方式與換熱介質(zhì)換熱，換熱介質(zhì)為水，提升管的80 %位于換熱區(qū)內(nèi)，提升管數(shù)量為七根，提升管高度為15米，分離出的催化劑60%返回預(yù)反應(yīng)區(qū)，40%去再生器再生。產(chǎn)品氣采用氣相色譜分析，低碳烯烴碳基收率為85. 17% (重量)。實(shí)施例5按照實(shí)施例4所述的條件和步驟，只是改變反應(yīng)壓力為0. 3MPa (表壓)，低碳烯烴碳基收率為81. 69% (重量)。比較例1按照實(shí)施例4所述的條件和步驟，不設(shè)置提升管和氣固快速分離區(qū)，甲醇原料直接進(jìn)入預(yù)反應(yīng)區(qū)底部，預(yù)反應(yīng)區(qū)出來(lái)的氣固混合物經(jīng)過(guò)氣固旋風(fēng)分離器分離后，氣相產(chǎn)品進(jìn)入分離工段，氣相產(chǎn)品采用氣相色譜分析，低碳烯烴碳基收率為80. 31% (重量)。顯然，采用本發(fā)明的方法，可以達(dá)到提高乙烯、丙烯碳基收率的目的，具有較大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可用于乙烯、丙烯的工業(yè)生產(chǎn)中。
權(quán)利要求
1.一種制備低碳烯烴的反應(yīng)裝置，主要包括預(yù)反應(yīng)區(qū)O)、提升管(13)、氣固快速分離區(qū)(15)、沉降區(qū)(16)、換熱區(qū)(10)，預(yù)反應(yīng)區(qū)(2)上部與換熱區(qū)(10)相連，換熱區(qū)(10)上部與氣固快速分離區(qū)(15)相連，氣固快速分離區(qū)(15)位于沉降區(qū)(16)內(nèi)，提升管(13)入口端伸入預(yù)反應(yīng)區(qū)O)，提升管高度的60 90%穿過(guò)換熱區(qū)(10)，出口端伸入氣固快速分離區(qū)(15)，沉降區(qū)(16)下部開(kāi)有催化劑出口，分別與待生斜管(19)、待生催化劑循環(huán)管(8) 相連，預(yù)反應(yīng)區(qū)( 開(kāi)有催化劑入口，分別與待生催化劑循環(huán)管(8)、再生斜管(7)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備低碳烯烴的反應(yīng)裝置，其特征在于所述換熱區(qū)(10)頂部與氣固快速分離區(qū)(15)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備低碳烯烴的反應(yīng)裝置，其特征在于所述沉降區(qū)(16)下部通設(shè)置汽提區(qū)(14)，通入水蒸氣進(jìn)行汽提。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備低碳烯烴的反應(yīng)裝置，其特征在于所述預(yù)反應(yīng)區(qū)為密相或快速流化床。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備低碳烯烴的反應(yīng)裝置，其特征在于所述氣固快速分離區(qū) (15)出口設(shè)有初級(jí)旋風(fēng)分離器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備低碳烯烴的反應(yīng)裝置，其特征在于所述提升管(1 在換熱區(qū)(10)的部分通過(guò)間接換熱方式與換熱介質(zhì)換熱，換熱介質(zhì)為水或甲醇原料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備低碳烯烴的反應(yīng)裝置，其特征在于所述沉降區(qū)(16)上部設(shè)有氣固旋風(fēng)分離器(18)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備低碳烯烴的反應(yīng)裝置，其特征在于所述預(yù)反應(yīng)區(qū)O)內(nèi)的熱量通過(guò)取熱的方式移出，取熱方式優(yōu)選設(shè)置內(nèi)取熱盤管(6)，與換熱介質(zhì)換熱，換熱介質(zhì)為水。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備低碳烯烴的反應(yīng)裝置，其特征在于所述提升管(1 數(shù)量為至少三根，提升管(13)高度至少10米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備低碳烯烴的反應(yīng)裝置，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中低碳烯烴收率低的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)采用主要包括預(yù)反應(yīng)區(qū)2、提升管13、氣固快速分離區(qū)15、沉降區(qū)16、換熱區(qū)10，預(yù)反應(yīng)區(qū)2上部與換熱區(qū)10相連，換熱區(qū)10上部與氣固快速分離區(qū)15相連，氣固快速分離區(qū)15位于沉降區(qū)16內(nèi)，提升管13入口端伸入預(yù)反應(yīng)區(qū)2，提升管的60～90％穿過(guò)換熱區(qū)10，出口端伸入氣固快速分離區(qū)15，沉降區(qū)16下部開(kāi)有催化劑出口，分別與待生斜管19、待生催化劑循環(huán)管8相連，預(yù)反應(yīng)區(qū)2開(kāi)有催化劑入口，分別與待生催化劑循環(huán)管8、再生斜管7相連的技術(shù)方案，較好地解決了該問(wèn)題，可用于乙烯、丙烯的工業(yè)生產(chǎn)中。
文檔編號(hào)C07C1/20GK102463081SQ201010553780
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者王莉, 鐘思青, 陳偉, 齊國(guó)禎 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司上海石油化工研究院