甲醇制烯烴的反應-再生裝置及其反應方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種甲醇制烯烴工藝的反應-再生裝置。
【背景技術】
[0002] 乙烯與丙烯作為現(xiàn)代石油化工領域最為關鍵的兩大基礎原料，為工農業(yè)、交通、國 防等領域提供著化工原料。乙烯的大量下游產品主要有聚乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯、環(huán)氧乙 烷、乙二醇等。乙烯產量的大小是衡量石化工業(yè)乃至國民經濟的標志。丙烯主要用于生產 聚丙烯、丙烯腈、環(huán)氧丙烷、異丙醇等。目前世界上近67%的丙烯來自于蒸汽裂解生產乙烯 的副產品，約30%的產品來自于催化裂化煉油工藝中生產汽、柴油的副產品，還有少量丙烯 產品來自于丙烷脫氫與乙烯-丁烯易位反應。
[0003] 而近些年來，乙烯與丙烯的需求持續(xù)走高，而石油資源日趨匱乏的情況下，非石油 資源生產乙烯、丙烯的煤化工技術，能夠極大緩解我國石油供應緊張的局面，促進我國重化 工的跨越式發(fā)展和原料路線的結構性調整，具有重要的戰(zhàn)略意義以及社會、經濟效益。
[0004] 當前，甲醇制烯烴工藝無論從技術還是從經濟上都具備了工業(yè)化應用的基礎與條 件，目前甲醇制烯烴工藝流程與催化裂化裝置相似，采用的是連續(xù)反應-再生方式。對甲醇 制烯烴工藝的工程技術特點的分析研究表明，甲醇制烯烴工藝所用的SAPO催化劑不同于 催化裂化的分子篩催化劑，有著其獨特的對工程技術的要求。具體表現(xiàn)在反應原料的狀態(tài)、 進料分布方式、催化劑流化、催化劑循環(huán)、劑醇比、反應溫度、生焦率等等。
[0005] 文獻US166282中公布了一種氧化物轉化為低碳烯烴的方法與反應器，采用的是 快速流化床反應器，氣體在氣速較低的反應區(qū)反應完成后，上升到內徑急劇變小的快分區(qū) 后，采用粗旋進行初步分離出夾帶催化劑。由于產物氣與催化劑分離快速，有效防止了二次 反應的發(fā)生。該文獻采用上行快速流化床作為反應器，其進料入口也是傳統(tǒng)型入口。
[0006] 文獻CN101164685A公布了一種用于甲醇或乙二醚催化反應的組合式快速流化床 反應器。提出將沉降段的分離裝置外置，有效縮小了沉降器的空間，提高催化劑沉降速度， 減小烯烴停留時間，有效解決了乙烯及丙烯選擇性低、收率低的技術問題。相對于傳統(tǒng)沉降 器外置的快速流化床反應器而言，乙烯收率可提高大于4%，丙烯收率可提高大于3%。
[0007] 文獻CN1723262公布了一種帶有中央催化劑回路的多級提升管反應器用于烴轉 化裝置與方法。該裝置包括多個提升管反應器、多個入口的分離區(qū)、多個偏移元件等。針對 傳統(tǒng)反應器高度偏高（尤其是頂部的大型重型分離器）導致昂貴的支撐結構以及維修上的 困難，提出了帶有獨立分離器的多個完備且獨立的反應器系統(tǒng)，有效降低了整個烴轉化裝 置的高度。但是該方法以犧牲占地面積為代價，同時管線布置較為復雜，能耗也偏高，此方 法尤為適用于天氣較為惡劣的地區(qū)（如風力較大等地區(qū)）。
[0008] 綜上所述，上述文獻中主要采用傳統(tǒng)并列式甲醇制烯烴反應再生裝置，反應器入 口采用的是傳統(tǒng)Y型進料入口，這種進料入口方式會在下料斜管與反應器之間出現(xiàn)氣體與 催化劑顆粒的倒流現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會嚴重約束整個循環(huán)系統(tǒng)的顆粒循環(huán)速率，導致反應器 中催化劑量處于一個相對較低的濃度；同時，一般所用的上行流化床反應器，由于顆粒飽和 攜帶量的限制，導致循環(huán)系統(tǒng)的顆粒循環(huán)流率受到局限，另外流化床反應器內的顆粒濃度 受限，且顆粒濃度軸向差異大（頂部稀、底部濃），嚴重影響著反應效率。而本發(fā)明有針對性 地解決了這些問題。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明主要解決的技術問題之一是現(xiàn)有技術中甲醇制烯烴流化床反應器內催化 劑顆粒濃度較低、顆粒濃度軸向差異大（頂部稀、底部濃）、循環(huán)系統(tǒng)的顆粒循環(huán)速率提升 困難的問題，提供一種新的甲醇制烯烴的反應-再生裝置。該組合裝置具有顆粒循環(huán)速率 高處理量較大的特點，同時，流化床反應器內顆粒濃度得到大幅度提高，且反應器頂部的濃 度提高尤為明顯。
[0010] 本發(fā)明所要解決的技術問題之二是提供一種與解決技術問題之一相對應的反應 方法。
[0011] 為解決上述技術問題之一，本發(fā)明采用的技術方案如下：一種用于甲醇制烯烴的 反應-再生裝置，主要設備包括：流化床反應器3、沉降器7、再生器16與催化劑輸送管路， 其中流化床反應器3上端縮徑后與上行管5連通，上行管5中段與補充氣體管線6連接，上 行管5的末端為快分裝置8 ;氣固旋風分離器9位于沉降器7內，其上端設有出口管線10， 汽提器4與沉降器7底部相連，同時汽提器4通過換熱管線2與流化床反應器3連接，擋板 11位于再生斜管12的內部，流化床反應器3與再生器16通過再生斜管12相連通，汽提器 4通過待生斜管13與再生器相連通。
[0012] 上述技術方案中，所述補充氣體管線6的位置至上行管5底部的距離為上行管5 高度的〇. 1-0. 9,且直徑為上行管5直徑的0. 02-1倍，與上行管5的銳角傾角為5-45°，可 設有2-16個。補充氣體管線6內所通氣體為氮氣、惰性氣體、水蒸氣、燃燒氣中的一種或幾 種。擋板11與再生斜管12的內壁上方連接，其位置距再生斜管12底部的距離為再生斜管 12長度的0. 02-0. 5處，擋板11與再生斜管12的銳角傾角為5-60°，其形狀可為矩形、半 圓形或扇形，面積為再生斜管12的截面積的0. 3-5倍。
[0013] 為解決上述問題之二，本發(fā)明采用的技術方案如下：一種甲醇制烯烴的方法，采用 上述的反應裝置，反應方法包括如下幾個步驟：
[0014] (a)氣體原料自管線1進入流化床反應器3中，與來自再生斜管12的催化劑顆粒 混合后進行反應生成烯烴產物，同時形成待生催化劑。待生催化劑與反應產物經過上行管 (5)，與從補充氣體管線補充氣體一起進入快分裝置8 ;
[0015] (b)初步分離后，大部分待生催化劑在沉降器7中經沉降進入汽提器4,產物氣夾 帶部分催化劑經過氣固分離設備9再次分離，分離后的產物氣由管線出口 10引出；
[0016] (c)汽提器4中的待生催化劑經汽提后，一部分待生催化劑通過換熱管線2進入流 化床反應器3內；另一部分由待生立管13導出，進入再生器16內，催化劑燒焦再生后經由 再生斜管12,掠過擋板11，流入流化床反應器3內繼續(xù)與反應器內原料氣體進行反應，完成 過程循環(huán)。
[0017] 上述技術方案中，，所述再生介質為空氣，所述催化劑為SAP0-34,流化床反應 器內反應條件為：反應壓力以表壓計為〇_〇.4MPa、平均溫度為380-550°C、所述反應區(qū)的 平均密度為40-200kg/m3、氣相線速為1.0-10.0 m/s，再生器內再生條件為：再生溫度為 600-700。。。
[0018] 本發(fā)明所述補充氣體管線為輸送自下而上的氣體管線。
[0019] 由于甲醇制烯烴的反應過程中，反應器內的傳熱系數(shù)隨著床層密度增加而增加， 顆粒循環(huán)量的增大能夠有效提高轉化率，較高的床層濃度及高的顆粒循環(huán)流率能夠使得該 裝置具有更廣的適應能力以及較高的操作彈性。而本領域所公知的，現(xiàn)有技術中一般所用 的上行流化床反應器，其特點在于由于顆粒飽和攜帶量的限制，導致循環(huán)系統(tǒng)的顆粒循環(huán) 流率受到局限，同時流化床反應器內的顆粒濃度受限，且顆粒濃度軸向差異大（頂部稀、底 部濃），嚴重影響著反應效率。本發(fā)明裝置中，其再生斜管內部安裝的擋板11能夠有效擋住 由反應器倒灌的氣體與顆粒，避免串氣，從而有效提高催化劑顆粒的下料，進而提高循環(huán)流 率；上行管5中相連的補充氣體管線6中注入速度較高的氣體（氮氣、惰性氣體、水蒸氣、燃 燒氣），目的是為了有效降低上行管5頂部的壓力，流化床反應器3的底部原底部密相區(qū)由 于壓力平衡逐漸上升，如此使得流化床反應器3內的密相區(qū)升高，稀相區(qū)的濃度也有明顯 的提高，反應器內軸向顆粒濃度分布較為均勻，且催化劑顆粒循環(huán)量提高較為明顯，反應器 內的整體濃度與密度有明顯提高。因此本發(fā)明裝置能夠有效提高反應器內的顆粒濃度與密 度，提高顆粒循環(huán)流率，進而加大原料的處理量與反應效率。
[0020] 采用本發(fā)明的技術方案：所述流化床反應器3的頂部設有上行管5,氣固旋風分離 器9位于沉降器7內，汽提器4與沉降器7底部相連，同時汽提器4通過換熱管線2與流化 床反應器3連接；上行管5的中段附近設有補充氣體管線16,補充氣體管線16位置位于距 上行管5高度的底部的1/10-9/10的位置處，且其夾角與上行管5的銳角夾角為5-45°， 四周可均布2-16個；擋板11位于再生斜管12的內壁上方，其位置距再生斜管12底部的距 離為再生斜管12長度的1/50-1/2處，與再生斜管12的銳角傾角為5-60° ;所述催化劑顆 粒為SAP0-34分子篩；比現(xiàn)有技術中反應器中的軸向濃度分布的不均勻度（標準偏差）減 小了 7. 9%，徑向濃度分布的不均勻度（標準偏差）減小了 32. 1%，但最大循環(huán)速率提高了 2. 47倍，取得了較好的技術效果。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明所述方法的流程示意圖：
[0022] 圖1中，1為氣體原料進料管線；2為換熱管線；3為流化床反應器；4為汽提器；5 為上行管；6為補充氣體管線；7為沉降器；8為快分裝置；9為氣固旋風分離器；10為產物 氣出口管線；11為擋板；12為再生斜管；13為待生斜管；14為煙氣出口管線；15為氣固旋 風分離器；16為再生器；17為再生器外取熱器；18為再生介質進料管線。
[0023] 圖2為本發(fā)明所述再生斜管中的擋板示意圖。
[0024] 氣體原料自管線1進入流化床反應器3中，與來自再生斜管12的催化劑顆?；旌?后進行反應生成烯烴產物，同時形成待生催化劑。待生催化劑與反應產物經過上行管5,與 從補充氣體管線補充氣體一起進入快分裝置8。初步分離后，大部分待生催化劑在沉降器7 中經沉降進入汽提器4,產物氣夾帶部分催化劑經過氣固分離設備9再次分離，分離后的產 物氣由管線出