專利名稱：一種由含氧化合物生成低碳烯烴的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于烯烴生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以含氧化合物為原料生成低 碳烯烴的連續(xù)反應(yīng)和催化劑再生的方法及裝置。
背景技術(shù)：
低碳烯烴(乙烯、丙烯、丁二烯)和輕質(zhì)芳烴(苯、甲苯、二甲苯)是石 油化工的基本原料。目前工業(yè)上乙烯主要依靠輕石腦油原料的管式爐水蒸氣裂 解工藝來(lái)生產(chǎn)。由于原油資源的短缺，石腦油資源己經(jīng)越來(lái)越顯得不足，低碳 烯烴的生產(chǎn)成本越來(lái)越高。國(guó)內(nèi)外正積極開(kāi)發(fā)原料來(lái)源更豐富的乙烯生產(chǎn)路線，
以含氧化合物為原料經(jīng)金屬改性的SAPO類磷硅鋁氧化物分子篩的催化作用，可 生成以乙烯、丙烯為主的反應(yīng)產(chǎn)物。典型的含氧化合物是以甲醇或二甲醚為代 表的含氧有機(jī)化合物，其主要由煤基或天然氣基的合成氣生產(chǎn)。用以甲醇為代 表的含氧有機(jī)物為原料生產(chǎn)以乙烯和丙烯為主的低碳烯烴工藝，目前已有許多 專利文獻(xiàn)公開(kāi)，如美國(guó)專利USP6166282、 USP5744680、 USP6673978、 USP6717023、 USP6768036和USP6613950 ;中國(guó)專利ZL00137259. 9 、 ZL92109905. 3 、 ZL96115333. 4、 ZL00815363. 2 、 ZL00802040. x和ZL03821995. 6 ;歐洲專利 EP0448000A。
由含氧化合物(以甲醇為代表的)制取低碳烯烴工藝(MTO)的反應(yīng)特點(diǎn)是快 速反應(yīng)、強(qiáng)放熱、且醇劑比(甲醇與催化劑的重量比，下同)較低，是在連續(xù) 反應(yīng)一再生的密相循環(huán)流化床反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)和再生。該工藝使用的SAP0類 催化劑造價(jià)較高，在工程設(shè)計(jì)和設(shè)備選擇時(shí)要最大程度減少催化劑的磨損和跑 損。由于反應(yīng)為強(qiáng)放熱過(guò)程，在反應(yīng)過(guò)程中需要不斷的取走熱量以維持穩(wěn)定的 反應(yīng)溫度，需要將反應(yīng)溫度的波動(dòng)范圍控制在士3"C范圍內(nèi)，否則將影響目的產(chǎn) 品的選擇性和產(chǎn)生不需要的副產(chǎn)品。
通常，石油煉制工藝中類似的流化催化裂化反應(yīng)溫度控制方法有以下幾種
(1) 通過(guò)調(diào)整催化劑循環(huán)量來(lái)控制反應(yīng)溫度；
(2) 通過(guò)調(diào)整原料進(jìn)料溫度來(lái)調(diào)整反應(yīng)溫度；
(3) 設(shè)置取熱設(shè)施來(lái)調(diào)整反應(yīng)溫度。 對(duì)于流化催化裂化工藝(FCC)的反應(yīng)溫度控制，由于其反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，其
反應(yīng)溫度是靠再生催化劑帶來(lái)的熱量提供的。通過(guò)調(diào)節(jié)催化劑的循環(huán)量來(lái)調(diào)節(jié) 反應(yīng)溫度，效果較好，反應(yīng)溫度一般可控制在士3。C范圍內(nèi)。但MTO工藝為放熱 反應(yīng)，而且對(duì)催化劑循環(huán)量有一定的限制，遠(yuǎn)比FCC工藝低，通過(guò)控制催化劑 循環(huán)量來(lái)調(diào)整反應(yīng)溫度，不能實(shí)現(xiàn)將MT0工藝反應(yīng)器的反應(yīng)溫度控制在士3'C波動(dòng)范圍內(nèi)。
通過(guò)調(diào)整原料進(jìn)料溫度來(lái)調(diào)整反應(yīng)溫度的方法一般用于固定床放熱反應(yīng)中， 它可采用不同溫度、多段進(jìn)料的方法取走反應(yīng)放出的熱量，維持一定的反應(yīng)溫
度，效果較好。由于MT0工藝反應(yīng)速度快，并對(duì)原料進(jìn)料溫度有一定的要求， 不適宜頻繁地調(diào)整原料的進(jìn)料溫度。因此，單獨(dú)采用該方法不適應(yīng)MT0反應(yīng)工 藝的要求。
中國(guó)專利200510121543. X公開(kāi)了一種含氧化合物轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的催化劑冷卻 器，是將已經(jīng)積炭失活或部分失活的SAPO類催化劑分成兩部分，第一部分送至 再生器再生后返回反應(yīng)器下部與含氧化合物繼續(xù)接觸；第二部分含炭催化劑不 去再生器再生直接輸送到反應(yīng)器外的催化劑冷卻器冷卻后返回反應(yīng)器下部與再 生了的催化劑混和，繼續(xù)與含氧化合物原料接觸進(jìn)行MT0反應(yīng)，從而既可取出 反應(yīng)熱降低反應(yīng)器床層溫度，又可以控制反應(yīng)深度在所需目的產(chǎn)品的選擇性范 圍內(nèi)。但該專利采用的反應(yīng)器外催化劑冷卻器的取熱手段難以控制催化劑和原 料的反應(yīng)溫度精確到士3。C范圍內(nèi)，另外MTO的反應(yīng)機(jī)理與FCC不同，MT0工藝 所采用的催化劑中SAP0類分子篩含量比FCC工藝催化劑中分子篩含量高，催化 劑在輸送到外取熱冷卻器的殼層中與換熱介質(zhì)換熱時(shí)，容易增大催化劑的磨損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)由含氧化合物為原料生產(chǎn)低碳烯烴工藝的特點(diǎn)，及沒(méi)有適合 的現(xiàn)有技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活控制反應(yīng)溫度的問(wèn)題，而提出一種新的由含氧化合物生 成低碳烯烴的方法及裝置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)器反應(yīng)溫度的靈活控制，并大幅度減 少催化劑在取熱設(shè)施內(nèi)的磨損程度。
本發(fā)明提供一種由含氧化合物生成低碳烯烴的方法，其具體方案是含氧 化合物原料在反應(yīng)器密相床層中與催化劑接觸反應(yīng)，分離反應(yīng)物流，得含乙烯 和丙烯的反應(yīng)產(chǎn)品物流和含炭催化劑，將含炭催化劑輸送到催化劑再生器燒焦 再生，再生后的催化劑返回到反應(yīng)器循環(huán)使用，其特征在于反應(yīng)產(chǎn)品物流通 過(guò)熱交換器與含氧化合物原料換熱后進(jìn)入急冷系統(tǒng)，換熱后的含氧化合物原料 進(jìn)冷卻換熱器調(diào)整溫度后進(jìn)反應(yīng)器，在所述反應(yīng)器中設(shè)置取熱冷卻器取出反應(yīng) 器中的過(guò)剩反應(yīng)熱。
本發(fā)明所述的含氧化合物指甲醇、乙醇、二甲醚或其混合物，優(yōu)選甲醇或 二甲醚。
本發(fā)明所述取熱冷卻器的取熱介質(zhì)是含氧化合物原料、水、惰性介質(zhì)或?qū)?熱油等，優(yōu)先選用水作為取熱介質(zhì)。
本發(fā)明所述冷卻換熱器的換熱介質(zhì)可以是水、含氧化合物原料，也可以是 其他不易汽化的液體介質(zhì)，本發(fā)明優(yōu)先推薦采用水作為冷卻介質(zhì)。本發(fā)明還提供了一種實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法所用的裝置，包括反應(yīng)器和再生器， 其特征在于在含氧化合物原料進(jìn)入反應(yīng)器之前，設(shè)置冷卻換熱器調(diào)整含氧化 合物原料的進(jìn)料溫度，在反應(yīng)器中設(shè)置取熱冷卻器取出反應(yīng)器中的過(guò)剩反應(yīng)熱。
本發(fā)明進(jìn)一步的特征在于取熱冷卻器由2 6組取熱管束組成，每組單獨(dú) 控制。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于原料進(jìn)料溫度調(diào)節(jié)設(shè)施除通過(guò)采用反應(yīng)產(chǎn)品 物流與原料通過(guò)熱交換器的換熱，還在原料進(jìn)入反應(yīng)器前設(shè)置冷卻換熱器來(lái)靈 活調(diào)節(jié)原料溫度的變化，可滿足原料進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)的狀態(tài)和溫度的要求，又可 對(duì)反應(yīng)溫度進(jìn)行微調(diào)。另外由于將取熱冷卻器設(shè)置在反應(yīng)器中來(lái)取出反應(yīng)的過(guò) 剩熱量，因此不必將催化劑輸送到反應(yīng)器外取熱冷卻器進(jìn)行降溫，大幅度減少 了催化劑在取熱設(shè)施內(nèi)進(jìn)行降溫時(shí)的磨損。
本發(fā)明方法用于MTO工藝時(shí)，經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算，本發(fā)明工藝可很好地滿足MTO 反應(yīng)溫度控制的需要，將反應(yīng)溫度控制在± 3°C波動(dòng)范圍內(nèi)。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的使 用范圍。


附圖是本發(fā)明方法的一種簡(jiǎn)單流程示意圖。
圖中l(wèi)一含氧化合物原料，2—反應(yīng)器， 4一反應(yīng)產(chǎn)品物流，
5—熱交換器， 7—原料罐， 8—冷卻換熱器，
IO—反應(yīng)器分布管， ll一旋風(fēng)分離器， 12—輸送管，
13—再生器， 14一分布管， 15—空氣，
16—水蒸氣， 17—燃料油， 18—再生劑輸送管，
19—催化劑冷卻器， 20—再生煙氣， 21—取熱冷卻器。
具體實(shí)施例方式
如圖所示，換熱并控制進(jìn)料溫度后的含氧化合物原料1在反應(yīng)器2的密相 床層中與金屬改性后的SAPO類催化劑接觸，生成含乙烯和丙烯的反應(yīng)產(chǎn)品物流 4，根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)品物流4的量，可將其分成2 6路，每一路設(shè)置相應(yīng)的熱交換 器5，通過(guò)熱交換器5，反應(yīng)產(chǎn)品物流4與從原料罐7中來(lái)的含氧化合物原料1 換熱，以提高含氧化合物原料1的溫度，換熱后的反應(yīng)產(chǎn)品物流4進(jìn)入急冷系 統(tǒng)，換熱后的含氧化合物原料1繼續(xù)進(jìn)入冷卻換熱器8以進(jìn)一步調(diào)節(jié)溫度，經(jīng) 過(guò)冷卻調(diào)節(jié)達(dá)到所需反應(yīng)溫度的含氧化合物原料1經(jīng)過(guò)反應(yīng)器分布管10均勻分 布后進(jìn)入反應(yīng)器2的催化劑床層進(jìn)行催化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)剩熱量由設(shè)置在 反應(yīng)器2中的取熱冷卻器21取走，在反應(yīng)器2中，生成40 50重量％以乙烯、 丙烯為主的低碳烯烴(生成物流計(jì)量不包含生成物中的水)，同時(shí)也生成2 5重量％左右的氫氣、甲烷等分子量更小的產(chǎn)物，生成8 15重量^的C厶(V組 分。由于反應(yīng)中還有更進(jìn)一步的聚合和脫氫反應(yīng)，所以還生成約2 5重量％的 焦炭。焦炭絕大部分沉積在催化劑分子篩活性中心孔道的內(nèi)外表面上，使催化 劑失去活性或使活性迅速下降。經(jīng)反應(yīng)器2內(nèi)的旋風(fēng)分離器11分離下來(lái)的含炭 催化劑經(jīng)輸送管12送至再生器13進(jìn)行氧化再生燒焦。在再生器13內(nèi)，經(jīng)分布 管14送入空氣15作為氧化燒焦介質(zhì)，為了控制燒焦程度，即控制燒除積炭后 的催化劑上的焦炭含量，在空氣中也混合一部分水蒸氣16。為了加速燒焦過(guò)程， 也可以同時(shí)向再生器床層中噴入一定量的燃料油17。經(jīng)過(guò)再生后的催化劑經(jīng)過(guò) 再生劑輸送管18送回反應(yīng)器2的密相床層，重新與含氧化合物原料1接觸進(jìn)行 反應(yīng)。含炭催化劑在再生器13進(jìn)行的氧化燒焦過(guò)程也是一個(gè)放熱過(guò)程，為了取 出過(guò)剩熱量，在再生器13內(nèi)設(shè)置有催化劑冷卻器19，催化劑冷卻器19可以是 置于再生器內(nèi)部的內(nèi)取熱器，也可以是置于再生器外部的外取熱器，取熱介質(zhì) 通常是水、氮?dú)狻?dǎo)熱油等，優(yōu)選采用水作為取熱介質(zhì)。燒焦后的再生煙氣20 經(jīng)熱量回收后經(jīng)煙囪排放。
圖中所述含氧化合物原料1可以是氣化狀態(tài)，也可以是氣液兩相狀態(tài)，也 可以是液相狀態(tài)，優(yōu)選是氣化狀態(tài)。
圖中所述取熱冷卻器21可以是2 6組取熱管束立式布置的取熱器，也可 以是2 6組取熱管束水平環(huán)形布置的取熱器；其取熱冷卻介質(zhì)可以是含氧化合 物原料、水、惰性介質(zhì)或?qū)嵊偷?，?yōu)先選用水作為取熱介質(zhì)。根據(jù)控制反應(yīng) 溫度的高低，靈活開(kāi)啟取熱器的組數(shù)，以調(diào)節(jié)在反應(yīng)器密相區(qū)中含氧化合物接 觸的催化劑床層溫度，從而達(dá)到嚴(yán)格控制反應(yīng)區(qū)反應(yīng)溫度的目的。
冷卻換熱器8采用的換熱介質(zhì)可以是水、含氧化合物原料，也可以是其他 不易汽化的液體介質(zhì)，本發(fā)明優(yōu)先推薦采用水作為冷卻介質(zhì)。冷卻換熱器8調(diào) 節(jié)的負(fù)荷占過(guò)?？偀嶝?fù)荷的20 60%，最好是20 30%。
實(shí)施例1 :
生產(chǎn)裝置規(guī)模為年產(chǎn)60萬(wàn)噸烯烴，原料為180萬(wàn)噸甲醇/年。生產(chǎn)方案為 乙烯為主的生產(chǎn)方案，反應(yīng)溫度控制為50(TC。如果僅僅采用催化劑取熱冷卻器 控制反應(yīng)溫度的方案，反應(yīng)溫度的控制精度為500±5°C，乙烯產(chǎn)品的選擇性(不 含產(chǎn)品中的生產(chǎn)水)在2 5重量Q^范圍內(nèi)波動(dòng)，如果溫度偏高，H2、 C&的產(chǎn)率 將提高1重量％。
采用本發(fā)明的反應(yīng)器內(nèi)取熱冷卻器和甲醇原料經(jīng)冷卻換熱器微調(diào)進(jìn)料溫度 的措施后，生產(chǎn)方案為乙烯為主的生產(chǎn)方案，反應(yīng)溫度控制可為500°C±3°C， 乙烯產(chǎn)品的選擇性(不含產(chǎn)品中的生產(chǎn)水)在2重量％范圍內(nèi)波動(dòng)，H2、 Cft的 產(chǎn)率可降低0. 5重量％。實(shí)施例2:
生產(chǎn)裝置規(guī)模為年產(chǎn)60萬(wàn)噸烯烴，原料為180萬(wàn)噸甲醇/年。生產(chǎn)方案為 丙烯為主的生產(chǎn)方案，反應(yīng)溫度控制為440'C。如果僅僅采用取熱冷卻器控制反 應(yīng)溫度的方案，反應(yīng)溫度的控制精度為440±5°C，丙烯產(chǎn)品的選擇性(不含產(chǎn) 品中的生產(chǎn)水)在2 5重量％范圍內(nèi)波動(dòng)。
采用本發(fā)明的反應(yīng)器內(nèi)取熱冷卻器和甲醇原料經(jīng)冷卻換熱器微調(diào)進(jìn)料溫度 的措施后，生產(chǎn)方案為丙烯為主的生產(chǎn)方案，反應(yīng)溫度控制可為440°C±3°C， 乙烯產(chǎn)品的選擇性(不含產(chǎn)品中的生產(chǎn)水)在2重量％范圍內(nèi)波動(dòng)。
權(quán)利要求
1、一種由含氧化合物生成低碳烯烴的的方法，含氧化合物原料(1)在反應(yīng)器(2)密相床層中與催化劑接觸反應(yīng)，分離反應(yīng)物流，得含乙烯和丙烯的反應(yīng)產(chǎn)品物流(4)和含炭催化劑，將含炭催化劑輸送到催化劑再生器(13)燒焦再生，再生后的催化劑返回到反應(yīng)器(2)循環(huán)使用，其特征在于反應(yīng)產(chǎn)品物流(4)通過(guò)熱交換器(5)與含氧化合物原料(1)換熱后進(jìn)入急冷系統(tǒng)，換熱后的含氧化合物原料(1)進(jìn)冷卻換熱器(8)調(diào)整溫度后進(jìn)反應(yīng)器(2)，在所述反應(yīng)器(2)中設(shè)置取熱冷卻器(21)取出反應(yīng)器(2)中的過(guò)剩反應(yīng)熱。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于冷卻換熱器(8)調(diào)節(jié)的熱負(fù) 荷占過(guò)?？偀嶝?fù)荷的20 60%。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于冷卻換熱器(8)調(diào)節(jié)的熱負(fù) 荷占過(guò)剩總熱負(fù)荷的20 30%。
4、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于取熱冷卻器(21)由2 6組 取熱管束組成，每組單獨(dú)控制。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于冷卻換熱器(8)和取熱冷卻 器(21)的取熱介質(zhì)是水。
6、 如權(quán)利要求1或2或4或5所述的方法，其特征在于含氧化合物原料 (1)是甲醇或二甲醚。
7、 一種權(quán)利要求1所述方法的裝置，包括反應(yīng)器(2)和再生器(13)，其 特征在于在含氧化合物原料(1)進(jìn)入反應(yīng)器(2)之前，設(shè)置冷卻換熱器(8) 調(diào)整含氧化合物原料(1)的進(jìn)料溫度，在反應(yīng)器(2)中設(shè)置取熱冷卻器(21) 取出反應(yīng)器(2)中的過(guò)剩反應(yīng)熱。
8、 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于取熱冷卻器(21)由2 6組 取熱管束組成，每組單獨(dú)控制。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種由含氧化合物生成低碳烯烴的方法及裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)反應(yīng)器溫度無(wú)法實(shí)現(xiàn)靈活控制的問(wèn)題。采用的技術(shù)方案為反應(yīng)產(chǎn)品物流(4)通過(guò)熱交換器(5)與含氧化合物原料(1)換熱后進(jìn)入急冷系統(tǒng)，換熱后的含氧化合物原料(1)進(jìn)冷卻換熱器(8)調(diào)整溫度后進(jìn)反應(yīng)器(2)，在所述反應(yīng)器(2)中設(shè)置取熱冷卻器(21)取出反應(yīng)器(2)中的過(guò)剩反應(yīng)熱。使用本發(fā)明方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)器的反應(yīng)溫度靈活控制，并大幅度減少催化劑在取熱設(shè)施內(nèi)的磨損程度。
文檔編號(hào)C07C11/00GK101318868SQ200710111668
公開(kāi)日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者喬立功, 昱 劉, 磊 施, 梁龍虎, 董利萍, 趙予川, 陳俊武, 陳香生 申請(qǐng)人:中國(guó)石化集團(tuán)洛陽(yáng)石油化工工程公司