專利名稱：一種有機含氧化合物制低碳烯烴的反應-再生系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種有機含氧化合物制低碳烯烴的反應-再生系統(tǒng)，還涉及一種減少有機含氧化合物制低碳烯烴的催化劑粉化損耗的方法。
背景技術(shù)：
有機含氧化合物、例如甲醇和/或二甲醚制低碳烯烴技術(shù)開辟了由煤炭生產(chǎn)基本有機化工原料的新工藝路線，典型技術(shù)是甲醇制烯烴(MTO)，其以甲醇為原料生產(chǎn)烯烴混合物。通常而言，MTO成套技術(shù)由反應技術(shù)和分離技術(shù)組成。反應技術(shù)以催化劑研制和反應器開發(fā)設計為核心；而產(chǎn)品分布和純度要求則是開發(fā)分離工藝的基礎。MTO工藝的全過程可分為反應-再生系統(tǒng)和反應氣分離系統(tǒng)兩部分。反應部分只有氣-固兩相，該催化反應為放熱反應。失活的催化劑需在流化床再生器中燃炭再生，然后，返回流化床反應器中繼續(xù)反應。反應器和再生器都設有移熱裝置。MTO實際上是由合成氣經(jīng)甲醇轉(zhuǎn)化為低碳烯烴的工藝。國際上一些著名的石油和化學公司，如埃克森美孚公司(Exxon-Mobil)、巴斯夫公司(BASF)、環(huán)球石油公司(UOP)和海德魯公司(Norsk Hydro)都投入大量資金和人員，進行了多年的研究。總體而言，有機含氧化合物制低碳烯烴技術(shù)已日益成熟，并達到了可大規(guī)模工業(yè)化或商業(yè)化的程度，特別是各種MTO工藝，其技術(shù)更加成熟，工業(yè)化經(jīng)驗更加豐富，目前，最具代表性的MTO工藝主要·包括:U0P/Hydro工藝、大化所(DMTO)工藝和ExxonMobil工藝。目前，雖然MTO工藝已經(jīng)成熟，但在MTO工藝進行大規(guī)模工業(yè)化或商業(yè)化的過程中也遇到了一些工程上的實際問題。MTO反應中催化劑易于積碳失活，需對催化劑進行連續(xù)反應、再生操作，在流化床結(jié)構(gòu)的反應一再生體系中，催化劑顆粒的劇冷、劇熱、相互碰撞和催化劑在設備表面運動產(chǎn)生的磨損，造成催化劑在使用過程中發(fā)生粉化損耗。例如，粒徑小于10微米、特別是小于5微米的催化劑顆粒用常規(guī)的氣-固分離裝置、例如旋風分離器已經(jīng)很難將它們從產(chǎn)物氣中分離出來，這些催化劑細顆粒和/或細粉被產(chǎn)物氣帶到產(chǎn)物分離工藝中下游工段，例如帶到急冷塔、水洗塔、急冷水旋液分離器以及各種換熱器中時，會導致這些裝置效率降低、操作異常，甚至是設備堵塞而不得不停車維修，這將會增大勞動強度和設備運行維修成本。因此，避免MTO產(chǎn)物氣所挾裹的催化劑細顆粒和/或細粉進入產(chǎn)物分離工藝最好的辦法就是減少在反應-再生系統(tǒng)中這些催化劑細顆粒和/或細粉的生成量，即減少催化劑在反應-再生過程中的粉化損耗。US6166282公開了一種用于MTO工藝的快速流化床反應器，該文獻詳細描述了這種MTO反應器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，物料的分配和流向，尤其是催化劑在反應器中分離的形式，但未涉及如何避免催化劑的粉化損耗。CN101811071B公開了甲醇制烯烴過程中失活催化劑燒炭再生的控制方法，該方法通過增加一個輔助燃燒室控制再生燃燒介質(zhì)的氧含量，從而提高失活催化劑的燒炭效率，進而提高失活催化劑的再生能力，最終達到提高低碳烯烴收率的目的，但該文獻也未涉及如何避免催化劑粉化損耗的問題。
上述專利文獻在此全文引入以作參考。然而，至今，還沒有找到一個減少催化劑在反應-再生過程中粉化損耗的好辦法。本發(fā)明致力于解決上述技術(shù)問題，并力爭找到解決上述問題的實用辦法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種有機含氧化合物制低碳烯烴的反應-再生系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:反應器，在400-55(TC下工作；再生器，在600-80(TC下工作，失活催化劑在所述再生器中除碳再生；失活催化劑輸送管道，連通所述反應器與所述再生器，用于使失活催化劑由所述反應器進入所述再生器中；再生催化劑輸送管道，連通所述再生器與所述反應器，用于使再生催化劑由所述再生器進入所述反應器中，其特征在于:在所述失活催化劑輸送管道和所述再生器之間還具有至少一個換熱器，用于減少失活催化劑在進入所述再生器時的溫度和所述再生器工作溫度的差。通常，所述有機含氧化合物的實例可為甲醇和/或二甲醚；所述低碳烯烴的實例可為乙烯和/或丙烯。優(yōu)選地，所述換熱器是垂直排布的直管式加熱器或夾套式加熱器；所述反應器和/或再生器是流化床結(jié)構(gòu)的反應器和/或再生器，其中，所述反應器和/或再生器內(nèi)部具有用于氣-固分離的旋風分離器和/或旋風分離器級聯(lián)；優(yōu)選地 ，失活催化劑在進入所述再生器時的溫度和所述再生器工作溫度的差小于200°C;所述催化劑是SAP0-34，其為具有(SiO4)和(AlO4)單元的硅鋁磷酸鹽分子篩催化劑；所述換熱器的換熱介質(zhì)為所述再生器產(chǎn)生的熱煙氣。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種減少有機含氧化合物制低碳烯烴的催化劑粉化損耗的方法，其特征在于:在失活催化劑輸送管道和催化劑再生器之間設置至少一個換熱器，減少失活催化劑在進入所述再生器時的溫度和所述再生器工作溫度的差。在上述方法中，所述失活催化劑在進入所述再生器時的溫度和所述再生器工作溫度的差優(yōu)選小于250°C，更優(yōu)選小于200°C，最優(yōu)選小于180°C。


構(gòu)成本發(fā)明說明書一部分的說明書附圖用來對本發(fā)明作進一步解釋，本發(fā)明附圖及其說明用于詳細解釋本發(fā)明，以使本領域普通技術(shù)人員更加清楚地理解本發(fā)明的實質(zhì)，其并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的任何限制。圖1是本發(fā)明有機含氧化合物制低碳烯烴的反應-再生系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式通過以下參考附圖的描述進一步詳細解釋本發(fā)明，但以下描述僅用于使本發(fā)明所屬技術(shù)領域的普通技術(shù)人員能夠更加清楚地理解本發(fā)明的原理和精髓，并不意味著對本發(fā)明進行任何形式的限制。附圖中等同的或相對應的部件或特征用相同的標記數(shù)表示。如圖1所示，通常，經(jīng)MTO反應器上部擴大段內(nèi)布置的若干組串聯(lián)的一級和二級旋風氣-固分離器，MTO產(chǎn)物氣與絕大多數(shù)待生(失活)催化劑顆粒相分離，待生(失活)催化劑顆粒經(jīng)管道由所述反應器進入再生器中進行除碳再生(活化)；而MTO產(chǎn)物氣則離開MTO反應器進入三級旋風氣-固分離器，MTO產(chǎn)物氣在三級旋風氣-固分離器入口處的固體顆粒(攜帶的少量催化劑細顆粒和/或細粉)濃度通常為800-900mg/m3，在三級旋風氣-固分離器出口處的濃度通常為150-300mg/m3。因此，三級旋風氣-固分離器可將絕大部分催化劑細顆粒和/或細粉分離出來，但仍然有一部分粒徑在10微米以下、特別是在5微米以下的催化劑細顆粒和/或細粉，三級旋風氣-固分離器是無法分離出來的，它們隨MTO產(chǎn)物氣進入產(chǎn)物分離工藝中下游工段，影響了產(chǎn)物分離工藝中下游工段的設備正常的運行。為了減少進入產(chǎn)物分離工藝中下游工段的催化劑細顆粒和/或細粉，最好的辦法就是減少在反應-再生系統(tǒng)中這些催化劑細顆粒和/或細粉的生成量，即減少催化劑在反應-再生過程中的粉化損耗。通常，進入有機含氧化合物制低碳烯烴的反應-再生系統(tǒng)中的新鮮催化劑的粒徑為40-150微米，理論上講，這樣粒徑的固體顆粒完全可用常規(guī)的氣-固分離設備、例如1-2級旋風機和/或旋風機級聯(lián)分離出來。

但在有機含氧化合物、例如甲醇和/或二甲醚制低碳烯烴的過程中，需要將反應器中積炭后的待生(失活)催化劑通過輸送管線送入再生器中進行燒炭再生。由于再生器中的工作溫度遠高于反應器的工作溫度，同時，由于輸送管線較長，也存在待生(失活)催化劑在輸送過程中逐漸降溫的問題，因此，待生催化劑在進入再生器時的溫度和再生器內(nèi)的溫度差別很大。劇烈的溫差和頻繁的再生過程將會產(chǎn)生巨大的熱應力，這對催化劑的物理性質(zhì)有著較大的影響，是催化劑粉化破損的重要原因之一，此外，催化劑顆粒的相互碰撞和催化劑在設備表面運動產(chǎn)生的磨損，也是造成催化劑顆粒在使用過程中發(fā)生粉化破損的原因。催化劑粉化破損將導致1-2級氣-固旋風分離器的分離效率下降，造成大量催化劑細顆粒和/或細粉被MTO產(chǎn)物氣夾帶至產(chǎn)物分離工藝中下游工段、例如水洗塔中，從而，大大增加了催化劑的損耗率。目前，催化劑的價格非常昂貴，大量的催化劑損耗不僅增加了后續(xù)工藝的難度，而且也提高了系統(tǒng)運行的經(jīng)濟成本。本發(fā)明首次提出:在待生(失活)催化劑的輸送管道和再生器之間設置至少一個換熱器，在待生(失活)催化劑進入再生器前，加熱待生(失活)催化劑，以提高其溫度，從而縮小待生(失活)催化劑和再生器器內(nèi)部的溫差，削弱待生催化劑在快速加熱或升溫過程中產(chǎn)生的過量熱應力，從而，避免因待生(失活)催化劑短時間內(nèi)溫度巨變產(chǎn)生巨大和過量熱應力、導致催化劑粉化破損的問題，這樣實際上就減少了催化劑細顆粒和/或細粉的生成量，從而降低了催化劑的粉化損耗，這對于有機含氧化合物制低碳烯烴的工業(yè)生產(chǎn)過程有著重要的意義?，F(xiàn)在,結(jié)合圖1和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述:如圖1所示，反應原料從原料入口分布器2進入反應器的密相反應區(qū)I后和催化劑發(fā)生反應，產(chǎn)物氣從反應器上部的出口 5離開反應器，產(chǎn)物氣夾帶催化劑顆粒在上升過程中，絕大部分催化劑顆粒在反應器的沉降段4中被分離下來，其余的催化劑顆粒主要被1-2級氣-固旋風分離器3分離下來。密相反應區(qū)I的催化劑經(jīng)過反應后不斷積炭，逐漸失活，積炭后的待生(失活)催化劑進入待生催化劑輸送管道6，再經(jīng)過換熱器10被加熱后進入再生器7中再生。待生催化劑上的積炭和再生氣體發(fā)生反應，再生氣體為壓縮空氣，再生器7中產(chǎn)生的廢煙氣通過出口 9排出，而再生(活化)后的催化劑通過再生催化劑輸送管道8進入反應器中，再次參與反應。在上述過程中，由于再生器7中產(chǎn)生的廢煙氣從出口 9排出時的溫度較高，最高時可超過800°C，其完全可作為換熱器10所使用的換熱介質(zhì)，用于加熱去往再生器7的待生(失活)催化劑，從而縮小待生(失活)催化劑在進入再生器7時的溫度和再生器7中的工作溫度的差，以避免待生催化劑在進入再生器7時因承受劇烈溫差而內(nèi)部產(chǎn)生巨大熱應力，導致其自身被熱應力粉化破損。優(yōu)選地，經(jīng)過上述換熱器10加熱，待生(失活)催化劑在進入再生器7時的溫度和再生器7中的工作溫度的差小于250°C，更優(yōu)選小于200°C，最優(yōu)選小于180°C，例如小于150。。。下面，通過示例性、而非限制性的具體實施例更加詳細地解釋本發(fā)明，以使本領域普通技術(shù)人員更加清楚地理解本發(fā)明的實質(zhì)和精髓。實施例實施例1使用圖1所示實驗室規(guī)模的本發(fā)明系統(tǒng)和工藝進行甲醇制烯烴產(chǎn)物的反應-再生過程。本實施例1所采用的換熱器10是由耐高溫合金材料制作的夾套式加熱器，加熱介質(zhì)來源于再生器7的廢煙氣，其溫度為800°C。本實施例1所采用的工藝參數(shù)及其實驗結(jié)果表示在下面表I中。實施例2除了改變工藝參數(shù)外，重復實施例1的實驗過程，本實施例2所采用的工藝參數(shù)及其實驗結(jié)果也表示在下面表I中?！嵤├?除了改變工藝參數(shù)外，重復實施例1的實驗過程，本實施例3所采用的工藝參數(shù)及其實驗結(jié)果也表示在下面表I中。對比實施例1除了將圖1所示的加熱器10刪除、對待生催化劑不進行加熱外，重復實施例1的實驗過程，本對比實施例1所采用的工藝參數(shù)及其實驗結(jié)果也表示在下面表I中。表I
權(quán)利要求
1.一種有機含氧化合物制低碳烯烴的反應-再生系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: (1)反應器，在400-550°C下工作； (2)再生器，在600-800°C下工作，失活催化劑在所述再生器中除碳再生； (3)失活催化劑輸送管道，連通所述反應器與所述再生器，用于使失活催化劑由所述反應器進入所述再生器中；和 (4)再生催化劑輸送管道，連通所述再生器與所述反應器，用于使再生催化劑由所述再生器進入所述反應器中， 其特征在于:在所述失活催化劑輸送管道和所述再生器之間還具有至少一個換熱器，用于減少失活催化劑在進入所述再生器時的溫度和所述再生器工作溫度的差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述有機含氧化合物為甲醇和/或二甲醚；所述低碳烯烴為乙烯和/或丙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述換熱器是垂直排布的直管式加熱器或夾套式加熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述反應器和/或再生器是流化床結(jié)構(gòu)的反應器和/或再生器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述反應器和/或再生器內(nèi)部具有用于氣-固分離的旋風分離器和/或旋風分離器級聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，失活催化劑在進入所述再生器時的溫度和所述再生器工作溫度的差小于200°C。`
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述催化劑是SAP0-34。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述換熱器的換熱介質(zhì)為所述再生器產(chǎn)生的熱煙氣或加熱的壓縮空氣。
9.一種減少有機含氧化合物制低碳烯烴的催化劑粉化損耗的方法，其特征在于:在失活催化劑輸送管道和催化劑再生器之間設置至少一個換熱器，減少失活催化劑在進入所述再生器時的溫度和所述再生器工作溫度的差。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述失活催化劑在進入所述再生器時的溫度和所述再生器工作溫度的差小于200°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有機含氧化合物制低碳烯烴的反應-再生系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括反應器，在400-550℃下工作；再生器，在600-800℃下工作，催化劑失活后在所述再生器中除碳再生；失活催化劑輸送管道；再生催化劑輸送管道，此外，在所述失活催化劑輸送管道和所述再生器之間還具有至少一個換熱器，用于減少失活催化劑在進入所述再生器時的溫度和所述再生器工作溫度的差。本發(fā)明的反應-再生系統(tǒng)可有效減少催化劑因劇烈溫差產(chǎn)生熱應力而導致催化劑粉化損耗的問題。
文檔編號B01J29/90GK103242124SQ20131019216
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月22日
發(fā)明者許明, 翁力, 門卓武, 王向輝, 朱偉平, 邢愛華 申請人:神華集團有限責任公司, 北京低碳清潔能源研究所