一種用于甲醇制丙烯的反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及一種化工反應(yīng)裝置，尤其是涉及一種應(yīng)用于甲醇制丙烯的 反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002] 丙烯是一種非常重要的基礎(chǔ)化工原料，近年來(lái)其需求越來(lái)越大。甲醇轉(zhuǎn)化制烯烴 技術(shù)是以煤或天然氣經(jīng)合成氣生產(chǎn)得到的甲醇為原料，在分子篩催化劑的作用下以丙烯為 目標(biāo)產(chǎn)物的技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)MTP(Methanol to propylene)技術(shù)。該技術(shù)可以降低丙稀生產(chǎn)對(duì)石 油的依賴(lài)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)煤炭資源的高效轉(zhuǎn)化利用，尤其適合煤資源豐富的地區(qū)和國(guó)家。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種甲醇制丙烯的工藝，根據(jù)所使用的主要反應(yīng)器的不 同，可分為固定床技術(shù)、流化床技術(shù)和移動(dòng)床技術(shù)。流化床（CN203999437U、CN1356299)主 要應(yīng)用于以失活速率較快的SAP0-34為催化劑的工藝中，但其對(duì)丙烯的選擇性不高，為了 提高丙烯選擇性，需要多個(gè)流化床串聯(lián)操作，工藝復(fù)雜。同時(shí)，SAP0-34的積炭量大，降低了 流化床的經(jīng)濟(jì)性。移動(dòng)床和固定床主要應(yīng)用于以失活速率較慢的ZSM-5為催化劑的工藝 中。其中移動(dòng)床（CN102942435A、CN203668268)可以實(shí)現(xiàn)催化劑的連續(xù)再生，同時(shí)床層返混 小，接近活塞流。但甲醇制丙烯屬于強(qiáng)放熱反應(yīng)，而移動(dòng)床撤熱能力較弱，控溫困難，嚴(yán)重時(shí) 會(huì)導(dǎo)致催化劑床層飛溫。多段絕熱固定床（CN103980083A、CN103030505A)是工業(yè)上首選的 甲醇制丙烯反應(yīng)器，是由德國(guó)Lurgi公司首先開(kāi)發(fā)成功的（CN101287689A、CN101208281A)， 它具有成本低、操作簡(jiǎn)單、易于放大的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)級(jí)間冷激的方式，可以及時(shí)移除反應(yīng)放出 的熱量，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的穩(wěn)定操作，目前已有大型工業(yè)化的生產(chǎn)裝置。
[0004] 在工業(yè)上，甲醇制丙烯固定床中的ZSM-5分子篩一般被擠出制成直徑為3~5mm， 長(zhǎng)度為5-10mm的柱狀顆粒。這種顆粒狀催化劑使得催化劑床層阻力大、壓降大，內(nèi)擴(kuò)散阻 力也大，催化劑的效率因子低。為了獲得高的甲醇轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)原料的空時(shí)很長(zhǎng)，從而導(dǎo)致 副產(chǎn)物烷烴和芳烴的產(chǎn)率大。因此，目前的多段絕熱固定床反應(yīng)器工業(yè)化裝置的丙烯選擇 性較低，經(jīng)濟(jì)效益不高（王峰等，2014,石油煉制與化工45, 3)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種多級(jí)規(guī)整固定 床反應(yīng)器系統(tǒng)的裝置，該系統(tǒng)適用于甲醇制丙烯過(guò)程，具有壓降小、催化劑效率高、烷烴和 芳烴選擇性低、丙烯收率高等特點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種用于甲醇制丙烯的反應(yīng)器，該反應(yīng)器為多段絕熱固定床反應(yīng)器，每段床層裝 填有催化劑，包含甲醇或甲醇與二甲醚和水的混合物的反應(yīng)原料物流分為多股進(jìn)入床層， 第一段床層的反應(yīng)原料與含有丁烯或戊烯的物料混合后進(jìn)入反應(yīng)器，第二段及以后床層的 反應(yīng)原料與來(lái)自上一床層的溫度大于450°C的反應(yīng)后氣體在段間混合后再進(jìn)入下一床層， 所述的催化劑為蜂窩狀規(guī)整催化劑。
[0008] 所述的蜂窩狀規(guī)整催化劑是由活性組分HZSM-5分子篩和惰性載體組成，分子篩 負(fù)載于載體孔道的內(nèi)壁上，負(fù)載量為10~40gHZSM-5/lOOg載體（0. 05~0. 25gHZSM-5/ cm3)，負(fù)載厚度為0. 025~0. 3mm;所述的HZSM-5分子篩的硅鋁比為100~300,比表面積 為200~400m2/g;所述的惰性載體為蜂窩狀的堇青石，孔形為方孔或圓孔，孔密度為200~ 600孔/平方英寸，壁厚為0. 1~0. 4mm。
[0009] 所述的床層為一個(gè)蜂窩狀規(guī)整催化劑或多個(gè)蜂窩狀規(guī)整催化劑排列組成。
[0010] 多個(gè)蜂窩狀規(guī)整催化劑排列組成床層時(shí)，催化劑壁之間的空隙中裝填避免反應(yīng)氣 流從空隙中通過(guò)的熱膨脹材料。
[0011] 所述的蜂窩狀規(guī)整催化劑按軸向安裝，使反應(yīng)物流的主體流動(dòng)方向與孔道平行。
[0012] 增加床層級(jí)數(shù)有利于提高反應(yīng)器的甲醇處理量，但是會(huì)延長(zhǎng)碳?xì)浠衔锏耐Ａ魰r(shí) 間，從而降低丙烯的選擇性，選擇裝有催化劑的床層的段數(shù)為3-8段，優(yōu)選為4-6段。
[0013] 反應(yīng)器的下一段床層的催化劑裝填體積是上一段床層的催化劑裝填體積的 I. 0 ~1. 5 倍。
[0014] 由于蜂窩狀規(guī)整催化劑中載體壁的阻隔，床層徑向不能實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)，因此在裝有催 化劑的床層之間設(shè)置有反應(yīng)原料與來(lái)自上一床層的高溫反應(yīng)氣體的混合和均勻分布構(gòu)件， 使反應(yīng)氣流可以均勻通過(guò)每個(gè)催化劑孔道。
[0015] 裝有催化劑的床層的進(jìn)口的反應(yīng)溫度控制在420~460°C之間，出口溫度控制在 450~490°C之間；所述的反應(yīng)器進(jìn)口絕對(duì)壓力為0? 15-1.OMPa。
[0016] 所述催化劑的裝填量為0. 1~I.OkgHZSM-5分子篩/kg甲醇/hr，或者，進(jìn)入反應(yīng) 原料折合為甲醇（Ikg二甲醚相當(dāng)于64/46 =I. 3913kg甲醇）的流量為I. 0~10.Okg甲 醇/kg分子篩/hr。
[0017] 每段裝有催化劑的床層的進(jìn)口的反應(yīng)原料中甲醇和二甲醚的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5-20%;所述的第一段裝有催化劑的床層的水蒸氣進(jìn)口質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-40%。
[0018]蜂窩狀催化劑提供了均勻、有規(guī)則、直通的孔道，具有大空隙度，因此其壓降比填 充床低1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。蜂窩狀催化劑的規(guī)整結(jié)構(gòu)有利于物料與催化劑充分均勻接觸，減少 或避免了由于流動(dòng)不均勻產(chǎn)生的過(guò)熱點(diǎn)。另外，蜂窩狀催化劑的HZSM-5負(fù)載層可以很薄， 在不增加流動(dòng)阻力的同時(shí)使得內(nèi)擴(kuò)散路徑短，有利于消除內(nèi)擴(kuò)散阻力對(duì)非均相反應(yīng)的影 響，提高催化劑利用率。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：催化劑床層壓降小；幾乎無(wú)內(nèi)擴(kuò)散影響， 因此提高了催化劑效率，增加了反應(yīng)器的空速；反應(yīng)停留時(shí)間小，減少了烷烴和芳烴的生 成，提高了丙烯的選擇性；通過(guò)選擇合適的負(fù)載量，反應(yīng)結(jié)果可以接近粉末催化劑的性能。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ] 圖中，1為反應(yīng)原料物流，2為第一股反應(yīng)原料物流，3為冷激反應(yīng)原料物流，4為床 層，5為氣體分布器，6為循環(huán)烯烴及水蒸氣物流，7為產(chǎn)物物流，8為反應(yīng)器筒體。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0023] 實(shí)施例I:
[0024] 本實(shí)施例采用6段規(guī)整催化劑床層，其中每段床層的進(jìn)口溫度為460°C，每段床層 的甲醇轉(zhuǎn)化率為95 %。來(lái)自原料的物流為甲醇，其被分成6股，一股與循環(huán)烯烴和水蒸氣混 合后，進(jìn)入第一段床層，其余5股作為冷激物流進(jìn)入其余5段床層上方與上一床層的出口氣 體進(jìn)行混合。根據(jù)反應(yīng)絕熱溫升，可以確定每段床層的進(jìn)口甲醇濃度，從而確定冷激物流的 流量；根據(jù)冷激過(guò)程所需移除的熱量，可以確定冷激物流的溫度。經(jīng)反應(yīng)后，從最后一段床 層出來(lái)的混合物中，丙烯、包含C1-C3烷烴的LPG、芳烴以及部分水蒸汽經(jīng)分離后，作為最終 產(chǎn)物排出；乙烯、C4-C6烴和剩余部分水蒸汽返回第一段床層。
[0025] 表1列出了每段床層的主要參數(shù)，表2列出了反應(yīng)器的整體性能指標(biāo)。
[0030] 對(duì)照例1:
[0031] 本對(duì)照例采用和實(shí)施例1相同的條件，只是每段床層裝填的是散堆的ZSM-5柱狀 顆粒，其直徑為3mm，長(zhǎng)度為5mm。
[0032] 表3列出了每段床層的主要參數(shù)，表4列出了反應(yīng)器的整體性能指標(biāo)。