[发明专利]一种带有进料换热的流化床反应器、反应再生装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化转化反应装置及应用该反应装置的催化转化方法，更具体地说，涉及一种带有进料换热的流化床反应器，以及应用该反应器的方法。

背景技术

低碳烯烃（乙烯、丙烯、丁烯）是多种重要化工产品（如环氧乙烷、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯和丁基橡胶等）的基础原料。随着世界经济的发展，低碳烯烃特别是乙烯和丙烯需求量与日俱增，由于我国经济的高速增长，我国乙烯和丙烯需求量的年增长率均超过世界平均水平，增加低碳烯烃产能具有重要意义。

目前主要采用石脑油等轻质原料的水蒸汽裂解技术制备低碳烯烃，全球90％以上的乙烯产能和约70％的丙烯产能通过轻质石油烃蒸汽裂解实现。由于原油重质化愈来愈严重，石油炼制过程中，轻质石油烃原料如石脑油和直馏轻柴油的产率仅为原油总产率的1/3左右，而我国又存在燃料油供应不足和柴汽比较低的问题，导致轻质烃原料短缺的状况在我国更为严重，限制了水蒸气裂解制低碳烯烃工艺的发展。因此开发利用可再生和替代原料制取低碳烯烃特别是乙烯、丙烯已成为发展的趋势。

天然气或煤经由甲醇制乙烯、丙烯等低碳烯烃(Methanol to Olefin,简称MTO)是最有希望替代石脑油路线制烯烃的工艺。由天然气或煤经由合成气制甲醇的工艺技术已经较成熟，因此以甲醇制低碳烯烃(MTO)的技术成为该替代路线的关键环节。

许多直接或间接的实验数据证实，甲醇在酸性催化剂上的转化服从烃池机理，所述的烃池机理是指，甲醇进入酸性催化剂的孔道中，在酸性位作用下聚合形成积炭，其中的多取代甲苯为活性积炭，甲醇可与多取代甲苯发生烷基化反应，烷基化产物再侧链断裂生成低碳烯烃，进一步扩散出催化剂孔道；而多取代甲苯也可进一步聚合生成活性较低的多环芳烃，持续聚合生成高分子量的惰性积炭最终导致催化剂失活。由于含氧化合物转化制烯烃过程服从烃池机理，催化剂上沉积的活性积炭既具有与催化剂共催化MTO过程的功能，又具有形成惰性积炭使催化剂失活的作用，再生后的催化剂上含碳物质量很少，催化性能较差；催化剂上的单程碳沉积量较少，无法达到低碳烯烃选择性最大的要求；但过量的积炭会覆盖催化剂上的活性中心，降低催化剂活性，使含氧化合物的转化率和低碳烯烃选择性降低；因此，控制催化剂上适宜的含碳物质沉积量对于提高催化效率、提高低碳烯烃选择性具有重要作用。

为了提高低碳烯烃选择性，有些文献中采用较低的再生温度或较短的再生时间，催化剂不完全再生，控制催化剂上的积炭量。然而，不完全再生会使积炭越来越重、催化剂活性降低，并且过多的积炭，会降低催化剂酸性，使得甲醇反应生成大量二甲醚，导致低碳烯烃选择性降低，因此需要一种甲醇转化过程中使催化剂保持适宜积炭量的方法，实现最大的低碳烯烃选择性。

由于反应器一般为钢铁材质，甲醇与高温状态下的铁、镍等物质接触，会生成CO、CO₂、H₂、CH₄等副产物，且转化率较高，这不利于提高低碳烯烃选择性，虽然钛对于甲醇转化表现惰性，但钛价格过高，会大大增加设备投资，因此，如何既不增加设备投资、又能有效抑制甲醇副反应，也对设备的选材和反应器设计提出了要求。

不锈钢的主要组分如铁、镍、铬等均对甲醇等醇类物质有催化作用，生成CO、CO₂、CH₄、H₂等，为了抑制这些副反应，需将反应物与器壁等接触的温度控制在400°C以下。反应区甲醇主要与催化剂接触，副反应较小；而进料部分，由于没有催化剂，并且温度较高，易于发生副反应，因此，基于对酸性催化剂上甲醇催化过程的认识及甲醇的一些反应特性，为了更好得实现甲醇有效转化，提高低碳烯烃选择性，一些专利提出了独特的反应器结构和形式，力图降低副反应、提高低碳烯烃收率。

US6166282公开了一种氧化物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，上升到内径急剧变小的快分区后，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，有效地防止了二次反应的发生。该专利通过外取热器，使部分催化剂不再生直接循环，另一部分催化剂进行再生烧掉催化剂上的积炭，但这种方法会导致催化剂混合不均匀，影响反应效果，并且进料分布器深陷催化剂床层，反应放热会使反应物发生副反应，影响产品选择性和收率。