CN103664451A

CN103664451A - 低碳烯烃的生产装置

Info

Publication number: CN103664451A
Application number: CN201210325069.2A
Authority: CN
Inventors: 齐国祯; 王洪涛; 金永明; 王华文
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明涉及一种低碳烯烃的生产装置，主要解决现有技术中低碳烯烃收率较低的问题。本发明通过采用一种低碳烯烃的生产装置，主要包括第一流化床反应区2、第二流化床反应区26、再生器14、第三流化床反应区21、沉降器6，第一流化床反应区2出口与沉降器6相连，沉降器6顶部气相出口与第二流化床反应区26相连，沉降器6下部设有催化剂出口分别与第一流化床反应区2、再生器14相连，第二流化床反应区26顶部设有产品气出口25，下部设有催化剂出口与沉降器6相连，再生器14顶部设有烟气出口17，下部设有催化剂出口与第三流化床反应区21相连，第三流化床反应区21出口与第二流化床反应区26相连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

低碳烯烃的生产装置

技术领域

本发明涉及一种低碳烯烃的生产装置。

背景技术

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，一类重要的用于低碳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，再加上转化生成低碳烯烃工艺的经济性，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催化剂具有很高的低碳烯烃选择性，而且活性也较高，可使甲醇转化为低碳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。

US 6166282 中公布了一种甲醇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。但该方法中低碳烯烃碳基收率一般均在77%左右，存在低碳烯烃收率较低的问题。

CN 1723262 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。该方法中低碳烯烃碳基收率一般均在75～80%之间，同样存在低碳烯烃收率较低的问题。

现有技术均存在低碳烯烃收率较低的问题，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现有技术中存在的低碳烯烃收率较低的问题，提供一种新的低碳烯烃的生产装置。该装置用于低碳烯烃的生产中，具有低碳烯烃收率较高的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种低碳烯烃的生产装置，主要包括第一流化床反应区2、第二流化床反应区26、再生器14、第三流化床反应区21、沉降器6，第一流化床反应区2出口与沉降器6相连，沉降器6顶部气相出口与第二流化床反应区26相连，沉降器6下部设有催化剂出口分别与第一流化床反应区2、再生器14相连，第二流化床反应区26顶部设有产品气出口25，下部设有催化剂出口与沉降器6相连，再生器14顶部设有烟气出口17，下部设有催化剂出口与第三流化床反应区21相连，第三流化床反应区21出口与第二流化床反应区26相连。

上述技术方案中，所述第一流化床反应区2为快速床；第二流化床反应区26为密相床或湍流床，优选方案为湍流床；第三流化床反应区21为快速床或提升管，优选方案为提升管；所述第一流化床反应区2出口设有粗旋4；所述第三流化床反应区21出口设有粗旋23；所述沉降器6下部设有汽提区9；所述第三流化床反应区21底部设有预提升段20；所述沉降器6内设有旋风分离器5；第三流化床反应区21出口设有粗旋23，粗旋23位于第二流化床反应区沉降段22内；所述再生器14上部设有沉降区15，沉降区15内设有旋风分离器16。

本发明中，第三流化床反应区21进料为包括C4烯烃的原料，其中C4烯烃质量含量大于60%；所述催化剂包括SAPO-34硅铝磷分子筛；所述第一流化床反应区2反应条件为：反应温度为400～500℃，反应压力以表压计为0.01～0.3MPa，气相线速为0.5～2.5米/秒；第二流化床反应区26反应条件为：反应温度为500～600℃，反应压力以表压计为0.01～0.3MPa，气相线速为0.4～1米/秒；第三流化床反应区21反应条件为：反应温度为550～650℃，反应压力以表压计为0.01～0.3MPa，气相线速为2～12米/秒；所述再生后的催化剂平均积碳量质量分数为0.01～0.5%；所述沉降器6分离出的催化剂经汽提后至少分为两部分，以质量分数计，30-70%去再生器14再生，30-70%返回第一流化床反应区2。

本发明中，粗旋是指位于提升管或下行床出口可以实现气固快速分离的初级旋风分离器，由于其分离效率较低(一般在70～90%之间)，因此本领域的技术人员一般简称之为“粗旋”。

本发明所述平均积炭量的计算方法为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：将混合较为均匀的带有积炭的催化剂混合，然后称量0.1～1克的带碳催化剂，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)∶2～500 H₂O，其中R代表模板剂，模板剂为三乙胺，组成原料混合液，在100-250℃的温度下经过1～10小时的晶化后获得；再次，将分子筛前驱体、磷源、硅源、铝源、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。将制备的分子筛与所需比例的粘结剂混合，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在10～90%之间。

采用本发明的装置，设置三个反应区，第一流化床反应区2用于转化甲醇为低碳烯烃，第二流化床反应区26主要用于利用第三流化床反应区21的带碳催化剂在较高的温度下、较低的线速下转化第一流化床反应区2气相物流中的C4以上烃，第三流化床反应区21用于在高温、高活性催化剂上转化分离工段分离出来的C4烃，也包括C4以上烃。因此，采用本发明的装置，可以大幅度降低副产物—C4以上烃的量，增加低碳烯烃产量，达到提高低碳烯烃收率的目的。

采用本发明的技术方案：所述第一流化床反应区2为快速床；第二流化床反应区26为密相床或湍流床；第三流化床反应区21为快速床或提升管；所述第一流化床反应区2出口设有粗旋4；所述第三流化床反应区21出口设有粗旋23；所述沉降器6下部设有汽提区9；所述第三流化床反应区21底部设有预提升段20；所述沉降器6内设有旋风分离器5；第三流化床反应区21出口设有粗旋23，粗旋23位于第二流化床反应区沉降段22内；所述再生器14上部设有沉降区15，沉降区15内设有旋风分离器16，低碳烯烃碳基收率达到87.59%(重量)，比现有技术的低碳烯烃碳基收率高出将近4个百分点，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述装置的流程示意图；

图1中，1为甲醇进料管线；2为第一流化床反应区；3为气固快速分离设备；4为粗旋；5为气固旋风分离器；6为沉降器；7为沉降器气相物流出口管线；8为第二流化床反应器催化剂返回沉降器管线；9为汽提区；10为挡板；11为沉降器催化剂返回第一流化床反应区管线；12为待生斜管；13为再生空气管线；14为再生器再生区；15为再生器沉降区；16为气固旋风分离器；17为烟气出口管线；18为再生斜管；19为包括C4烯烃的原料进料；20为预提升段；21为第三流化床反应区；22为第二流化床反应区沉降段；23为粗旋；24为气固旋风分离器；25为产品气管线；26为第二流化床反应区；27为再生器气固旋风分离器。

主要为甲醇的原料进入第一流化床反应区2，与包括硅铝磷分子筛的催化剂接触，生成的气相物流和催化剂进入沉降器6，经过气固分离后的气相物流进入第二流化床反应区26，分离出的催化剂经汽提后至少分为两部分，一部分去再生器再生，一部分返回第一流化床反应区2，再生后的催化剂进入第三流化床反应区21，与包括C4烯烃的原料接触，生成的气相物流和催化剂进入第二流化床反应区26，第二流化床反应区26的气相物流经过气固分离后进入分离工段，分离出的催化剂返回沉降器6。

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所示的反应装置上，纯度为99.5%的甲醇原料进入第一流化床反应区，与SAPO-34催化剂接触，生成的气相物流和催化剂进入沉降器，经过气固分离后的气相物流进入第二流化床反应区，分离出的催化剂经汽提后分为两部分，以质量分数计，30%去再生器再生， 70%返回第一流化床反应区。再生后的催化剂进入第三流化床反应区，与包括C4烯烃的原料接触，生成的气相物流和催化剂进入第二流化床反应区，第二流化床反应区的气相物流经过气固分离后进入分离工段，分离出的催化剂返回所述沉降器。第一流化床反应区出口设有粗旋，第三流化床反应区出口设有粗旋，沉降器下部设有汽提区，第三流化床反应区底部设有预提升段。第三流化床反应区出口设有粗旋，粗旋位于第二流化床反应区沉降段内，再生器上部设有沉降区，沉降区内设有旋风分离器。所述包括C4烯烃的原料中C4烯烃质量含量为60%，其余为水蒸气，第一流化床反应区反应条件为：反应温度为400℃，反应压力以表压计为0.01MPa，气相线速为0.5米/秒；第二流化床反应区反应条件为：反应温度为500℃，反应压力以表压计为0.01MPa，气相线速为0.4米/秒；第三流化床反应区反应条件为：反应温度为550℃，反应压力以表压计为0.01MPa，气相线速为2米/秒，再生后的催化剂平均积碳量质量分数为0.01%，第一流化床反应区为快速床，第二流化床反应区为密相床，第三流化床反应区为快速床。反应产品采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率为84.99%(重量)。

【实施例2】

按照【实施例1】所述的条件和步骤，沉降器分离出的催化剂经汽提后分为两部分，以质量分数计，70%去再生器再生，30%返回第一流化床反应区。所述包括C4烯烃的原料中C4烯烃质量含量为87%，其余为水蒸气，第一流化床反应区反应条件为：反应温度为500℃，反应压力以表压计为0.01MPa，气相线速为2.5米/秒；第二流化床反应区反应条件为：反应温度为600℃，反应压力以表压计为0.01MPa，气相线速为1米/秒；第三流化床反应区反应条件为：反应温度为650℃，反应压力以表压计为0.01MPa，气相线速为12米/秒，再生后的催化剂平均积碳量质量分数为0.5%，第一流化床反应区为快速床，第二流化床反应区为湍流床，第三流化床反应区为提升管。反应产品采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率为86.78%(重量)。

【实施例3】

按照【实施例1】所述的条件和步骤，沉降器分离出的催化剂经汽提后分为两部分，以质量分数计，50%去再生器再生，50%返回第一流化床反应区。所述包括C4烯烃的原料中C4烯烃质量含量为76%，还包括12%的C5烯烃，其余为水蒸气，第一流化床反应区反应条件为：反应温度为470℃，反应压力以表压计为0.01MPa，气相线速为1.5米/秒；第二流化床反应区反应条件为：反应温度为570℃，反应压力以表压计为0.01MPa，气相线速为0.7米/秒；第三流化床反应区反应条件为：反应温度为610℃，反应压力以表压计为0.01MPa，气相线速为7米/秒，再生后的催化剂平均积碳量质量分数为0.1%，第一流化床反应区为快速床，第二流化床反应区为密相床，第三流化床反应区为提升管。反应产品采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率为87.59%(重量)。

【实施例4】

按照【实施例3】所述的条件和步骤，第一流化床反应区反应条件为：反应温度为470℃，反应压力以表压计为0.3MPa，气相线速为1.25米/秒；第二流化床反应区反应条件为：反应温度为570℃，反应压力以表压计为0.3MPa，气相线速为0.5米/秒；第三流化床反应区反应条件为：反应温度为620℃，反应压力以表压计为0.3MPa，气相线速为5米/秒，再生后的催化剂平均积碳量质量分数为0.08%，反应产品采用在线气相色谱分析，低碳烯烃碳基收率为84.72%(重量)。

【比较例1】

按照【实施例3】所述的条件和步骤，只是不设置第二流化床反应区、第三流化床反应区，再生催化剂全部返回第一流化床反应区，低碳烯烃收率为82.53%(重量)。

【比较例2】

按照【实施例3】所述的条件和步骤，只是不设置第三流化床反应区，再生后的催化剂返回第一流化床反应区，低碳烯烃收率为83.88%(重量)。

显然，采用本发明的装置，可以达到提高低碳烯烃收率的目的，具有较大的技术优势，可用于低碳烯烃的工业生产中。

Claims

1.一种低碳烯烃的生产装置，主要包括第一流化床反应区(2)、第二流化床反应区(26)、再生器(14)、第三流化床反应区(21)、沉降器(6)，第一流化床反应区(2)出口与沉降器(6)相连，沉降器(6)顶部气相出口与第二流化床反应区(26)相连，沉降器(6)下部设有催化剂出口分别与第一流化床反应区(2)、再生器(14)相连，第二流化床反应区(26)顶部设有产品气出口(25)，下部设有催化剂出口与沉降器(6)相连，再生器(14)顶部设有烟气出口(17)，下部设有催化剂出口与第三流化床反应区(21)相连，第三流化床反应区(21)出口与第二流化床反应区(26)相连。

2.根据权利要求1所述低碳烯烃的生产装置，其特征在于所述第一流化床反应区(2)为快速床；第二流化床反应区(26)为密相床或湍流床；第三流化床反应区(21)为快速床或提升管。

3.根据权利要求1所述低碳烯烃的生产装置，其特征在于所述第一流化床反应区(2)出口设有粗旋(4)。

4.根据权利要求1所述低碳烯烃的生产装置，其特征在于所述第三流化床反应区(21)出口设有粗旋(23)。

5.根据权利要求1所述低碳烯烃的生产装置，其特征在于所述沉降器(6)下部设有汽提区(9)。

6.根据权利要求1所述低碳烯烃的生产装置，其特征在于所述第三流化床反应区(21)底部设有预提升段(20)。

7.根据权利要求2所述低碳烯烃的生产装置，其特征在于所述第二流化床反应区(26)为湍流床；第三流化床反应区(21)为提升管。

8.根据权利要求1所述低碳烯烃的生产装置，其特征在于所述沉降器(6)内设有旋风分离器(5)。

9.根据权利要求1所述低碳烯烃的生产装置，其特征在于所述第三流化床反应区(21)出口设有粗旋(23)，粗旋(23)位于第二流化床反应区沉降段(22)内。

10.根据权利要求1所述低碳烯烃的生产装置，其特征在于所述再生器(14)上部设有沉降区(15)，沉降区(15)内设有旋风分离器(16)。