CN102274760B - 用于甲醇制烯烃的催化剂再生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于甲醇制烯烃的催化剂再生装置，主要解决甲醇制烯烃技术中再生器只能提供一种积碳量的再生催化剂的问题。本发明通过采用一种用于甲醇制烯烃的催化剂再生装置，主要包括第一再生区4、第二再生区3、待生斜管11、第一再生斜管5、第二再生斜管7、取热设备6、气固分离设备8、沉降区9，第一再生区4上部与沉降区9相连，下部与第二再生区3相连，气固分离设备8位于沉降区9中，待生斜管11与第一再生区4的下部相连，第一再生斜管5与第一再生区4相连，第二再生斜管7与第二再生区3的相连，第一再生区4和第二再生区3底部均设有再生介质进气管线，沉降区9顶部设有烟气出口管线10的技术方案较好地解决了上述问题，可用于低碳烯烃的工业生产中。

Description

用于甲醇制烯烃的催化剂再生装置
技术领域
本发明涉及一种用于甲醇制烯烃的催化剂再生装置。
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，一类重要的用于轻质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***)、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，再加上转化生成轻质烯烃工艺的经济性，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催化剂具有很高的轻质烯烃选择性，而且活性也较高，可使甲醇转化为轻质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。该方法中采用鼓泡或湍动流化床再生器，只设置一段再生，存在只能提供一种积碳量的再生催化剂的缺点。
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。该方法再生器为鼓泡床，只设置一段再生，存在只能提供一种积碳量的再生催化剂的缺点。
本领域所公知的，要高效利用甲醇制烯烃过程中产生的碳四以上烃，其中一种方案就是利用甲醇制烯烃催化剂将其进一步转化为低碳烯烃，但是由于反应特点的异同，甲醇转化所需的积碳量与碳四以上烃转化所需的积碳量是不同的，现有技术均只设置一段再生，存在只能提供一种积碳量的再生催化剂的问题。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甲醇制烯烃技术中再生器只能提供一种积碳量的再生催化剂的问题，提供一种新的用于甲醇制烯烃的催化剂再生装置。该装置用于低碳烯烃的生产中，具有再生器可提供两种不同积碳量的再生催化剂的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种用于甲醇制烯烃的催化剂再生装置，主要包括第一再生区4、第二再生区3、待生斜管11、第一再生斜管5、第二再生斜管7、取热设备6、气固分离设备8、沉降区9，第一再生区4上部与沉降区9相连，下部与第二再生区3相连，气固分离设备8位于沉降区9中，待生斜管11与第一再生区4的下部相连，第一再生斜管5与第一再生区4相连，第二再生斜管7与第二再生区3的相连，第一再生区4和第二再生区3底部均设有再生介质进气管线，沉降区9顶部设有烟气出口管线10。
上述技术方案中，所述再生介质为空气；所述催化剂包括SAPO-34分子筛；所述第一再生斜管5内的催化剂积碳量质量分数为0.8～2.0％，第二再生斜管7内的催化剂积碳量质量分数小于0.5％；所述气固分离设备8为1～3级旋风分离器；所述取热设备6为外置式；所述催化剂与再生介质呈逆流接触状态；所述第一再生区4内再生温度为610～650℃，第二再生区3内再生温度为650～685℃。
本发明所述的积炭量计算方法为一定质量的催化剂上的积炭质量除以所述的催化剂质量。催化剂上的积炭质量测定方法如下：将混合较为均有的带有积炭的催化剂混合，然后精确称量一定质量的带碳催化剂，放到高温碳分析仪中燃烧，通过红外测定燃烧生成的二氧化碳质量，从而得到催化剂上的碳质量。
本发明所采用的硅铝磷酸盐分子筛的制备方法是：首先制备分子筛前驱体，将摩尔配比为0.03～0.6R∶(Si 0.01～0.98∶Al 0.01～0.6∶P 0.01～0.6)∶2～500H2O，其中R代表模板剂，组成原料混合液，在一定的温度下经过一定时间的晶化后获得；再次，将分子筛前驱体、磷源、硅源、铝源、有机模板剂、水等按照一定的比例混合后在110～260℃下水热晶化至少0.1小时后，最终得到SAPO分子筛。将制备的分子筛与一定比例的粘结剂混合，经过喷雾干燥、焙烧等操作步骤后得到最终的SAPO催化剂，粘结剂在分子筛中的重量百分数一般在10～90％之间。
由于甲醇转化为低碳烯烃的反应过程中，需要催化剂上带上一定量的碳，以提高低碳烯烃的选择性。现有技术均只设置一段再生，只能提供一种积碳量的再生催化剂。而由于甲醇转化与碳四以上烃转化所需催化剂活性的不同，导致低碳烯烃收率均较低。本发明所述方法中，设置第一再生区，保证再生催化剂的积碳不燃烧干净，然后将带有一定量积碳的再生催化剂直接返回反应区，显著提高了低碳烯烃的收率。而对于在甲醇制烯烃反应过程中产生的碳四以上烃副产物，可通过催化裂解进一步生成乙烯、丙烯。碳四以上烃裂解所需的催化剂要求具有低的积碳量。因此，本发明所述方法中，将第一再生区内的催化剂导入第二再生区，以彻底的燃烧掉催化剂所携带的积碳，恢复催化剂的初始活性，然后将再生完全的再生催化剂用于转化碳四以上烃，以增产乙烯和丙烯。因此，采用本发明所述的再生装置，再生器提供了两种不同积碳量的再生催化剂，用于甲醇制烯烃反应和碳四以上烃催化裂解制烯烃反应，提高了产品中低碳烯烃的收率。
采用本发明的技术方案：所述再生介质为空气；所述催化剂包括SAPO-34分子筛；所述第一再生斜管5内的催化剂积碳量质量分数为0.8～2.0％，第二再生斜管7内的催化剂积碳量质量分数小于0.5％；所述气固分离设备8为1～3级旋风分离器；所述取热设备6为外置式；所述催化剂与再生介质呈逆流接触状态；所述第一再生区4内再生温度为610～650℃，第二再生区3内再生温度为650～685℃，为甲醇制烯烃反应提供积碳量质量分数在0.8～2.0％之间的再生催化剂，同时为碳四以上烃催化裂解制烯烃反应提供积碳量质量分数小于0.5％的再生催化剂，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明所述方法的流程示意图。
图1中，1为第二再生区底部再生介质入口管线；2为第一再生区底部再生介质入口管线；3为第二再生区；4为第一再生区；5为第一再生斜管；6为再生器外取热器；7为第二再生斜管；8为气固旋风分离器；9为再生器沉降区；10为再生烟气出口管线；11为待生斜管。
待生催化剂经过待生斜管11进入第一再生区4中与自管线2来的再生介质接触，烧炭再生，焦炭燃烧生成的烟气经过旋风分离器8后通过烟气出口管线10进入后续的能量回收***，第一再生区4再生完成的催化剂通过第一再生斜管5返回反应区。第一再生区4内的剩余部分催化剂进入第二再生区3中，与自管线1来的再生介质接触，烧炭再生，再生完成的催化剂经第二再生斜管7进入其它反应区。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
在如图1所示的小型再生装置上，采用外置式全返混取热器控制再生温度，气固旋风分离器采用2级，第一再生区再生温度为630℃，第二再生区再生温度为670℃，再生介质采用压缩空气，采用SAPO-34分子筛催化剂，第一再生区的床层密度为385千克/立方米，第二再生区的床层密度为427千克/立方米，待生斜管与第一再生区下部相连，第一再生区中的催化剂通过底部的管道进入第二再生区，第一再生斜管、第二再生斜管和待生斜管均设有催化剂取样设备，取出的催化剂样品采用红外碳硫分析仪测定积碳量，分析结果如下：待生催化剂积碳量为4.8％(重量)，第一再生斜管内催化剂积碳量为1.5％(重量)，第二再生斜管内催化剂积碳量为0.18％(重量)。
【实施例2】
在如图1所示的小型再生装置上，采用外置式全返混取热器控制再生温度，气固旋风分离器采用3级，第一再生区再生温度为650℃，第二再生区再生温度为685℃，再生介质采用压缩空气，采用SAPO-34分子筛催化剂，第一再生区的床层密度为402千克/立方米，第二再生区的床层密度为439千克/立方米，待生斜管与第一再生区下部相连，第一再生区中的催化剂通过底部的管道进入第二再生区，第一再生斜管、第二再生斜管和待生斜管均设有催化剂取样设备，取出的催化剂样品采用红外碳硫分析仪测定积碳量，分析结果如下：待生催化剂积碳量为4.77％(重量)，第一再生斜管内催化剂积碳量为0.8％(重量)，第二再生斜管内催化剂积碳量为0.07％(重量)。
【实施例3】
在如图1所示的小型再生装置上，采用外置式全返混取热器控制再生温度，气固旋风分离器采用1级，第一再生区再生温度为618℃，第二再生区再生温度为650℃，再生介质采用压缩空气，采用SAPO-34分子筛催化剂，第一再生区的床层密度为395千克/立方米，第二再生区的床层密度为454千克/立方米，待生斜管与第一再生区下部相连，第一再生区中的催化剂通过底部的管道进入第二再生区，第一再生斜管、第二再生斜管和待生斜管均设有催化剂取样设备，取出的催化剂样品采用红外碳硫分析仪测定积碳量，分析结果如下：待生催化剂积碳量为4.85％(重量)，第一再生斜管内催化剂积碳量为2.0％(重量)，第二再生斜管内催化剂积碳量为0.49％(重量)。
显然，采用本发明的方法，可以达到再生器提供两种不同积碳量再生催化剂的目的，具有较大的技术优势，可用于低碳烯烃的工业生产中。

Claims (7)

1.一种用于甲醇制烯烃的催化剂再生装置，主要包括第一再生区(4)、第二再生区(3)、待生斜管(11)、第一再生斜管(5)、第二再生斜管(7)、取热设备(6)、气固分离设备(8)、沉降区(9)，第一再生区(4)上部与沉降区(9)相连，下部与第二再生区(3)相连，气固分离设备(8)位于沉降区(9)中，待生斜管(11)与第一再生区(4)的下部相连，第一再生斜管(5)与第一再生区(4)相连，第二再生斜管(7)与第二再生区(3)的相连，第一再生区(4)和第二再生区(3)底部均设有再生介质进气管线，沉降区(9)顶部设有烟气出口管线(10)；
其中所述第一再生区(4)内再生温度为610～650℃，第二再生区(3)内再生温度为650～685℃。
2.根据权利要求1所述用于甲醇制烯烃的催化剂再生装置，其特征在于所述再生介质为空气。
3.根据权利要求2所述用于甲醇制烯烃的催化剂再生装置，其特征在于所述催化剂包括SAPO-34分子筛。
4.根据权利要求1所述用于甲醇制烯烃的催化剂再生装置，其特征在于所述第一再生斜管(5)内的催化剂积碳量质量分数为0.8～2.0％，第二再生斜管(7)内的催化剂积碳量质量分数小于0.5％。
5.根据权利要求1所述用于甲醇制烯烃的催化剂再生装置，其特征在于所述气固分离设备(8)为1～3级旋风分离器。
6.根据权利要求1所述用于甲醇制烯烃的催化剂再生装置，其特征在于所述取热设备(6)为外置式。
7.根据权利要求1所述用于甲醇制烯烃的催化剂再生装置，其特征在于所述催化剂与再生介质呈逆流接触状态。
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