[发明专利]以甲醇为原料生产低碳烯烃的反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种以甲醇为原料生产低碳烯烃的反应装置。

技术背景

低碳烯烃，即乙烯和丙烯，是两种重要的基础化工原料，其需求量在不断增加。一般地，乙烯、丙烯是通过石油路线来生产，但由于石油资源有限的供应量及较高的价格，由石油资源生产乙烯、丙烯的成本不断增加。近年来，人们开始大力发展替代原料转化制乙烯、丙烯的技术。其中，一类重要的用于低碳烯烃生产的替代原料是含氧化合物，例如醇类(甲醇、乙醇)、醚类(二甲醚、甲乙醚)、酯类(碳酸二甲酯、甲酸甲酯)等，这些含氧化合物可以通过煤、天然气、生物质等能源转化而来。某些含氧化合物已经可以达到较大规模的生产，如甲醇，可以由煤或天然气制得，工艺十分成熟，可以实现上百万吨级的生产规模。由于含氧化合物来源的广泛性，再加上转化生成低碳烯烃工艺的经济性，所以由含氧化合物转化制烯烃(OTO)的工艺，特别是由甲醇转化制烯烃(MTO)的工艺受到越来越多的重视。

US4499327专利中对磷酸硅铝分子筛催化剂应用于甲醇转化制烯烃工艺进行了详细研究，认为SAPO-34是MTO工艺的首选催化剂。SAPO-34催化剂具有很高的低碳烯烃选择性，而且活性也较高，可使甲醇转化为低碳烯烃的反应时间达到小于10秒的程度，更甚至达到提升管的反应时间范围内。

US6166282中公布了一种甲醇转化为低碳烯烃的技术和反应器，采用快速流化床反应器，气相在气速较低的密相反应区反应完成后，上升到内径急速变小的快分区后，采用特殊的气固分离设备初步分离出大部分的夹带催化剂。由于反应后产物气与催化剂快速分离，有效的防止了二次反应的发生。经模拟计算，与传统的鼓泡流化床反应器相比，该快速流化床反应器内径及催化剂所需藏量均大大减少。但该方法中低碳烯烃收率一般在77～80％左右，较低。

CN1723262中公布了带有中央催化剂回路的多级提升管反应装置用于氧化物转化为低碳烯烃工艺，该套装置包括多个提升管反应器、气固分离区、多个偏移元件等，每个提升管反应器各自具有注入催化剂的端口，汇集到设置的分离区，将催化剂与产品气分开。但是该方法存在低碳烯烃收率较低的问题。

现有技术均存在低碳烯烃收率较低的问题。本发明有针对性的解决了该问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的低碳烯烃收率低的问题，提供一种新的以甲醇为原料生产低碳烯烃的反应装置。该装置用于低碳烯烃的生产中，具有低碳烯烃收率较高的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种以甲醇为原料生产低碳烯烃的反应装置，主要包括预反应区12、主反应区2、汽提区3和催化剂循环管路，预反应区12顶部与主反应区2底部相连，主反应区2出口设有气固快速分离设备5，汽提区3位于主反应区2上部，沉降段7位于汽提区3上部，汽提区3底部开有至少两个催化剂出口，分别与预反应区12和主反应区2相连，预反应区12底部开有催化剂出口与待生斜管9相连，主反应区2下部开有催化剂入口与再生斜管11相连。

上述技术方案中，所述主反应区2为快速流化床，预反应区12为密相流化床；所述沉降段7内部设有气固旋风分离器6；所述主反应区2的直径与预反应区12的直径之比为0.3～0.7∶1；所述原料经分布板进入预反应区12；所述主反应区2底部设有分布板，开孔率为0.3～0.6。

本发明中所述主反应区内反应条件：反应温度为425～500℃，反应压力以表压计为0.01～0.3Mpa，气相线速度为1.0～3.0米/秒，催化剂平均积碳量质量分数为1.5～4.5％；所述再生催化剂积碳量质量分数为0.01～2.5％；所述预反应区内反应条件：反应温度为350～450℃，反应压力以表压计为0.01～03Mpa，气相线速度为0.3～1.0米/秒，催化剂平均积碳量质量分数为2.0～5.5％。

现有技术一般均采用密相流化床、快速流化床或提升管进行甲醇转化制烯烃反应，本发明人通过研究发现，快速流化床反应器是适合的甲醇制烯烃的反应器，而且催化剂上带有一定量的积碳将有助于低碳烯烃选择性的提高。采用本发明所述的装置，主反应区采用快速流化床，而在主反应区下部设置预反应区，预反应区的催化剂为待生催化剂，在积碳量较高的状态下转化部分甲醇，同时高选择性的产生低碳烯烃，然后进入主反应区，与高温、高活性的再生催化剂接触，转化完未反应的甲醇，同时在较高的气速下高选择性的生产低碳烯烃。因此，采用本发明的装置，可以实现提高低碳烯烃收率的目的。