專利名稱：組合式流化床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種組合式流化床反應(yīng)器，特別是關(guān)于采用組合式流化床反應(yīng)器耦合提升 管反應(yīng)器，快分裝置及終止劑技術(shù)，實用于含氧化合物如甲醇或二甲醚高效催化轉(zhuǎn)化生成 乙烯、丙烯的組合式流化床反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
石油化工是國民經(jīng)濟(jì)中重要的支柱產(chǎn)業(yè)，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通和國防等部門提供大量 化工原料，是國民經(jīng)濟(jì)中關(guān)聯(lián)和帶動性較強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)部門之一。而丙烯與乙烯則是構(gòu)成現(xiàn)代 石油化工最為重要的兩大基礎(chǔ)原料。
乙烯的大宗下游產(chǎn)品主要有聚乙烯、環(huán)氧乙烷、乙二醇、聚氯乙烯、苯乙烯、醋酸乙 烯等。乙烯產(chǎn)量的大小是衡量一個國家石化工業(yè)乃至國民經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度的標(biāo)志。丙烯主要 用于生產(chǎn)聚丙烯、異丙苯、羰基醇、丙烯腈、環(huán)氧丙垸、丙烯酸、異丙醇等，其中聚丙烯 占世界丙烯需求的一半以上。目前，世界上67%的丙烯來自蒸汽裂解生產(chǎn)乙烯的副產(chǎn)品， 30y。來自煉油廠催化裂化(FCC)生產(chǎn)汽、柴油的副產(chǎn)品，少量(約3%)由丙烷脫氫和乙烯-丁 烯易位反應(yīng)得到。預(yù)計未來乙烯及丙烯需求增長速度快于供應(yīng)。
鑒于乙烯及丙烯的需求增長率較高，而傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式呈現(xiàn)"供不應(yīng)求"的緊張狀況， 因此補(bǔ)充乙烯及丙烯需求需要借助于其他各種增產(chǎn)乙烯丙烯技術(shù)。
含氧化合物是用于制備烯烴的有前途的備選原料。特別有前途的含氧化合物原料是醇 類如甲醇、二甲醚、甲乙醚、二乙醚、碳酸二甲脂、和甲酸甲脂。這些含氧化合物許多可 通過發(fā)酵、或由天然氣衍生的合成氣、石油液體、碳質(zhì)材料包括煤、再循環(huán)塑料、城市垃 圾、或任何適合的有機(jī)材料生產(chǎn)。由于來源多種多樣，含氧化合物將成為用于烯烴生產(chǎn)的 經(jīng)濟(jì)來源。
一直以來，煤或天然氣制合成氣、合成氣制甲醇和烯烴分離技術(shù)已經(jīng)具有規(guī)?；墒?經(jīng)驗，但是由甲醇到烯烴的過程是合成氣到烯烴這個工業(yè)鏈條的斷點和難點，而該關(guān)鍵技 術(shù)的解決可以為由非石油資源生產(chǎn)基本有機(jī)原料乙烯、丙烯提供一條新的原料路線。尤其 是近些年來，乙烯及丙烯的需求持續(xù)走高，而石油資源日趨匱乏的情況下。如何開辟出一
條非石油資源生產(chǎn)乙烯，丙烯的煤化工新路線，對于極大地緩解我國石油供應(yīng)緊張的局面， 促進(jìn)我國重化工的跨越式發(fā)展和原料路線的結(jié)構(gòu)性調(diào)整，具有重要的戰(zhàn)略意義和社會、經(jīng)
濟(jì)效益。
文獻(xiàn)CN1356299A，公開了一種由甲醇或二甲醚生產(chǎn)低碳烯烴的工藝方法及其系統(tǒng)。 該工藝采用磷酸硅鋁分子篩(SAPO-34)作為催化劑，利用氣固并流下行式流化床超短接觸 反應(yīng)器，催化劑與原料在氣固并流下行式流化床超短接觸反應(yīng)器中接觸、反應(yīng)物流方向為 下行催化劑及反應(yīng)產(chǎn)物出反應(yīng)器后進(jìn)入設(shè)置在該反應(yīng)器下部的氣固快速分離器進(jìn)行快速 分離；分離出的催化劑進(jìn)入再生器中燒碳再生，催化劑在系統(tǒng)中連續(xù)再生，反應(yīng)循環(huán)進(jìn)行。 該工藝二甲醚或甲醇的轉(zhuǎn)化率大于98%。
文獻(xiàn)WO2004/039754公開了一種含氧物至烯烴的流化床反應(yīng)器裝置及控制該裝置的 方法，該方法主要通過相關(guān)變量的控制來實現(xiàn)含氧物至烯烴的催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)。所述工藝變 量選自下組中的至少一個l)空速，2)平均反應(yīng)溫度，3)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率，和4)催化劑上的 平均焦炭量，且與至少一個工藝變量相對應(yīng)的設(shè)置點選自(a)反應(yīng)物進(jìn)料速率，(b)原料烚，
(c) 與反應(yīng)器溫度有關(guān)的函數(shù)，例如，反應(yīng)器的中間溫度或沿反應(yīng)器一部分的溫升速率，和
(d) 在反應(yīng)器立管中的催化劑滯留量。對應(yīng)的操作變量選自I)進(jìn)料控制閥II)原料預(yù)熱速度， m)反應(yīng)器中的催化活性，和IV)反應(yīng)器中的催化劑量。顯然，該裝置及方法，必須使測量 和操作變量實現(xiàn)最佳組合才能實現(xiàn)平穩(wěn)組合，且操作復(fù)雜。
文獻(xiàn)US6023005公開了保持含氧物至烯烴轉(zhuǎn)化催化劑上的最佳平均焦炭含量對于實 現(xiàn)改善較低的烯烴選擇性的重要性，對于上述變量的控制表現(xiàn)為可用于使含氧化合物至烯 烴的反應(yīng)器的性能最佳，然而，在嘗試選擇控制空速，平均反應(yīng)溫度、反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率及催 化劑上的平均焦炭含量的控制模式時遇到了幾個問題。例如難以測量催化劑上的平均焦炭 含量，因為催化劑樣品必須被取出并用試驗室方法分析。目前，不存在可連續(xù)監(jiān)控反應(yīng)器 內(nèi)部催化劑上焦炭含量的可靠方法。對反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率水平的測量存在著相似的問題。
綜上所述，上述文獻(xiàn)中存在催化劑與反應(yīng)產(chǎn)物無效接觸時間長，不能及時分離或停止 反應(yīng)，造成二次反應(yīng)容易發(fā)生，副反應(yīng)多，副產(chǎn)物量大，使目的產(chǎn)物選擇性差、收率低的 問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是以往文獻(xiàn)技術(shù)中存在流化床反應(yīng)器用于甲醇或二甲醚 生產(chǎn)乙烯丙烯過程中目的產(chǎn)品乙烯丙烯收率低及選擇性低的問題，提供一種新的組合式流 化床反應(yīng)器。該組合式流化床反應(yīng)器用于甲醇或二甲醚生產(chǎn)乙烯丙烯過程中，具有目的產(chǎn)
品乙烯丙烯收率高，選擇性好的優(yōu)點。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下 一種組合式流化床反應(yīng)器，基 本由流化床反應(yīng)器、沉降器(5)、汽提器(11)和換熱器(3)組成，包括密相區(qū)A、過渡區(qū)B、
沉降區(qū)C、原料進(jìn)口 1、分布器或分布板2、換熱器3、提升管4、快分裝置6、導(dǎo)氣管7、 旋風(fēng)分離器8、集氣室9、產(chǎn)物氣體出口IO、汽提器ll、再生斜管12和待生斜管13，其 中密相區(qū)A經(jīng)過縮徑結(jié)構(gòu)的過渡區(qū)B后與提升管4相連通；提升管4上端或末端設(shè)有快 分裝置6;快分裝置6的旋臂位于提升管4外，與提升管4同軸相通的導(dǎo)氣管7內(nèi)；導(dǎo)氣 管7位于沉降器5內(nèi)，其上端伸入沉降區(qū)C上部的稀相區(qū)，其下端位于提升管4外過渡區(qū) B外部上端；旋風(fēng)分離器8位于沉降器5內(nèi)，導(dǎo)氣管7外，其上部出口與集氣室9相通； 集氣室9位于沉降器5頂部與產(chǎn)物氣體出口 IO相連通；汽提器11一端與沉降器5的底部 相連通，汽提器ll的另一端與待生斜管13相連；在沉降器5的底部與密相區(qū)A下段之間 設(shè)置換熱器3，換熱器3的一端與沉降器5的底部相連通，換熱器3的另一端與密相區(qū)A 相連通；分布器或分布板2位于密相區(qū)A底部，分布器或分布板2的下部設(shè)置有原料進(jìn)口 1;在提升管4下部區(qū)域附近設(shè)置終止劑注入口 15。
上述技術(shù)方案中終止劑注入口 15距離提升管4底部的垂直距離為提升管4長度的0 4/5;終止劑注入口 15沿提升管4下部區(qū)域呈環(huán)形分布；提升管4的內(nèi)徑是密相區(qū)A外徑 的1/15 U2，提升管4的高度是密相區(qū)A高度的1/5 5/1;再生斜管12與密相區(qū)A連接 口距離密相區(qū)A底部垂直距離是密相區(qū)A垂直高度的1/10 1/2;過渡區(qū)B的垂直高度是 密相區(qū)A垂直高度的1/20 1/2;旋風(fēng)分離器8的氣體入口距離集氣室9頂部垂直距離為 沉降器直徑的1/10 1/1。
采用組合式流化床反應(yīng)器實現(xiàn)甲醇及二甲醚催化轉(zhuǎn)化生產(chǎn)乙烯及丙烯過程中，目的產(chǎn) 物乙烯和丙烯是反應(yīng)的中間產(chǎn)物，中間產(chǎn)物在與催化劑長時間接觸情況下，依然會繼續(xù)轉(zhuǎn) 化，尤其在組合式流化床反應(yīng)器的沉降區(qū)域，大量未分離的催化劑在高溫狀態(tài)下會繼續(xù)與 反應(yīng)產(chǎn)物發(fā)生二次反應(yīng)，使得副反應(yīng)多，副產(chǎn)物量大，造成乙烯及丙烯選擇性低，收率低。 本發(fā)明通過在催化劑與反應(yīng)產(chǎn)物離開催化床層的出口位置區(qū)域注入終止劑， 一方面，溫度 較低的終止劑與高溫反應(yīng)混合物及催化劑接觸，可以大幅降低反應(yīng)混合物及催化劑的溫 度，同時由于選用的終止劑本身可直接參與反應(yīng)，且是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，這不僅進(jìn)一步加速高 溫反應(yīng)混合物及催化劑的急劇降溫過程，同時，終止劑的反應(yīng)產(chǎn)物可進(jìn)一步提高目的產(chǎn)物 的收率。溫度急劇降低的反應(yīng)混合物及催化劑離開反應(yīng)區(qū)后，副反應(yīng)少，二次反應(yīng)發(fā)生的 幾率小，進(jìn)一步提高了目的產(chǎn)物的收率及選擇性。
本發(fā)明的組合式流化床反應(yīng)器用于甲醇催化轉(zhuǎn)化生產(chǎn)乙烯及丙烯反應(yīng)，用圖1所示裝 置，采用SAPO-34分子篩為催化劑，乙醇為終止劑，在反應(yīng)溫度450 53(TC，接觸時間 3 10秒，催化劑與甲醇重量比為0.5 1.5的條件下，相對于相同條件不加終止劑的流化 床反應(yīng)器而言，乙烯收率可提高大于3%，丙烯收率可提高大于2%，取得了較好的技術(shù)效果。


圖1為本發(fā)明組合式流化床反應(yīng)器示意圖。
圖1中A是密相區(qū)、B是過渡區(qū)、C是沉降區(qū)、l是原料進(jìn)口， 2是分布器或分布板， 3是換熱器，4是提升管，5是沉降器，6是快分裝置，7是導(dǎo)氣管，8是旋風(fēng)分離器，9 是集氣室，IO產(chǎn)物氣體出口， ll是汽提器，12是再生斜管，13是待生斜管，14是汽提蒸 汽入口， 15是終止劑注入口。
圖1中原料由原料進(jìn)口 1引入，經(jīng)氣體分布器或分布板2分布后進(jìn)入流化床的密相區(qū) A與催化劑接觸反應(yīng)，催化劑與反應(yīng)混合物經(jīng)過渡區(qū)B進(jìn)入提升管4;經(jīng)提升管4上端(末 端)的旋流快分裝置6快速分離后，大部分催化劑進(jìn)入沉降器C的下部區(qū)域，反應(yīng)混合物 夾帶的部分催化劑進(jìn)入沉降器5上部稀相空間經(jīng)旋風(fēng)分離器8進(jìn)行二次分離，分離后的產(chǎn) 品氣經(jīng)旋風(fēng)分離器8的出口進(jìn)入集氣室9，由產(chǎn)物氣體出口 10引出。來自旋風(fēng)分離器8 分離后的催化劑經(jīng)旋風(fēng)分離器8的料腿返回沉降器5的下部區(qū)域。沉降器5內(nèi)的沉降區(qū)C 下部的待生催化劑進(jìn)入汽提器ll，經(jīng)來自汽提蒸汽入口 14的汽提蒸汽汽提后，經(jīng)待生斜 管12進(jìn)入再生器(圖中再生器省略)，再生劑經(jīng)再生斜管12進(jìn)入組合式流化床反應(yīng)器密相 區(qū)A。另外，沉降器5內(nèi)的部分催化劑經(jīng)換熱器3換熱后進(jìn)入組合式流化床反應(yīng)器密相區(qū) A底部與催化劑混合繼續(xù)反應(yīng)，整個過程循環(huán)進(jìn)行。
下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
具體實施例方式
實施例1
用圖1的組合式流化床反應(yīng)器，以SAPO-34分子篩為催化劑，甲醇為原料，乙醇為終 止劑，原料與終止劑的重量比為10: 1，終止劑進(jìn)料溫度為40'C，在反應(yīng)溫度480。C，接 觸時間7秒，催化劑與甲醇重量比為0.4的條件下，甲醇轉(zhuǎn)化率100%，乙烯收率為49.5%， 丙烯收率為32.3%。
實施例2用圖1的組合式流化床反應(yīng)器，以SAPO-34分子篩為催化劑，二甲醚為原料，乙醇為 終止劑，原料與終止劑的重量比為10 : 1，終止劑進(jìn)料溫度為40°C ，在反應(yīng)溫度51(TC， 接觸時間8秒，催化劑與二甲醚重量比為0.6的條件下，乙烯收率為50.1%，丙烯收率為 32.6%。比較例1參照實施例1的各個步驟及反應(yīng)條件，只是組合式流化床反應(yīng)器中不加入終止劑，反 應(yīng)結(jié)果為甲醇轉(zhuǎn)化率100%，乙烯收率為45.1%，丙烯收率29.5%。比較例2參照實施例2的各個步驟及反應(yīng)條件，只是組合式流化床反應(yīng)器中不加入終止劑，反 應(yīng)結(jié)果為二甲醚轉(zhuǎn)化率100%，乙烯收率為46.7%，丙烯收率28.4%。
權(quán)利要求
1、一種組合式流化床反應(yīng)器，基本由流化床反應(yīng)器、沉降器(5)、汽提器(11)和換熱器(3)組成，包括密相區(qū)(A)、過渡區(qū)(B)、沉降區(qū)(C)、原料進(jìn)口(1)、分布器或分布板(2)、換熱器(3)、提升管(4)、快分裝置(6)、導(dǎo)氣管(7)、旋風(fēng)分離器(8)、集氣室(9)、產(chǎn)物氣體出口(10)、汽提器(11)、再生斜管(12)和待生斜管(13)，其中密相區(qū)(A)經(jīng)過縮徑結(jié)構(gòu)的過渡區(qū)(B)后與提升管(4)相連通；提升管(4)上端或末端設(shè)有快分裝置(6)；快分裝置(6)的旋臂位于提升管(4)外，與提升管(4)同軸相通的導(dǎo)氣管(7)內(nèi)；導(dǎo)氣管(7)位于沉降器(5)內(nèi)，其上端伸入沉降區(qū)(C)上部的稀相區(qū)，其下端位于提升管(4)外過渡區(qū)(B)外部上端；旋風(fēng)分離器(8)位于沉降器(5)，導(dǎo)氣管(7)外，其上部出口與集氣室(9)相通；集氣室(9)位于沉降器(5)頂部與產(chǎn)物氣體出口(10)相連通；汽提器(11)一端與沉降器(5)的底部相連通，汽提器(11)的另一端與待生斜管(13)相連；在沉降器(5)的底部與密相區(qū)(A)下段之間設(shè)置換熱器(3)，換熱器(3)的一端與沉降器(5)的底部相連通，換熱器(3)的另一端與密相區(qū)(A)相連通；分布器或分布板(2)位于密相區(qū)(A)底部，分布器或分布板(2)的下部設(shè)置有原料進(jìn)口(1)，其特征在于在提升管(4)下部區(qū)域附近設(shè)置終止劑注入口(15)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述組合式流化床反應(yīng)器，其特征在于終止劑注入口(15)距離提升 管(4)底部的垂直距離為提升管(4)長度的0 4/5。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述組合式流化床反應(yīng)器，其特征在于終止劑注入口(15)沿提升管 (4)下部區(qū)域呈環(huán)形分布。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述組合式流化床反應(yīng)器，其特征在于提升管(4)的內(nèi)徑是密相區(qū) (A)外徑的1/15 1/2，提升管(4)的高度是密相區(qū)(A)高度的1/5 5/1。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述組合式流化床反應(yīng)器，其特征在于再生斜管(12)與密相區(qū)(A) 連接口距離密相區(qū)(A)底部垂直距離是密相區(qū)(A)垂直高度的1/10 1/2。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述組合式流化床反應(yīng)器，其特征在于過渡區(qū)(B)的垂直高度是密 相區(qū)(A)垂直高度的1/20 1/2。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述組合式流化床反應(yīng)器，其特征在于旋風(fēng)分離器(8)的氣體入口 距離集氣室(9)頂部垂直距離為沉降器直徑的1/10 1/1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種組合式流化床反應(yīng)器，主要解決以往技術(shù)中用于甲醇或二甲醚催化反應(yīng)過程中，存在乙烯及丙烯選擇性低，收率低的技術(shù)問題。本發(fā)明通過采用包括密相區(qū)A、過渡區(qū)B、沉降區(qū)C、原料進(jìn)口1、分布器或分布板2、換熱器3、提升管4、快分裝置6、導(dǎo)氣管7、旋風(fēng)分離器8、集氣室9、產(chǎn)物氣體出口10、汽提器11、再生斜管12和待生斜管13，其中密相區(qū)A經(jīng)過縮徑結(jié)構(gòu)的過渡區(qū)B后與提升管4相連通；提升管4上端或末端設(shè)有快分裝置6；導(dǎo)氣管7位于沉降器5內(nèi)，其上端伸入沉降區(qū)C上部的稀相區(qū)，其下端位于提升管4外過渡區(qū)B外部上端；旋風(fēng)分離器8位于沉降器5內(nèi)，提升管4外，其上部出口與集氣室9相通；分布器或分布板2位于密相區(qū)A底部，分布器或分布板2的下部設(shè)置有原料進(jìn)口1；在提升管4下部區(qū)域附近設(shè)置終止劑注入口15的技術(shù)方案，較好地解決了該問題，可用于增產(chǎn)乙烯、丙烯的工業(yè)生產(chǎn)中。
文檔編號B01J8/24GK101164684SQ20061011735
公開日2008年4月23日 申請日期2006年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月20日
發(fā)明者劉俊濤, 張惠明, 忻曉琦, 鐘思青 申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院