一種用于以含氧化合物為原料生產(chǎn)丙烯的多級徑向固定床反應(yīng)系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于以含氧化合物為原料生產(chǎn)丙烯的多級徑向固定床反應(yīng)系統(tǒng)及其方法，徑向固定床反應(yīng)系統(tǒng)包括多臺徑向固定床反應(yīng)器及級間混合器，徑向固定床反應(yīng)器包括：圓筒形反應(yīng)器，圓筒形反應(yīng)器上下部分別設(shè)有反應(yīng)氣體入口、反應(yīng)氣體預(yù)分布器和產(chǎn)物氣體出口、催化劑進(jìn)料口和催化劑卸料口；圓筒形反應(yīng)器內(nèi)部布置有與圓柱形殼體同軸的多孔壁內(nèi)筒和多孔壁外筒，多孔壁內(nèi)筒和多孔壁外筒之間為催化劑裝填區(qū)，催化劑裝填區(qū)上下部分別設(shè)有催化劑上封板和下封板。通過采用串聯(lián)的該形式徑向固定床反應(yīng)器，輔助原料氣級間冷激及產(chǎn)物部分循環(huán)，可顯著改善傳統(tǒng)徑向反應(yīng)器流體分布不均，反應(yīng)器噴嘴堵塞，丙烯收率不高等問題。
【專利說明】一種用于以含氧化合物為原料生產(chǎn)丙烯的多級徑向固定床反應(yīng)系統(tǒng)及其方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種丙烯的生產(chǎn)系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種用于以含氧化合物為原料生產(chǎn)丙烯的多級徑向固定床反應(yīng)系統(tǒng)及其方法。

【背景技術(shù)】
[0002]丙烯是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中一種重要的基礎(chǔ)化工原料，其總量的95%來自石腦油蒸汽裂解聯(lián)產(chǎn)及流化催化裂化(FCC)副產(chǎn)。受全球原油價(jià)格持續(xù)上漲，以及乙烯原料向乙烷等輕烴轉(zhuǎn)移趨勢的影響，全球丙烯需求缺口持續(xù)增長。同時(shí)，以煤基甲醇或天然氣/頁巖氣基甲醇為原料生產(chǎn)丙烯的甲醇制丙烯(MTP)工藝日益受到各國青睞。針對我國“富煤、缺油、少氣”的能源結(jié)構(gòu)，開發(fā)以煤基甲醇或天然氣/頁巖氣基甲醇為原料的MTP工藝具有較高的市場競爭力及深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。
[0003]UOP/Hydro公司采用SAP0-34分子篩作為催化劑并配合流化床反應(yīng)器開發(fā)出了甲醇制烯烴(MTO)工藝。由于流化床內(nèi)部趨于全混流，床層溫度分布較均勻且易于控制。但由于催化劑顆粒較小，夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重，對后續(xù)分離工段的影響較大。魯奇(Lurgi)公司開發(fā)出了世界首套工業(yè)化的MTP甲醇制丙烯裝置，該裝置采用4臺固定床反應(yīng)器。甲醇首先在I臺二甲醚反應(yīng)器(DME反應(yīng)器)中部分轉(zhuǎn)化為二甲醚，隨后甲醇、二甲醚和水的混合物與工藝蒸汽，循環(huán)的C2及C4?C6烴類混合進(jìn)入MTP反應(yīng)器生產(chǎn)丙烯，MTP反應(yīng)器共有3臺，正常運(yùn)行時(shí)采用2開I備的方式操作。
[0004]目前，國內(nèi)外已有多項(xiàng)專利技術(shù)涉及MTP反應(yīng)器這一領(lǐng)域。中國專利CN201220212924.4公開了一種軸向逐層遞增型冷激式甲醇制丙烯固定床反應(yīng)器。該反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置4飛個(gè)床層，床層厚度沿軸向逐漸遞增。床層與床層之間設(shè)有1(Γ20個(gè)原料氣和原料液噴嘴，通過原料氣冷激的方式對流出上一床層的反應(yīng)氣體降溫并補(bǔ)充甲醇、二甲醚原料。由于MTP反應(yīng)適合在低甲醇分壓下進(jìn)行，因此為了控制反應(yīng)器床層壓降，該反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層的厚度在250mnT700mm之間，若甲醇處理量很大時(shí)必然反應(yīng)器直徑會(huì)很大，而每個(gè)床層上方冷激氣的噴嘴數(shù)量是有限的，因此可能造成局部混合不均勻?qū)е戮紵狳c(diǎn)的出現(xiàn)，而且隨著使用時(shí)間的累積，噴嘴也可能發(fā)生堵塞，影響反應(yīng)器的平穩(wěn)運(yùn)行。國際專利WO 2004018089同樣公開了一種類似的多級薄層固定床反應(yīng)器，雖然該類反應(yīng)器單臺處理量大，效率較高，但仍然不能克服上述原料分配不均及噴嘴堵塞的問題。
[0005]中國專利ZL 200810120839.3公開了一種MTP徑向移動(dòng)床反應(yīng)器。采用移動(dòng)床反應(yīng)器進(jìn)行MTP反應(yīng)可以將ZSM-5催化劑的中等失活速率和移動(dòng)床反應(yīng)器的操作周期相匹配，使催化劑始終保持在最佳的反應(yīng)性能。同時(shí)，由于MTP反應(yīng)是一個(gè)強(qiáng)放熱反應(yīng)，該專利還在移動(dòng)床內(nèi)部設(shè)置了冷卻區(qū)，采用通冷卻介質(zhì)的方式移出反應(yīng)熱，防止床層溫度過高發(fā)生飛溫。但由于移動(dòng)床本身內(nèi)部結(jié)構(gòu)就較為復(fù)雜，再內(nèi)置冷卻設(shè)備更會(huì)增加裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，對反應(yīng)器的加工及運(yùn)行都可能會(huì)造成一定的影響。
[0006]縱觀現(xiàn)有的MTP軸向固定床反應(yīng)器或是徑向移動(dòng)床反應(yīng)器，都或多或少的存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，無論是噴嘴的設(shè)置或者內(nèi)部換熱器的添加，都會(huì)增加反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，增加制造成本。同時(shí)，其反應(yīng)器的組合形式及進(jìn)料方式等也都或多或少存在一定的缺陷，比如氣液相共同進(jìn)料可能帶來的原料分布不均的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是以往技術(shù)中存在的反應(yīng)器內(nèi)流體分布不均，反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜及反應(yīng)流程設(shè)置不合理等問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種用于以含氧化合物為原料生產(chǎn)丙烯的多級徑向固定床反應(yīng)系統(tǒng)的徑向固定床反應(yīng)系統(tǒng)包括多臺徑向固定床反應(yīng)器及級間混合器，所述的徑向固定床反應(yīng)器包括:圓柱形殼體，上封頭和下封頭所組成的圓筒形反應(yīng)器，圓筒形反應(yīng)器上下部分別設(shè)有反應(yīng)氣體入口、反應(yīng)氣體預(yù)分布器和產(chǎn)物氣體出口、催化劑進(jìn)料口和催化劑卸料口 ；圓筒形反應(yīng)器內(nèi)部布置有與圓柱形殼體同軸的多孔壁內(nèi)筒和多孔壁外筒，多孔壁外筒和圓柱形殼體之間構(gòu)成反應(yīng)氣體外部流道，多孔壁內(nèi)筒與產(chǎn)物氣體出口構(gòu)成反應(yīng)氣體中心流道，多孔壁內(nèi)筒和多孔壁外筒之間為催化劑裝填區(qū)，催化劑裝填區(qū)上下部分別設(shè)有催化劑上封板和下封板；所述的級間混合器設(shè)置在每兩級徑向固定床反應(yīng)器之間。
[0008]所述的徑向固定床反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)氣體預(yù)分布器在反應(yīng)器頂部與反應(yīng)氣體入口相連，反應(yīng)氣體預(yù)分布器為多孔壁圓筒，開孔為均勻孔，開孔率為1(Γ50%。
[0009]所述的徑向固定床反應(yīng)器內(nèi)多孔壁外筒和多孔壁內(nèi)筒開孔可為均勻開孔或非均勻開孔，開孔率為10%?50%。
[0010]所述的反應(yīng)器內(nèi)催化劑裝填區(qū)的床層壓降為5?30kPa。
[0011 ] 所述的徑向固定床反應(yīng)器內(nèi)催化劑裝填區(qū)的床層厚度為20(T800mm，催化劑裝填量逐級遞增。
[0012]所述的多級反應(yīng)器個(gè)數(shù)為2--個(gè)。
[0013]一種用于以含氧化合物為原料生產(chǎn)丙烯的多級徑向固定床反應(yīng)方法是將甲醇原料首先經(jīng)DME預(yù)反應(yīng)器反應(yīng)生成甲醇、二甲醚和水的混合物，隨后將該混合物流分為N股，N的個(gè)數(shù)與徑向固定床反應(yīng)器個(gè)數(shù)相同，其中第一股與工藝蒸汽、第N級徑向固定床反應(yīng)器出口生成的部分C2及C4?C6各碳數(shù)烯烴和烷烴的混合物混合后注入第一級徑向固定床反應(yīng)器，第M級徑向固定床反應(yīng)器流出的反應(yīng)物流與第M股甲醇、二甲醚和水的混合物混合降溫后作為第M+1級徑向固定床反應(yīng)器的進(jìn)料，其中M大于I小于N-1。
[0014]各級徑向固定床反應(yīng)器入口溫度在45(T470 °C之間，壓力以表壓計(jì)0.Γθ.3MPaG。
[0015]各級徑向固定床反應(yīng)器進(jìn)料中含氧化合物的質(zhì)量比與各級徑向固定床反應(yīng)器床層催化劑的質(zhì)量比相同。
[0016]第一級徑向固定床反應(yīng)器進(jìn)料中C2及C4?C6各碳數(shù)烯烴和烷烴的混合物的總質(zhì)量與各級進(jìn)料中甲醇和二甲醚的總質(zhì)量之比不超過1.5:1。
[0017]本發(fā)明采用的上述技術(shù)方案，具有如下的優(yōu)點(diǎn):
固定床反應(yīng)器在工業(yè)生產(chǎn)中容易放大，無論生產(chǎn)規(guī)模大或者小都能夠很好的適用。
[0018]與多層固定床軸向反應(yīng)器相比，由于米用多孔壁外筒作為氣體分布器，相較于氣、液兩相噴嘴，反應(yīng)氣體在床層內(nèi)的均布性得到提高，避免了由于氣體分布不均導(dǎo)致的床層局部熱點(diǎn)的產(chǎn)生。同時(shí)，由于反應(yīng)器催化劑床層厚度一致，床層壓降較軸向反應(yīng)器要小很多。
[0019]與列管式固定床、多級多通道徑向固定床及移動(dòng)床反應(yīng)器相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)更加簡單，反應(yīng)器制造成本更低。
[0020]與流化床反應(yīng)器相比，本發(fā)明操作費(fèi)用降低，沒有因催化劑顆粒被反應(yīng)氣體夾帶而產(chǎn)生的催化劑嚴(yán)重跑損現(xiàn)象，同時(shí)避免了反應(yīng)氣體中含有大量催化劑細(xì)粉所造成的管線磨損及分離系統(tǒng)堵塞等問題。
[0021]同時(shí)，由于在第一級進(jìn)料中增加了大量的循環(huán)烴，反應(yīng)器溫升可以得到很好的控制，且丙烯收率由于回?zé)挼募尤胂噍^于單程甲醇制丙烯反應(yīng)可增加30% (碳基)左右。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明徑向固定床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明徑向固定床反應(yīng)器進(jìn)料剖面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖1所示，一種用于以含氧化合物為原料生產(chǎn)丙烯的徑向固定床反應(yīng)器，包括:
1-反應(yīng)氣體入口，2-反應(yīng)氣體預(yù)分布器，3-上封頭，4-含催化劑上封板，5-催化劑進(jìn)料口，
6-圓柱形殼體，7-多孔壁外筒，8-催化劑裝填區(qū)，9-多孔壁內(nèi)筒，10-反應(yīng)氣體外部流道，
I1-催化劑下封板，12-反應(yīng)氣體內(nèi)部流道，13-催化劑卸料口，14-下封頭，15-產(chǎn)物氣體出□。
[0024]由于甲醇制丙烯反應(yīng)過程中低甲醇分壓對丙烯選擇性有利，因此反應(yīng)過程中的操作壓力應(yīng)處于較低水平，這就要求反應(yīng)器也是低壓降反應(yīng)器。本發(fā)明中各級反應(yīng)器裝填區(qū)厚度在20(T800mm之間，床層壓降在5?30kPa之間，很好的滿足了 MTP反應(yīng)的要求。同時(shí)，由于多級反應(yīng)器內(nèi)催化劑的裝填量逐級遞增，在保證催化劑裝填厚度一致的前提下，可以通過增加反應(yīng)器高度的方式增加催化劑裝填量。但也應(yīng)該指出的是，不僅限于增加催化劑床層高度，也可適當(dāng)增加催化劑床層厚度，但增量不應(yīng)過大。
[0025]第一級反應(yīng)器原料氣體是有甲醇、二甲醚、工藝蒸汽、C2和C4?C6烯烴及烷烴所組成的混合物料。工藝蒸汽的加入可以降低甲醇、二甲醚的分壓，提高丙烯選擇性，同時(shí)還可以在一定程度上抑制催化劑表面的積炭失活。而C2和C4?C6烯烴及烷烴的加入一方面提高了反應(yīng)物流的熱容，降低了反應(yīng)過程中的絕熱溫升。同時(shí)C2和C4?C6烯烴之間還可以發(fā)生反應(yīng)增廣丙稀，提聞丙稀的最終廣率。
[0026]實(shí)施例1
原料氣體從反應(yīng)氣體入口(I)處進(jìn)入反應(yīng)器，并首先經(jīng)過反應(yīng)氣體預(yù)分布器(2)進(jìn)行預(yù)分布。隨后反應(yīng)氣體進(jìn)入反應(yīng)氣體外部流道(10)，再次經(jīng)過多孔壁外筒(7)在軸向均勻分布后進(jìn)入催化劑裝填區(qū)(8)與ZSM-5分子篩催化劑接觸并發(fā)生反應(yīng)。產(chǎn)物氣體經(jīng)多孔壁內(nèi)筒(9)流出催化劑床層并在反應(yīng)氣體內(nèi)部流道(12)中被收集后從產(chǎn)物氣體出口(15)排出反應(yīng)器外。該過程中反應(yīng)氣體的流向從反應(yīng)器上部進(jìn)入下部流出，在反應(yīng)器內(nèi)部則是從外向內(nèi)流動(dòng)。
[0027]本實(shí)施例中采用3臺固定床反應(yīng)器串聯(lián)，反應(yīng)溫度為470°C，反應(yīng)壓力以表壓計(jì)
0.1 MPa, 3臺反應(yīng)器的催化劑裝填厚度均為500 mm，入口循環(huán)烴與總甲醇的質(zhì)量比為
1.3:1，第3段反應(yīng)器出口丙烯碳基收率為70.1%。
[0028]實(shí)施例2
原料氣體從反應(yīng)氣體入口(I)處進(jìn)入反應(yīng)器，并首先經(jīng)過反應(yīng)氣體預(yù)分布器(2)進(jìn)行預(yù)分布。隨后反應(yīng)氣體進(jìn)入反應(yīng)氣體外部流道(10)，再次經(jīng)過多孔壁外筒(7)在軸向均勻分布后進(jìn)入催化劑裝填區(qū)(8)與ZSM-5分子篩催化劑接觸并發(fā)生反應(yīng)。產(chǎn)物氣體經(jīng)多孔壁內(nèi)筒(9)流出催化劑床層并在反應(yīng)氣體內(nèi)部流道(12)中被收集后從產(chǎn)物氣體出口(15)排出反應(yīng)器外。該過程中反應(yīng)氣體的流向從反應(yīng)器上部進(jìn)入下部流出，在反應(yīng)器內(nèi)部則是從外向內(nèi)流動(dòng)。
[0029]本實(shí)施例中采用4臺固定床反應(yīng)器串聯(lián)，反應(yīng)溫度為470°C，反應(yīng)壓力以表壓計(jì)
0.1MPa, 3臺反應(yīng)器的催化劑裝填厚度均為400 mm，入口循環(huán)烴與總甲醇的質(zhì)量比為
1.1:1，第4段反應(yīng)器出口丙烯碳基收率為68.7%。
[0030]實(shí)施例3
原料氣體從反應(yīng)氣體入口(I)處進(jìn)入反應(yīng)器，并首先經(jīng)過反應(yīng)氣體預(yù)分布器(2)進(jìn)行預(yù)分布。隨后反應(yīng)氣體進(jìn)入反應(yīng)氣體外部流道(10)，再次經(jīng)過多孔壁外筒(7)在軸向均勻分布后進(jìn)入催化劑裝填區(qū)(8)與ZSM-5分子篩催化劑接觸并發(fā)生反應(yīng)。產(chǎn)物氣體經(jīng)多孔壁內(nèi)筒(9)流出催化劑床層并在反應(yīng)氣體內(nèi)部流道(12)中被收集后從產(chǎn)物氣體出口(15)排出反應(yīng)器外。該過程中反應(yīng)氣體的流向從反應(yīng)器上部進(jìn)入下部流出，在反應(yīng)器內(nèi)部則是從外向內(nèi)流動(dòng)。
[0031]本實(shí)施例中采用5臺固定床反應(yīng)器串聯(lián)，反應(yīng)溫度為470°C，反應(yīng)壓力以表壓計(jì)
0.1 MPa, 3臺反應(yīng)器的催化劑裝填厚度均為300 mm，入口循環(huán)烴與總甲醇的質(zhì)量比為
1.3:1，第5段反應(yīng)器出口丙烯碳基收率為67.2%。
【權(quán)利要求】
1.一種用于以含氧化合物為原料生產(chǎn)丙烯的多級徑向固定床反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于徑向固定床反應(yīng)系統(tǒng)包括多臺徑向固定床反應(yīng)器及級間混合器，所述的徑向固定床反應(yīng)器包括:圓柱形殼體(6)、上封頭(3)和下封頭(14)所組成的圓筒形反應(yīng)器，圓筒形反應(yīng)器上下部分別設(shè)有反應(yīng)氣體入口(I)、反應(yīng)氣體預(yù)分布器(2)和產(chǎn)物氣體出口(15)、催化劑進(jìn)料口(5)和催化劑卸料口(13);圓筒形反應(yīng)器內(nèi)部布置有與圓柱形殼體同軸的多孔壁內(nèi)筒(9)和多孔壁外筒(7)，多孔壁外筒(7)和圓柱形殼體(6)之間構(gòu)成反應(yīng)氣體外部流道(10)，多孔壁內(nèi)筒(9)與產(chǎn)物氣體出口(15)構(gòu)成反應(yīng)氣體中心流道(12)，多孔壁內(nèi)筒(9)和多孔壁外筒(7)之間為催化劑裝填區(qū)(8)，催化劑裝填區(qū)(8)上下部分別設(shè)有催化劑上封板(4)和下封板(11); 所述的級間混合器設(shè)置在每兩級徑向固定床反應(yīng)器之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向固定床反應(yīng)器，其特征在于:所述的徑向固定床反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)氣體預(yù)分布器(2)在反應(yīng)器頂部與反應(yīng)氣體入口相連，反應(yīng)氣體預(yù)分布器(2)為多孔壁圓筒，開孔為均勻孔，開孔率為1(Γ50%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向固定床反應(yīng)器，其特征在于:所述的徑向固定床反應(yīng)器內(nèi)多孔壁外筒(7)和多孔壁內(nèi)筒(9)開孔可為均勻開孔或非均勻開孔，開孔率為109Γ50%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向固定床反應(yīng)器，其特征在于:所述的反應(yīng)器內(nèi)催化劑裝填區(qū)(8)的床層壓降為5?30kPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向固定床反應(yīng)器，其特征在于:所述的徑向固定床反應(yīng)器內(nèi)催化劑裝填區(qū)(8)的床層厚度為20(T800mm，催化劑裝填量逐級遞增。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向固定床反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于:所述的多級反應(yīng)器個(gè)數(shù)為個(gè)。
7.一種用于以含氧化合物為原料生產(chǎn)丙烯的多級徑向固定床反應(yīng)方法，其特征在于將甲醇原料首先經(jīng)DME預(yù)反應(yīng)器反應(yīng)生成甲醇、二甲醚和水的混合物，隨后將該混合物流分為N股，N的個(gè)數(shù)與徑向固定床反應(yīng)器個(gè)數(shù)相同，其中第一股與工藝蒸汽、第N級徑向固定床反應(yīng)器出口生成的部分C2及C4?C6各碳數(shù)烯烴和烷烴的混合物混合后注入第一級徑向固定床反應(yīng)器，第M級徑向固定床反應(yīng)器流出的反應(yīng)物流與第M股甲醇、二甲醚和水的混合物混合降溫后作為第M+1級徑向固定床反應(yīng)器的進(jìn)料，其中M大于I小于N-1。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反應(yīng)方法，其特征在于:所述的各級徑向固定床反應(yīng)器入口溫度在450?470 °C之間，壓力以表壓計(jì)0.1?0.3 MPaG0
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反應(yīng)方法，其特征在于:所述的各級徑向固定床反應(yīng)器進(jìn)料中含氧化合物的質(zhì)量比與各級徑向固定床反應(yīng)器床層催化劑的質(zhì)量比相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反應(yīng)方法，其特征在于:所述的第一級徑向固定床反應(yīng)器進(jìn)料中C2及C4?C6各碳數(shù)烯烴和烷烴的混合物的總質(zhì)量與各級進(jìn)料中甲醇和二甲醚的總質(zhì)量之比不超過1.5:1。
【文檔編號】C07C1/20GK104248940SQ201410492519
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】廖祖維, 馮翔, 王靖岱, 蔣斌波, 陽永榮, 黃正梁, 嚴(yán)麗霞, 蔣云濤, 陸飛鵬 申請人:浙江大學(xué)