甲醇制烴類產(chǎn)品反應(yīng)方法和裝置的制造方法
【專利摘要】一種甲醇轉(zhuǎn)化制取烴類產(chǎn)品的反應(yīng)方法和裝置，采用流化床反應(yīng)器；由反應(yīng)后氣體快速聚集引出，實現(xiàn)對反應(yīng)的強制快速終止，減少副反應(yīng)發(fā)生；通過催化劑預分離和旋風分離相結(jié)合的催化劑分離的合理分配，實現(xiàn)降低氣固分離中的催化劑破碎；對催化劑分離部分回收的催化劑采用溢流方式輸送，避免了輸送環(huán)節(jié)的催化劑破碎；最終降低催化劑的損耗。
【專利說明】
甲醇制烴類產(chǎn)品反應(yīng)方法和裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種流化床甲醇制烴類技術(shù)反應(yīng)方法，尤其是適用于催化劑價格高、需要控制催化劑破碎少、催化劑排放少的反應(yīng)過程。
【背景技術(shù)】
[0002]甲醇制取烯烴或芳烴等是煤化工的重要工藝技術(shù)，得到了各國的高度重視。很多甲醇制取烯烴或芳烴反應(yīng)采用氣固流化床或循環(huán)流化床反應(yīng)裝置。
[0003 ]目前甲醇制烴類產(chǎn)品技術(shù)，如DMTO，SMTO，F(xiàn)MTP，F(xiàn)MTA，采用流化床反應(yīng)技術(shù)，使用的催化劑為微球型，平均直徑約50?60微米。流化床甲醇制烯烴反應(yīng)工程方面目前很多借鑒FCC技術(shù)。但甲醇制烯烴與FCC的條件有許多不同，反應(yīng)過程產(chǎn)生熱量，催化劑昂貴。甲醇流化床轉(zhuǎn)化制烯烴催化劑價格昂貴，催化劑是操作成本的重要部分。以180萬噸甲醇加工量的裝置為例，對應(yīng)每噸甲醇進料即使減少0.1公斤的化劑消耗量，就大致相當于降低3600萬元/年的操作費用。
[0004]為了降低催化劑消耗，工程設(shè)計中在“破碎后的微細粉催化劑回收”方面采取了增加催化劑回收設(shè)備的方法。
[0005]通常把反應(yīng)再生過程催化劑排放流失歸結(jié)為氣固分離設(shè)備的效率這樣的設(shè)備方面，通過采用“高效分離設(shè)備”，或增加分離設(shè)備解決;并且甲醇制烯烴技術(shù)基本使用FCC過程的氣固分離技術(shù)。由于FCC催化劑價格比較低，催化劑的跑損造成的主要是環(huán)保問題，經(jīng)濟損失并不顯著。甲醇制烯烴過程催化劑價格約為FCC的十倍，催化劑跑損的經(jīng)濟性更加突出。
[0006]已有技術(shù)中氣固分離設(shè)備以分離效率高為目標，氣固分離技術(shù)設(shè)計也按效率最高的條件進行。沒有考慮分離過程中的催化劑破碎問題。
[0007]其實催化劑排放流失更重要的原因可能是裝置運行過程中造成催化劑破碎偏多，尤其是氣固分離過程本身同時造成破碎，增加了催化劑回收難度。已有氣固分離設(shè)備，如旋分器、快分等，氣體流速在15m/s?25m/s，并且是旋轉(zhuǎn)流動。在氣固分離過程中離心力的作用使催化劑發(fā)生相互和與固體材料的碰撞，必然造成催化劑磨損破碎。并且旋分器、快分等很難回收小于15微米以下的碎顆粒。為了降低催化劑損耗，洛陽工程公司在DMTO反應(yīng)器外單獨設(shè)置了通常在FCC再生器才使用的“第三級旋分器”，進一步回收10微米以上的小催化劑顆粒，另外還在產(chǎn)品氣洗滌環(huán)節(jié)設(shè)置了洗滌水除塵設(shè)備，目的是進一步回收微小顆粒的催化劑，提高催化劑回收率，降低催化劑損耗。
[0008]對氣固流化床反應(yīng)器把催化劑破碎控制好會明顯降低催化劑跑損率，并且氣固分離設(shè)備問題就變的簡單了?？刂坪徒档痛呋瘎┢扑槭枪こ躺蠎?yīng)當考慮解決的問題，對甲醇制烯烴技術(shù)也有明顯的效益。
[0009]在流化床中，氣體離開流化床反應(yīng)區(qū)后仍會攜帶催化劑。為了控制催化劑的排放量、提高旋風分離器的催化劑回收，需要在反應(yīng)流化床與氣固分離設(shè)備入口間留有較遠的距離使攜帶的催化劑沉降，攜帶催化劑量減少，這期間自然存在催化劑和氣體介質(zhì)的繼續(xù)接觸反應(yīng)，造成流化床反應(yīng)過程反應(yīng)終止控制困難、實際反應(yīng)時間不確定，導致副反應(yīng)增加。
[0010]發(fā)明目的
本發(fā)明的目的是提供一種能快速終止反應(yīng)、使副反應(yīng)時間縮短，并降低催化劑破碎和催化劑排放量的流化床甲醇制烴類反應(yīng)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ]本發(fā)明的甲醇轉(zhuǎn)化制取烴類產(chǎn)品反應(yīng)方法，具體經(jīng)過如下幾個環(huán)節(jié)實現(xiàn)反應(yīng)過程:
反應(yīng)介質(zhì)在流化床底部從分布器進入流化床，流化床的氣體流速低于快速流化床或循環(huán)流化床的起始值，優(yōu)化的按流化床橫截面計算的表觀流速0.6-1.lm/s，在流化床完成反應(yīng)后向上進入反應(yīng)終止氣體快速集結(jié)引出區(qū)和催化劑預分離區(qū)，分離出大部分氣體攜帶的催化劑;然后氣體介質(zhì)進入旋風分離器繼續(xù)分離催化劑，最后氣體進入集氣室，從出口流出。
[0012]反應(yīng)介質(zhì)為甲醇時，流化床的反應(yīng)溫度為480°C至520°C，流化床內(nèi)的當量反應(yīng)時間1.5秒至3.0秒，流化床催化劑密相區(qū)高度1.5米至3.5米;反應(yīng)介質(zhì)為催化劑再生過程的含氧氣體時，流化床的反應(yīng)溫度為600°C至700°C。
[0013]未反應(yīng)或再生后的催化劑從催化劑入口進入流化床反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)后的催化劑從催化劑出口流出，維持流化床內(nèi)的催化劑量穩(wěn)定。
[0014]流化床設(shè)置取熱設(shè)施，控制反應(yīng)溫度。
[0015]使用微球型、平均顆粒直徑50微米到60微米的催化劑。
[0016]本方法對甲醇轉(zhuǎn)化反應(yīng)和催化劑再生均可使用。
[0017]本發(fā)明的反應(yīng)裝置，由殼體、反應(yīng)流化床反應(yīng)器、流化床取熱、反應(yīng)終止即反應(yīng)后氣體快速聚集引出設(shè)備、催化劑預分離器、催化劑旋風分離部分、催化劑循環(huán)管部分組成；流化床在最下方;反應(yīng)后氣體快速聚集引出設(shè)備為一個設(shè)在反應(yīng)裝置中心區(qū)的錐體和氣體輸送管組成，該錐體下沿在流化床反應(yīng)區(qū)以上2米至6米，氣體輸送管在錐體內(nèi)部，直徑按氣體流速不大于15米/秒設(shè)計;催化劑預分離器設(shè)在氣體快速引出設(shè)備氣體輸送管外，由預分離旋流器、外殼體和預分離氣體輸送管組成，氣體輸送管在外殼體頂部;催化劑預分離器氣體輸送管出口直接與旋風分尚部分旋風分尚器入口連接。
[0018]反應(yīng)后氣體快速聚集引出設(shè)備把反應(yīng)裝置隔離成上下兩個部分，上方為催化劑分離區(qū)，下方為反應(yīng)區(qū)和反應(yīng)終止氣體快速聚集引出區(qū)；催化劑預分離器和旋風分離部分分離出的催化劑進入催化劑分離區(qū)底部的反應(yīng)后氣體快速聚集引出錐體上方的催化劑區(qū)，從催化劑管道返回流化床反應(yīng)區(qū)或送出裝置外。
[0019]為減少催化劑破碎，各催化劑分離器根據(jù)催化劑含量按不同的條件和分離效率設(shè)計，催化劑含量高的部分采用低流速、低分離效率設(shè)計，隨著催化劑含量的降低，依次增加分離器的氣體流速和分離效率，使分離效率和破碎得到更好的平衡;具體的是，催化劑預分離器采用低流速條件，一級旋風分離器采用中流速條件，二級旋風分離器采用高流速條件。
[0020]反應(yīng)后氣體快速聚集引出區(qū)錐體上的催化劑區(qū)的催化劑管道采用溢流設(shè)計，實現(xiàn)催化劑區(qū)的催化劑量穩(wěn)定，多出的催化劑全部隨時流出；返回流化床的催化劑管道設(shè)置在裝置殼體外或內(nèi)部。
[0021]催化劑預分離器外殼體下端與反應(yīng)后氣體快速聚集引出殼體間設(shè)有催化劑流動通道，供預分離出的催化劑流入催化劑區(qū)。
[0022]旋風分離部分設(shè)置一級或直接串聯(lián)的兩級旋風分離器，優(yōu)先的設(shè)置兩級旋風分離器，每級按總氣體量分成并列的多個旋風分離器，旋風分離器出口與集氣室隔板或下一級旋風分離器入口連接。
[0023]旋風分離器的催化劑輸送管也稱料腿下端設(shè)置在流化床反應(yīng)區(qū)或氣體快速聚集引出錐體上的催化劑區(qū)。
[0024]在旋風分離器入口設(shè)置氣體排除管，該管上端與旋風分離器入口連接，下端在氣體快速聚集引出錐體上方的催化劑區(qū)上方，使反應(yīng)終止氣體快速聚集引出錐體上催化劑區(qū)以及旋風分離器催化劑攜帶下來的氣體從該管進入旋風分離器。
[0025]預分離旋流器由多個軸向旋轉(zhuǎn)的通道組成，均勻設(shè)置在反應(yīng)后氣體快速聚集引出輸送管上。
[0026]流化床反應(yīng)區(qū)設(shè)置內(nèi)取熱管或外取熱器，控制流化床反應(yīng)器的溫度。
[0027]發(fā)明的效果
本發(fā)明的方法和裝置，實現(xiàn)對流化床反應(yīng)器反應(yīng)的強制快速終止，減少副反應(yīng)發(fā)生;還通過催化劑預分離和旋風分離相結(jié)合的方法，合理分配催化劑分離方法，實現(xiàn)降低氣固分離過程中的催化劑破碎，催化劑含量高的部分采用破碎率低的預分離，對催化劑含量低的氣體再采用分離效率高但破碎多的旋風分離器分離;對催化劑分離部分回收的催化劑采用溢流方式輸送，避免了輸送環(huán)節(jié)的催化劑破碎;最終降低催化劑的損耗。
【附圖說明】
[0028]圖1一種甲醇制取烴類產(chǎn)品的反應(yīng)方法和裝置示意圖。
[0029]圖2在催化劑分離區(qū)催化劑區(qū)引出催化劑的裝置示意圖。
[0030]圖3設(shè)置外取熱器的方法和裝置示意圖。
[0031]圖4采用一級旋風分離器的裝置示意圖。
[0032]圖5預分離器示意圖。
[0033]圖中標號說明
I流化床反應(yīng)器，11反應(yīng)原料入口，12反應(yīng)原料分布器，13流化床催化劑入口，14催化劑排出口，15催化劑返回管，16取熱管，17反應(yīng)器殼體，2催化劑預分離器殼體，21氣體快速聚集引出輸送管，22旋流器，23催化劑溢流口，24催化劑預分離區(qū)氣體輸送管，25氣體快速聚集引出錐體，3催化劑分離區(qū)殼體，31—級旋風分離器，31A—級旋風分離器入口，31B—級旋風分離器出口，31C—級旋風分離器催化劑輸送管或料腿，32二級旋風分離器，32A二級旋風分離器入口，32B二級旋風分離器出口，32C二級旋風分離器催化劑輸送管或料腿，33氣體集合管，34氣體管，37集氣室隔板，38反應(yīng)氣體出口，4外取熱器，Y反應(yīng)原料，H取熱介質(zhì)，HB加熱后的取熱介質(zhì)，P反應(yīng)產(chǎn)品氣體，Cl進入流化床反應(yīng)器的催化劑，C2送出裝置的催化劑，G氣體介質(zhì)，F(xiàn)B流化床反應(yīng)區(qū)，SI催化劑預分離區(qū)，SlA催化劑區(qū)，S2催化劑旋風分離器區(qū)，S3集氣室，a、b預分離器旋流器入口角度，Rl、R2旋流器曲率半徑。
[0034]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明，旨在幫助讀者理解本發(fā)明的特點和實質(zhì)，但附圖和【具體實施方式】內(nèi)容并不限制本發(fā)明的可實施范圍。
【具體實施方式】
[0035]以甲醇制取烴類反應(yīng)為例說明本發(fā)明的實施過程。
[0036]達到要求的再生催化劑Cl從入口13進入進入反應(yīng)器I，換熱后的反應(yīng)原料甲醇Y從入口 11經(jīng)過分布器12均勻的進入流化床反應(yīng)區(qū)FB，使催化劑Cl流化并進行反應(yīng);反應(yīng)區(qū)FB按常規(guī)流化床狀態(tài)操作，氣體流速要低于快速流化床或循環(huán)流化床的流速，完成反應(yīng)后，反應(yīng)氣體直接進入反應(yīng)終止氣體快速聚集引出區(qū)錐體25和輸送管21，在21出口進入旋流器22，在旋流器22內(nèi)經(jīng)旋轉(zhuǎn)后進入預分離器殼體2實現(xiàn)催化劑的預分離，分離出的催化劑靠重力流入氣體快速聚集引出錐體上的催化劑區(qū)SlA，氣體在輸送管24內(nèi)向上從入口 3IA流入一級旋風分離器31，分離出催化劑后，氣體從一級旋風分離器出口 3IB直接從入口 32A進入二級旋風分離器32繼續(xù)分離催化劑，最后經(jīng)二級旋風分離器32出口 32B和集氣室S3從出口 38流出；為了使二級旋風分離器負荷均勻，一級旋風分離器出口的氣體先進入氣體集合管33然后在從33進入二級旋風分離器32的入口 32A;旋風分離器回收的催化劑從催化劑輸送管31C、32C進入催化劑區(qū)SIA，催化劑區(qū)SIA的催化劑經(jīng)溢流口 23從返回管15返回的流化床反應(yīng)區(qū)或直接從催化劑出口 14流出，流化床內(nèi)反應(yīng)過的催化劑C2連續(xù)從出口 14流出，維持流化床FB發(fā)催化劑量穩(wěn)定;流化床反應(yīng)器的催化劑循環(huán)量根據(jù)需要的反應(yīng)區(qū)催化劑的含碳量控制，一般為60/小時至100噸/小時。
[0037]反應(yīng)介質(zhì)分布器12設(shè)置在流化床反應(yīng)器底部;旋風分離器采用并聯(lián)多組設(shè)計，每組旋風分離器直徑一般不大于1.5米;催化劑預分離部分的旋流分離器氣體入口流速按5米/秒至12米/秒設(shè)計，出口氣體流速按8米/秒至15米/秒設(shè)計;一級旋風分離器氣體入口流速按12米/秒至16米/秒設(shè)計，二級旋風分離器氣體入口流速按18米/秒至25米/秒設(shè)計，一般專業(yè)技術(shù)人員具有設(shè)計能力。
[0038]旋風分離器催化劑和預分離器催化劑攜帶到催化劑分離區(qū)的氣體從氣體管34進入一級旋風分離器入口或二級旋風分離器入口。
實施例
[0039]甲醇制烯烴反應(yīng)。甲醇進料180萬噸/年，產(chǎn)品為乙烯和丙烯。
[0040]反應(yīng)條件和裝置參數(shù):
反應(yīng)時間，2.5秒，反應(yīng)溫度4950C，反應(yīng)壓力0.13MPaG，流化床氣體表觀流速0.8米/秒，流化床層至催化劑預分離器旋流器入口中心氣體停留時間4秒，催化劑進出量80噸/小時，流化床催化劑床層高度進料分布器以上2米;流化床反應(yīng)器進料分布器以上高度4米，反應(yīng)后氣體快速聚集引出椎體下沿距原料分布器4米，反應(yīng)后氣體快速聚集引出氣體輸送管流速12米/秒;設(shè)置一個催化劑預分離器，催化劑預分離器旋流器入口氣體流速5米/秒、出口 9米/秒;預分離器氣體輸送管流速15米/秒;設(shè)置兩級旋風分離器，一級氣體入口流速15米/秒，二級旋風分離器氣體入口流速21米/秒；一級和二級旋風分離器均設(shè)置15組;在設(shè)置兩個氣體管用來引出催化劑分離區(qū)的氣體介質(zhì)，該氣體管下入口段在催化劑分離區(qū)底部的催化劑區(qū)上方3米處，上端直接與兩個一級旋風分離器入口連接；設(shè)置外取熱器，取熱負荷15000KW，外取熱器用于生產(chǎn)4.0MPa的飽和蒸汽;外取熱器用蒸汽流化。
【主權(quán)項】
1.一種甲醇轉(zhuǎn)化制取烴類產(chǎn)品的反應(yīng)方法，反應(yīng)介質(zhì)以催化劑流化床狀態(tài)進行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，催化劑流化床的氣體流速低于快速流化床或循環(huán)流化床的起始值，優(yōu)化的按流化床橫截面計算的表觀流速0.6?1.lm/s，在流化床完成反應(yīng)后通過氣體快速集結(jié)引出區(qū)對反應(yīng)進行快速終止;然后氣體進入催化劑預分離區(qū)，分離出大部分攜帶的催化劑;然后氣體介質(zhì)進入旋風分離器繼續(xù)分離催化劑，最后氣體進入集氣室，從出口流出； 反應(yīng)介質(zhì)為甲醇時，流化床的反應(yīng)溫度為480°C至520°C，流化床內(nèi)的反應(yīng)時間1.5秒至3.0秒，流化床催化劑密相區(qū)高度1.5米至3.5米;反應(yīng)介質(zhì)為催化劑再生過程的含氧氣體時，流化床的反應(yīng)溫度為600°C至700°C ； 未反應(yīng)或再生后的催化劑在流化床反應(yīng)區(qū)從催化劑入口進入流化床反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)后的催化劑從催化劑出口流出，維持流化床內(nèi)的催化劑量穩(wěn)定； 催化劑預分離區(qū)和旋風分離器分離出的催化劑從催化劑返回管返回流化床反應(yīng)區(qū)或直接流出； 流化床設(shè)置取熱設(shè)施，控制反應(yīng)溫度； 使用微球型、平均顆粒直徑50微米到60微米的催化劑。2.如權(quán)利要求1所述的甲醇轉(zhuǎn)化制取烴類產(chǎn)品的反應(yīng)方法，其特征在于，使用的裝置由殼體、流化床反應(yīng)器、流化床取熱、反應(yīng)終止即反應(yīng)后氣體快速聚集引出設(shè)備、催化劑預分離器、催化劑旋風分離部分、催化劑循環(huán)進出口部分組成;反應(yīng)流化床在最下方;反應(yīng)后氣體快速聚集引出設(shè)備由一個設(shè)在反應(yīng)裝置中心區(qū)的錐體和氣體輸送管組成，該錐體下沿在反應(yīng)流化床區(qū)以上2米至6米，上沿即出口設(shè)置氣體快速聚集引出氣體輸送管;催化劑預分離器設(shè)在氣體快速聚集引出設(shè)備氣體輸送管出口外，由預分離旋流器、外殼體和預分離氣體輸送管組成，氣體輸送管在外殼體頂部;催化劑預分離器氣體輸送管出口直接與旋風分離部分旋風分離器入口連接； 反應(yīng)后氣體快速聚集引出設(shè)備把反應(yīng)裝置隔離成上下兩個部分，上方為催化劑分離區(qū)，下方為反應(yīng)區(qū)和反應(yīng)終止氣體快速聚集引出區(qū)；催化劑分離區(qū)的催化劑預分離器和旋風分離部分分離出的催化劑進入催化劑分離區(qū)底部的反應(yīng)后氣體快速聚集引出錐體上方的催化劑區(qū)，從催化劑返回管返回流化床反應(yīng)區(qū)或送出裝置外； 各催化劑分離器根據(jù)催化劑含量按不同的條件和分離效率設(shè)計，催化劑含量高的部分采用低流速、低分離效率設(shè)計，隨著催化劑含量的降低，依次增加分離器的氣體流速和分離效率，使分離效率和破碎得到更好的平衡;具體的是，催化劑預分離器采用低流速條件，一級旋風分離器采用中流速條件，二級旋風分離器采用高流速條件； 反應(yīng)后氣體快速聚集引出區(qū)錐體上的催化劑區(qū)的催化劑返回管采用溢流設(shè)計，實現(xiàn)催化劑區(qū)的催化劑量穩(wěn)定，多出的催化劑全部隨時流出；返回流化床的催化劑管道設(shè)置在裝置殼體外或內(nèi)部； 催化劑預分離器外殼體下端與反應(yīng)后氣體快速聚集引出錐體間設(shè)有催化劑流動通道，供預分離器分離出的催化劑流入催化劑區(qū)。3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，旋風分離部分設(shè)置一級或直接串聯(lián)的兩級旋風分離器，優(yōu)先的設(shè)置兩級旋風分離器，每級按總氣體量分成并列的多個旋風分離器，旋風分離器出口與集氣室隔板或下一級旋風分離器入口連接。4.如權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，旋風分離器的催化劑輸送管也稱料腿下端設(shè)置在流化床反應(yīng)區(qū)或氣體快速聚集引出錐體上的催化劑區(qū)。5.如權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，在部分旋風分離器入口設(shè)置氣體管，該管上端與旋風分離器入口連接，下端在氣體快速聚集引出錐體上方的催化劑區(qū)上方，使反應(yīng)終止氣體快速聚集引出錐體上催化劑區(qū)以及旋風分離器催化劑攜帶下來的氣體從該管進入旋風分離器。6.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，預分離旋流器由多個軸向旋轉(zhuǎn)的通道組成，均勻設(shè)置在反應(yīng)后氣體快速聚集引出輸送管上。7.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，流化床反應(yīng)區(qū)設(shè)置內(nèi)取熱管或外取熱器，控制流化床反應(yīng)器的溫度。
【文檔編號】C07C1/20GK106045808SQ201610378595
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】石寶珍
【申請人】石寶珍