[发明专利]一种组合换热式多壳程的甲醇制烯烃固定床生产设备及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及由甲醇或二甲醚生产丙烯、及其C4烯烃和汽油的技术领域，尤其涉及一种非绝热的、可控温度式固定床反应器甲醇制丙烯等烯烃的生产方法和设备。

背景技术

乙烯、丙烯是一种需求量很大的基本有机化工原料，主要来源于石油加工过程。随着石油资源的日益匮乏,发展由煤或天然气等非石油资源生产丙烯的技术越来越引起国内外的重视。煤或天然气制合成气，再由合成气制备甲醇或二甲醚是成熟的工艺技术。因此从甲醇或二甲醚制备乙烯、丙烯是煤制烯烃的关键技术。

从甲醇或二甲醚制丙烯的工艺主要分为2类，即以烯烃（乙烯、丙烯）为主的流化床MTO工艺，和以丙烯为目的产物的固定床MTP工艺。MTP为甲醇制丙烯工艺，主产物为丙烯，副产乙烯、丁烯、及汽油等，MTO为甲醇制烯烃工艺，主产物为乙烯和丙烯，副产丁烯，基本没有汽油。前者以UOP/Hydro、Exxon-Mobil的MTO工艺为代表。MTO工艺以SAPO-34分子筛为催化剂，反应主产物为乙烯、丙烯等低碳烯烃。通过控制操作温度、及催化剂的配方等,总烯烃收率可确保80wt%以上，其中乙烯与丙烯的碳基收率比例为1.4~0.7。

MTP工艺以Lurgi为代表(EP448000,DE1020050159232,WO2006136433/CN101208281A,WO192190)，甲醇预反应器（固定床）与MTP反应器（多级绝热式固定床）串联操作。甲醇在预反应器中在250~320℃操作温度下部分脱水，得到二甲醚、甲醇和水的混合蒸汽，然后再与/或循环烃混合进入MTP主反应器（ZSM-5沸石分子筛催化剂），在450~500℃下反应得到丙烯为主的烯烃、燃料气、及汽油等。Lurgi MTP工艺通过原料急冷或列管融盐来控制反应温度。

甲醇或二甲醚等含氧化合物脱水制丙烯是强放热反应。MTO流化床工艺有很好的传热性能，反应温度易于控制。但MTO工艺以低碳烯烃为目的产物,若主产丙烯，需将一次MTO流化床反应器的C4以上烯烃及C1~C2烯烃循环至MTO下游的裂解反应器（CN1962573A），以提高丙烯收率；或者将C1~C2烯烃大量循环至MTO反应器、以及C4以上烯烃循环至裂解反应器(CN101177374A)，来提高丙烯收率。上述工艺的能耗及催化剂磨损因大量烯烃循环而大大增加。上述系统复杂，设备投资及运行成本也远高于Lurgi固定床反应器。

为提高丙烯收率,Lurgi专利(WO2006136433/CN101208281A)同样将C2及C4以上烯烃循环至多级薄层ZSM-5MTP主反应器,使系统的丙烯/乙烯比提高至10~20,二者总产率达到73.2%（《煤化工》，2005,1172，P6~7）。因其主绝热固定床反应器中ZSM-5沸石催化剂结碳严重，导致连续反应400~700小时后需用空气和氮气的混合气体再生。需要说明的是，对于多级绝热薄层反应器，通过原料急冷来调节进口温度及控制床层绝热温升有一定的局限性,这是因为急冷原料在各级进口的分配存在相当的相互干扰，很难保证稳定操作。

欧洲专利DE19723363公开了一种采用列管式固定床反应器的甲醇制丙烯工艺，反应器内采用融盐间接撤热，对高温下设备的材质要求高，且工艺较复杂，运行成本高。

另外，UOP公开了移动床制丙烯（USP7,663,012，USP7,414,167）技术，该技术仅适用于积碳速度较快但并不迅速的催化剂，移动床反应器对催化剂的要求相对较高，且系统比较复杂。

专利WO0192190A1公开了一种三个反应器串联的甲醇制丙烯工艺，反应器为轴向绝热反应器，每级反应器之间设有换热设备，控制每级反应器的绝热温升在30~100℃之间。由于采用了多段反应器的组合，反应器投资较大，此外，这种反应器组合未集成MTP主反应器进口原料的预热要求。

Lurgi专利DE10233975A1公开了一种立式多级固定床反应器，级间设有换热器移除反应热，同时催化剂床层设有预反应器出口物料急冷，来控制每级反应器的绝热温升。该组合反应器移热效果好，反应器之间设置换热器增加了设备投资，而预反物料作级间急冷也存在调节干扰问题。此外，这一方案也未集成预反出口物料到MTP主反应器进口的预热要求。

中国专利CN101876618A公开了一种以含氧化合物（甲醇/二甲醚）生产丙烯的卧式固定床反应器，反应器由多孔隔板隔成横向排列的相互分割的反应区和冷却区，冷却区设置急冷液喷嘴。该反应器采用急冷液冷却可较好地控制每一反应区的温升，但因为急冷液横向流过冷却区簿层，存在急冷液在其中的均匀分布问题。此外，这种反应器布置方式同样未集成预反出口物料到MTP主反应器的预热要求。