[发明专利]多元含碳原料采用固定床反应器制取低碳烯烃、芳烃和功能性烷烃的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种多元含碳原料采用固定床反应器制取低碳烯烃、芳烃和功能性烷烃的工艺。

背景技术

传统的烯、石油芳烃生产方法都是以石油为原料，经裂解、脱氢及重整、芳构化加工而得。随着其需求量的增长，石油原料的消耗必然大增，导致原料供应日趋紧俏。由于石油是不可再生资源，储量有限，如今其资源已日渐枯竭。尤其近年来，国际市场石油价格起伏波动很大，且不断攀升，致使三烯、三苯的生产成本日益增高，直接威胁其生产，从而出现了寻求新的三烯、三苯生产原料热潮。近些年来，世界各国均致力于非石油路线制低碳烯烃和非石脑油原料生产芳烃的工艺技术开发研究。由煤炭或天然气经甲醇制低碳烯烃的工艺及扩大烃类资源制取烯芳烃及特种烷烃的技术应运而生，并取得重大的突破。如今，创新工艺、降低能耗、提高目标产品的收率及选择性，实现资源高效利用，降低投资及运行成本为特点的技术革新，烯芳烃生产已进入了转折的新阶段。

甲醇制低碳烯烃技术，目前已走向工业化的有UOP/Hydro公司的MTO技术；Lurgi公司的MTP技术以及中科院大连化物所的DMTO等技术。它们从催化剂制备到生产工艺方法都有多个专利。但这些技术均以甲醇或二甲醚单元组分为原料；甲醇或二甲醚脱水反应过程副产的液态轻烃类未能在系统内得到进一步利用，致使整个生产体系碳的利用率较低，原料消耗较高等不足之处。

廉价轻质烃类制芳香烃技术虽已工业化，但这一技术仍是以石油为基础原料，并未真正摆脱石油的制约。

遵照国家以煤为主多元发展的能源战略安排，着力开发煤炭、天然气、石油并驾发展的生产新结构、新体系势在必行。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种多元含碳原料采用固定床反应器制取低碳烯烃、芳烃和功能性烷烃的工艺。该工艺利用分子设计原理和现代工程技术手段对若干体系的择形催化剂进行复配与改性，使其具有裂解轻烃类和转化低碳烷烃的功能，并在其基础上，创建了以甲醇、二甲醚及C₁～C₂₀的气、液态轻烃类为原料，经催化转化与裂解等反应制取低碳烯烃、芳烃及功能性烷烃等目标产品的创新生产工艺。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多元含碳原料采用固定床反应器制取低碳烯烃、芳烃和功能性烷烃的工艺，该工艺包括以下步骤：

①把含有C₁～C₂₀的气、液态烃类以任意比例掺入到甲醇、二甲醚和甲醇与二甲醚的混合物之一中，形成多元原料；

②将上述多元原料通入到固定床反应器中，在催化剂作用下进行转化与裂解反应，生成低碳烯烃、芳烃和功能性烷烃，反应温度为180-660℃，反应压强为0.01-1.0MPa；

③将上述反应产物进行分离以提取目标产物：低碳烯烃、芳烃和功能性烷烃，并把分离剩余产物通入反应器中循环利用。

作为本发明的进一步改进，所述催化剂为硅铝磷酸盐、ZSM-5及不同硅铝比的分子筛体系以碱金属改性、复合而成的催化剂。

作为本发明的进一步改进，在所述多元原料通入反应器之前进行净化预处理，以保证多元原料的纯度及除去影响工艺生产的杂质。

作为本发明的进一步改进，所述反应器为具有高效移除反应热功能的多段稳态固定床反应器。

作为本发明的进一步改进，所述将反应产物进行分离以提取目标产物低碳烯烃、芳烃和功能性烷烃的分离方法至少为深冷、冷媒、油吸收、PSA精制、萃取蒸馏和功能性化学反应之。

本发明的有益效果是：本发明是以充分利用低碳醇、醚化合物固有的化学特性及其转化和热解的热力学特征，使其与轻烃类热解反应相耦合，并以分子设计方法设计了以甲醇、二甲醚及C₁～C₂₀的气、液态轻烃类等多种含碳物质为原料，在适宜的催化剂上和操作条件下，经催化转化与裂解等巧妙的利用了放热和吸热反应内在的优势突破了原有技术的局限，制取低碳烯烃、芳烃及功能性烷烃等目标产品的创新生产工艺。该工艺是将不同碳数的轻烃类(C₁～C₂₀气、液态烃类)以任意比例掺入甲醇或二甲醚中形成多元原料；根据某一特定多元原料配置及预期的目标产品特性采取相应的不同特性体系的择形催化剂；在同一反应装置工程系统内，在较低的温度(180～660℃)和压力(0.01～1.0MPa)下，利用常规化工装置进行可控的烃化及裂解反应，使其实现碳元素在形成预期的目标产品过程中得以高效地利用。它是一种化工新工艺，一个使烯芳烃生产向原料多元化发展的系统集成创新技术。其技术核心在于：