流化床反應(yīng)器、反應(yīng)設(shè)備和烯烴制備方法和芳烴制備方法
【專利說明】流化床反應(yīng)器、反應(yīng)設(shè)備和稀輕制備方法和芳輕制備方法
[0001] 相關(guān)申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求享有于2014年10月14日提交的名稱為"甲醇制烯烴多區(qū)耦合強化方 法"的中國專利申請CN201410539938. 0的優(yōu)先權(quán)，該申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，特別是一種流化床反應(yīng)器。本發(fā)明還涉及包括這種用于流 化床反應(yīng)器的反應(yīng)設(shè)備，以及制烯烴的方法以及制備芳烴的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 在現(xiàn)代石油化工領(lǐng)域中，乙烯和丙烯是最為關(guān)鍵的兩大基礎(chǔ)原料。乙烯可用于制 備聚乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯、環(huán)氧乙烷、乙二醇等下游產(chǎn)品。丙烯可用于制備聚丙烯、丙烯 腈、環(huán)氧丙烷、異丙醇等下游產(chǎn)品。乙烯、丙烯以及其下游產(chǎn)品均在工農(nóng)業(yè)、交通、國防等領(lǐng) 域有著廣泛的應(yīng)用。
[0005] 近年來，乙烯與丙烯的需求持續(xù)走高，然而在石油資源日趨匱乏的情況下，非石油 資源生產(chǎn)乙烯、丙烯的煤化工技術(shù)能夠極大緩解我國石油供應(yīng)緊張的局面，這對于促進我 國重化工的發(fā)展具有重要的意義。這種煤化工技術(shù)是由煤制備含氧物，然后由含氧物制備 烯烴。
[0006] 當前，目前含氧物制烯烴的裝置與催化裂化裝置相似，均為連續(xù)反應(yīng)-再生方式。 在美國專利US166282中公布了一種氧化物轉(zhuǎn)化為低碳烯烴的方法與反應(yīng)器。該專利文件 的技術(shù)方案使用了快速流化床反應(yīng)器。氣體在氣速較低的反應(yīng)區(qū)反應(yīng)完成后，上升到內(nèi)徑 急劇變小的快分區(qū)。采用粗旋進行初步分離出產(chǎn)物中夾帶的催化劑。由于產(chǎn)物與催化劑分 離快速，有效防止了二次反應(yīng)的發(fā)生。該文獻采用上行快速流化床作為反應(yīng)器，其進料入口 是傳統(tǒng)型入口。
[0007][0008][0009] 在現(xiàn)有技術(shù)中，流化床反應(yīng)器內(nèi)的催化劑顆粒濃度分布并不均勻，而是呈頂部稀、 底部濃并且中間稀、四周濃的分布特征，這嚴重影響反應(yīng)效率。因此，急需在這一方面進行 改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對上述問題，本發(fā)明提出了一種流化床反應(yīng)器。在使用這種流化床反應(yīng)器時，催 化劑能在流化床反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)內(nèi)均勻分布，由此提高了反應(yīng)效率。本發(fā)明還涉及包括這 種流化床反應(yīng)器的反應(yīng)設(shè)備，以及使用反應(yīng)設(shè)備由含氧物制備烯烴的方法和由含氧物制備 芳烴的方法。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種流化床反應(yīng)器，其包括處于下方的入口區(qū)、處 于上方的出口區(qū)，以及處于入口區(qū)和出口區(qū)之間的反應(yīng)區(qū)。在反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)導(dǎo)流板，導(dǎo)流板包 括處于中間區(qū)域的密通道區(qū)和設(shè)置在外周并圍繞密通道區(qū)的疏通道區(qū)。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的流化床反應(yīng)器，密通道區(qū)對物料朝向上方運動的阻礙作用較大，而 疏通道區(qū)對物料朝向上方運動的阻礙作用較小。因此，特別是對于反應(yīng)物料為氣體時，在流 化床反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)的中間部分的氣體壓降較大，而周圍的氣體壓降較小。在流化床反應(yīng) 器內(nèi)，在導(dǎo)流板的下方，處于流化床反應(yīng)器的中間區(qū)域的氣體會被迫流到周圍區(qū)域，使得穿 過疏通道區(qū)的氣體的速度得以提高。這樣，在導(dǎo)流板的上方，在流化床反應(yīng)器的周向邊緣區(qū) 域的氣流速度就會增大，存在于流化床反應(yīng)器的周向邊緣區(qū)域處的催化劑顆粒就會因此被 吹起來。在流化床反應(yīng)器的器壁的影響以及流化床反應(yīng)器內(nèi)的整體物料流動的影響下，被 吹起來的催化劑顆粒會朝向流化床反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)的中間部分流動。由此，使得從流化床 反應(yīng)器的徑向上看，催化劑顆粒在徑向上分布較為均勻。反應(yīng)效率也會由此而提高。
[0013] 在一個實施例中，密通道區(qū)的通道的尺寸小于疏通道區(qū)的通道的尺寸。優(yōu)選地，密 通道區(qū)的通道的尺寸與疏通道區(qū)的通道的尺寸之比在1/4-2/3之間。更優(yōu)選地，密通道區(qū) 的通道的尺寸在〇. 01-0. 〇8m之間。這是由于在流化床反應(yīng)器中，單個氣泡的尺寸會由于流 化床反應(yīng)器的直徑不同而有所變化，但一般情況下不會大于0. 12m。這使得流化床反應(yīng)器內(nèi) 存在的反應(yīng)物料的氣泡和催化劑顆粒團聚體會被破碎。這就提高了反應(yīng)物料與催化劑混合 的均勻程度，擴大了反應(yīng)物料與催化劑的接觸面積，這有助于進一步提高反應(yīng)效率。
[0014] 在一個實施例中，密通道區(qū)和疏通道區(qū)均由具有均勻分布的孔的圓板、間隔分布 的多個同心環(huán)形斜板，或間隔式平行設(shè)置的多個直板構(gòu)成。這些類型的導(dǎo)流板可對氣體流 動起到引導(dǎo)作用，這有助于進一步提高催化劑的徑向分布的均勻性。
[0015] 在一個實施例中，密通道區(qū)為圓形，疏通道區(qū)為圓環(huán)形，并且密通道區(qū)的直徑與疏 通道區(qū)的寬度之比在2/1-9/1之間。這種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)流板使得其在流化床反應(yīng)器內(nèi)的安裝更 加方便。
[0016] 在一個實施例中，導(dǎo)流板的數(shù)量為多個，并且沿著流化床反應(yīng)器的軸向分布。多個 導(dǎo)流板能夠進一步提高催化劑顆粒在流化床反應(yīng)器的在徑向上的分布均勻性，而且有助于 進一步破碎反應(yīng)物料的氣泡和催化劑顆粒團聚體。這有助于進一步提高反應(yīng)效率。
[0017] 在一個實施例中，在流化床反應(yīng)器的出口區(qū)設(shè)置有提速氣入口。優(yōu)選地，提速氣入 口構(gòu)造為從下方斜朝向上方延伸。這樣，可經(jīng)提速氣體入口向流化床反應(yīng)器的出口區(qū)的注 入速度較高的氣體，例如氮氣、惰性氣體或水蒸氣。通過注入這些氣體，可以使流化床反應(yīng) 器內(nèi)的壓力變得更加平衡。催化劑在流化床反應(yīng)器內(nèi)的分布也就會更加均勻，這克服了在 現(xiàn)有技術(shù)中的流化床反應(yīng)器中，頂部的催化劑密度較小，底部的催化劑密度較大的缺陷。整 體來說，通過設(shè)置提速氣體入口，催化劑會沿著流化床反應(yīng)器的軸向較為均勻地分布，優(yōu)化 氣固接觸效率，同時有助于提高催化劑在整個反應(yīng)設(shè)備內(nèi)的循環(huán)速度，產(chǎn)物的收率也較高。
[0018] 在一個具體的實施例中，提速氣入口與流化床反應(yīng)器的縱向軸線的夾角在5度到 39度之間。在另一個具體的實施例中，提速氣入口的直徑與所述流化床反應(yīng)器的出口區(qū)的 直徑之比在0. 01到0. 1之間。在另一個具體的實施例中，流化床反應(yīng)器的出口區(qū)的處于提 速氣入口上方的部分的長度與流化床反應(yīng)器的出口區(qū)的整體長度之比在0. 1-0. 8。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出了一種反應(yīng)設(shè)備，其包括根據(jù)上文所述的流化床反 應(yīng)器，還包括與流化床反應(yīng)器相連的分離裝置和催化劑再生裝置。分離裝置包括：與流化 床反應(yīng)器的出口區(qū)連通的氣固粗分離器，豎直設(shè)置的緩沖器，緩沖器的下部區(qū)域與連通氣 固粗分離器的固體出口以收集催化劑顆粒，緩沖器的上部區(qū)域連通與氣固粗分離器的氣體 出口，氣固精分離器，氣固精分離器的入口與緩沖器的上部區(qū)域連通，氣固精分離器的固體 出口與緩沖器的下部區(qū)域連通。催化劑再生裝置包括處于下方的進料區(qū)和處于上方的出料 區(qū)，進料區(qū)設(shè)置為低于緩沖器的下部區(qū)域，出料區(qū)設(shè)置為高于流化床反應(yīng)器的入口區(qū)。緩沖 器的下部區(qū)域通過第二管道與催化劑再生裝置的進料區(qū)相連通，催化劑再生裝置的出料區(qū) 通過第三管道與流化床反應(yīng)器的入口區(qū)相連通。
[0020] 分離裝置中的氣固粗分離器和氣固精分離器能夠來自流化床反應(yīng)器的產(chǎn)物中被 夾帶的催化劑快速分離出去，從而有效地避免了產(chǎn)物在仍具有活性的待生催化劑的催化作 用下發(fā)生二次反應(yīng)的問題。較快的分離速度也大大提高了生產(chǎn)效率。此外，通常而言，來自 流化床反應(yīng)器的產(chǎn)物具有很高的速度，這會對接受該高速的產(chǎn)物的裝置產(chǎn)生很大的沖擊而 導(dǎo)致裝置發(fā)生劇烈的振動，甚至被損壞。在本發(fā)明中，在氣固粗分離器和氣固精分離器之間 設(shè)置了緩沖器，氣固粗分離器和緩沖器共同承擔了高速的產(chǎn)物的沖擊，避免了整個分離裝 置被損壞，并且氣固粗分離器和緩沖器中的每一個也無需較大的尺寸。
[0021] 在一個實施例中，緩沖器的上部區(qū)域的直徑小于下部區(qū)域的直徑。優(yōu)選地，上部區(qū) 域的直徑與下部區(qū)域的直徑之比在0. 05到0. 5之間。緩沖器的直徑較小的上部區(qū)域能迅 速降低由流化床反應(yīng)器快速進入上部區(qū)域的產(chǎn)物帶來的氣流波動，以使得緩沖器的下部區(qū) 域仍處于較為平靜的狀態(tài)，這使得催化劑能夠穩(wěn)定地容納在緩沖器的下部區(qū)域內(nèi)，這提高 了氣固分離效率。
[0022] 在一個實施例中，緩沖器的下部區(qū)域構(gòu)造并設(shè)置成能夠進行汽提操作。例如，可以 在緩沖器的下端設(shè)置蒸汽入口，并且在緩沖器的下部區(qū)域的內(nèi)部設(shè)置適于進行汽提操作的 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，這里結(jié)構(gòu)或構(gòu)件是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的。通過從緩沖器的下端向緩沖 器的下部區(qū)域內(nèi)充入蒸汽，例如水蒸氣，可以將被催化劑夾帶的產(chǎn)物與催化劑分離。所分離 的產(chǎn)物會隨著水蒸氣上升到緩沖器的上部區(qū)域而與產(chǎn)物混合，這樣就大大提高了產(chǎn)物的收 率。此外，如上文所述，緩沖器的結(jié)構(gòu)使得緩沖器的下部區(qū)域內(nèi)不會發(fā)生劇烈的氣流波動， 這也非常有利于汽提操作。
[0023] 在一個實施例中，氣固粗分離器的氣體出口與緩沖器的連接位置在氣固精分離器 的入口與緩沖器的連接位置的下方。這種結(jié)構(gòu)使得當產(chǎn)物在緩沖器內(nèi)向上流動時，被夾帶 的催化劑可從產(chǎn)物中沉淀下來，這進一步提高了氣固分離效率。
[0024] 在一個實施例中，氣固粗分離器和氣固精分離器均為單個的旋風分離器。在另一 個實施例中，氣固粗分離器為單個的旋風分離器，氣固精分離器包括兩級或多級串聯(lián)的旋 風分離器，其中，該兩級或多級串聯(lián)的旋風分離器構(gòu)造為：第一級的旋風分離器的入口與緩 沖器的上部區(qū)域連通，從最后一級的旋風分離器氣體出口得到產(chǎn)物，上游的旋風分離器的 氣體出口與下游相鄰的旋風分離器的入口連通，旋風分離器的固體出口與緩沖器的下部區(qū) 域相連通。此外，多個串聯(lián)使用的旋風分離器能夠提高從產(chǎn)物中分離催化劑的效果，這有助 于提高催化劑的回收效率，