基于高密度反應器的甲醇制烯烴的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于高密度反應器的甲醇制烯烴的方法。
【背景技術】
[0002] 乙烯與丙烯作為現代石油化工領域最為關鍵的兩大基礎原料，為工農業、交通、國 防等領域提供著化工原料。乙烯的大量下游產品主要有聚乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯、環氧乙 烷、乙二醇等。乙烯產量的大小是衡量石化工業乃至國民經濟的標志。丙烯主要用于生產 聚丙烯、丙烯腈、環氧丙烷、異丙醇等。目前世界上近67%的丙烯來自于蒸汽裂解生產乙烯 的副產品，約30%的產品來自于催化裂化煉油工藝中生產汽、柴油的副產品，還有少量丙烯 產品來自于丙烷脫氫與乙烯-丁烯易位反應。
[0003] 而近些年來，乙烯與丙烯的需求持續走高，而石油資源日趨匱乏的情況下，非石油 資源生產乙烯、丙烯的煤化工技術，能夠極大緩解我國石油供應緊張的局面，促進我國重化 工的跨越式發展和原料路線的結構性調整，具有重要的戰略意義以及社會、經濟效益。
[0004] 當前，甲醇制烯烴工藝無論從技術還是從經濟上都具備了工業化應用的基礎與條 件，目前甲醇制烯烴工藝流程與催化裂化裝置相似，采用的是連續反應-再生方式。對甲醇 制烯烴工藝的工程技術特點的分析研究表明，甲醇制烯烴工藝所用的SAP0催化劑不同于 催化裂化的分子篩催化劑，有著其獨特的對工程技術的要求。具體表現在反應原料的狀態、 進料分布方式、催化劑流化、催化劑循環、劑醇比、反應溫度、生焦率等等。
[0005] 文獻US166282中公布了一種氧化物轉化為低碳烯烴的方法與反應器，采用的是 快速流化床反應器，氣體在氣速較低的反應區反應完成后，上升到內徑急劇變小的快分區 后，采用粗旋進行初步分離出夾帶催化劑。由于產物氣與催化劑分離快速，有效防止了二次 反應的發生。該文獻采用傳統的上行快速流化床作為反應器。
[0006] 文獻US6166282中公布了一種甲醇轉化為低碳烯烴的技術與反應器，采用快速流 化床反應器，氣相在氣速較低的密相反應區反應完成后，上升到內徑急速變小的快分區后， 采用特殊的氣固分離裝置初步分離大部分的夾帶催化劑，由于反應產物氣與催化劑快速分 離，有效防止了二次反應的發生，但該方法的低碳烯烴收率一般為77%左右，收率偏低。
[0007] 文獻CN101164685A公布了一種用于甲醇或乙二醚催化反應的組合式快速流化床 反應器。提出將沉降段的分離裝置外置，有效縮小了沉降器的空間，提高催化劑沉降速度， 減小烯烴停留時間，有效解決了乙烯及丙烯選擇性低、收率低的技術問題。相對于傳統沉降 器外置的快速流化床反應器而言，乙烯收率可提高大于4%，丙烯收率可提高大于3%。
[0008] 文獻CN102875305A公布了一種甲醇制低碳烯烴的方法，通過設置兩個反應區：下 行床反應區（用于甲醇轉化低碳烯烴）與提升管反應區（用于轉化甲醇生產的C4以上烯 烴為低碳烯烴），但是下行床中的顆粒濃度偏低，且結構復雜。
[0009] 綜上所述，上述文獻中主要采用傳統并列式甲醇制烯烴反應再生裝置，反應器為 傳統上行快速流化床反應器，這種反應器具有顆粒徑向濃度分布非常不均勻、顆粒徑向擴 散較為劇烈、顆粒軸向返混嚴重、反應器上半段的催化劑活性較弱等特點，此外由于甲醇制 烯烴是放熱反應，在反應器內部的溫度較高，尤其在反應器的末端溫度過高，容易發生飛溫 現象，容易導致正常運轉的破壞，產生副產物，甚至燒毀催化劑，而本發明有針對性地解決 了這些問題。

【發明內容】

[0010] 本發明主要解決的技術問題是現有技術中甲醇制烯烴流化床反應器具有反應器 內平均催化劑固含率偏低、顆粒濃度分布非常不均勻、顆粒軸向返混嚴重、反應器的末端 溫度過高容易發生飛溫現象等的問題，提供一種新的基于高密度反應器的甲醇制乙烯的方 法。該方法中流化床反應器具有顆粒循環速率高處理量較大的特點，反應器內顆粒濃度得 到大幅度提高，且反應器頂部的濃度提高尤為明顯。同時反應器內，顆粒濃度分布均勻、顆 粒軸向返混小的特點。由于這種反應器的特殊性，使得其能夠在溫度相對較高容易發生飛 溫現象的反應器后半段注入低溫的氣體換熱，保證反應的高效與穩定。
[0011] 為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：一種基于高密度反應器的甲 醇制烯烴的方法，包括以下步驟：
[0012] 1)、以甲醇為原料進入下行床反應器中，與新鮮催化劑接觸反應，生成產物氣與待
[0013] 生催化劑，
[0014] 2)、經過來自補氣管線的低溫氣體，使反應器內部減溫，同時使產物氣體和催化劑 顆粒加速，
[0015] 3)、加速后的氣體和催化劑顆粒進入反應器擴大段中，經過粗旋與旋風分離器（4) 分離，得到烯烴產物與待生催化劑，待生催化劑經過提升管進入再生器，反應再生后返回氣 固分配器內。
[0016] 上述技術方案中，下行床反應器內反應條件為：反應壓力以表壓計為0_0. 4MPa、 平均溫度為380-550°C、氣相線速0.8-10.0m/S，再生器內再生條件為：再生溫度為 600-70(TC，再生介質為空氣。反應器擴大段位于下行床反應器的底部，其上端與補氣管線 相連通，下端與粗旋相連通。反應器擴大段的直徑為下行床反應器的直徑的1. 05-3倍。 補氣管線所通氣體為氮氣、水蒸氣、燃燒氣以及惰性氣體中的一種。補氣管線所通氣體溫 度為20-500°C，補氣量為原料進氣量的0. 05-1倍，氣體速度為原料表觀氣速的0. 5-5倍。 補氣管線與下行床反應器的銳角夾角為0-45°。下行床反應器內催化劑的平均固含率為 0.20-0.35。催化劑為硅鋁凝分子篩包括SAP0-34。再生催化劑的平均積炭量質量分數為 0. 01-0. 55%。
[0017] 本發明中，下行床反應器是指氣固流動方向自上而下的反應器型式，顆粒依靠自 身重力以及氣體曳力作用下自上而下流動。氣固分配器位于下行床反應器的上端，來自再 生器的再生催化劑與來自汽提器的換熱介質與氣體原料在氣固分配器中混合后，均勻進入 下行床反應器。
[0018] 由于甲醇制烯烴的反應過程中，要求氣固進行快速混合接觸，反應時間要求短。而 本領域所公知的，現有技術中一般所用為上行流化床反應器，其特點在于固體催化劑顆粒 的濃度分布較為不均勻，徑向上為中間稀、四周密的分布特征；軸向上看，底部為密相頂部 為稀相，徑向與軸向的返混較為嚴重，對反應極為不利。隨著反應的進行，由于本反應過程 是放熱反應，在反應器的后半段的溫度較高，容易發生飛溫現象，這對反應較為不利。而傳 統下行床反應器由于其流動特性，導致反應器內的平均顆粒濃度較低，不利于大處理量的 反應。因此采用本發明的技術方案中，下行床反應器其近似于平推流的氣固流態顆粒濃度 分布均勻，可以有效避免顆粒返混與氣體的徑向擴散；擴大段處的高速補充氣體，降低下行 床底部壓力，由于壓力平衡使得下行床反應器內的密相區明顯擴大，稀相區的濃度也有明 顯的提高，反應器內軸向顆粒濃度分布較為均勻，且催化劑顆粒循環量提高較為明顯，反應 器內的整體濃度與密度有明顯提高，內部的氣固混合效率提高明顯。同時注入的低溫氣體 能夠有效降低反應器后半段的溫度，從而避免飛溫現象，有助于反應的穩定進行，提高烯烴 收率。
[0019] 采用本發明的技術方案，比現有技術反應器中的軸向濃度分布的不均勻度（標準 偏差）減小了 40%，截面平均濃度提高了約1.6倍，反應器內部溫度得到較好的控制，避免 了飛溫現象的產生，同時解決了顆粒返混的問題，取得了較好的技術效果。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發明所述方法的流程示意圖：
[0021] 圖1中，1為汽提介質進料管線；2為汽提器；3為粗旋；4為氣固旋風分離器；5為 沉降器；6為產物氣出口管線；7為下行床反應器；8為下行床入口氣固分配器；9為換熱管 線；10為氣體原料進料管線；11為再生斜管；12為煙氣出口管線；13為再生器；14為氣固 旋風分離器；15為再生器外取熱器；16為補氣管線；17為反應器擴大段；18為提升管；19 為待生斜管；20為再生介質進料管線。
[0022] 氣體原料自管線10進入下行床入口氣固分配器8中，與來自再生斜管11與換熱 管線9的催化劑顆粒混合后，進入下行床反應器7中進行反應，生成烯烴產物，同時形成積 炭催化劑。在下行床7底部，反應產物攜帶待生催化劑經過來自補氣管線16的氣體提速進 入反應器擴充段17后，經過粗旋3與氣固旋風分離器4分離后進入沉降器5內，其中，產物 氣體經過產物氣出口管線6,進入后續分離工段；待生催化劑顆粒經過汽提器2后，經過待 生斜管19與來自再生介質進料管線20的再生介質經過提升管18并行向上，進入再生器13 中。