[发明专利]高效混合的甲醇制烯烃反应‑再生装置及其反应方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于甲醇制烯烃工艺的高效混合的甲醇制烯烃的下行床反应-再生装置及其反应方法。

背景技术

乙烯与丙烯作为现代石油化工领域最为关键的两大基础原料，为工农业、交通、国防等领域提供着化工原料。乙烯的大量下游产品主要有聚乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯、环氧乙烷、乙二醇等。乙烯产量的大小是衡量石化工业乃至国民经济的标志。丙烯主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷、异丙醇等。目前世界上近67％的丙烯来自于蒸汽裂解生产乙烯的副产品，约30％的产品来自于催化裂化炼油工艺中生产汽、柴油的副产品，还有少量丙烯产品来自于丙烷脱氢与乙烯-丁烯易位反应。

而近些年来，乙烯与丙烯的需求持续走高，而石油资源日趋匮乏的情况下，非石油资源生产乙烯、丙烯的煤化工技术，能够极大缓解我国石油供应紧张的局面，促进我国重化工的跨越式发展和原料路线的结构性调整，具有重要的战略意义以及社会、经济效益。

当前，甲醇制烯烃工艺无论从技术还是从经济上都具备了工业化应用的基础与条件，目前甲醇制烯烃工艺流程与催化裂化装置相似，采用的是连续反应-再生方式。对甲醇制烯烃工艺的工程技术特点的分析研究表明，甲醇制烯烃工艺所用的SAPO催化剂不同于催化裂化的分子筛催化剂，有着其独特的对工程技术的要求。具体表现在反应原料的状态、进料分布方式、催化剂流化、催化剂循环、剂醇比、反应温度、生焦率等。

对于快速反应系统，下行床反应器在石油化工、煤化工及生物质加工等领域有着广泛的应用。这种气固顺重力场并流向下的流动特性中，气固轴向返混较低，颗粒浓度的径向分布较为均匀，且强化了气固接触。

文献CN1390916A公布了一种利用下行床反应器进行烃类催化热裂解的方法，应用在石油产品分馏裂解技术中。它以下行床为反应器，使原料油在高温与催化剂作用下进行催化裂解反应，生成烯烃产物。该方法中的下行床反应器能够实现气固的超短接触反应，具有均匀的气固径向流动结构，可以提高轻烯烃收益，有效抑制甲烷与焦炭等副产物的抑制。

文献CN102463083A公布了一种生产低碳烯烃的反应装置。反应区包括快速反应区与下行床反应区。快速反应区内将原料高选择性的转化为低碳烯烃，该原料可选择甲醇或碳四以上烃，碳四以上烃可来自甲醇制烯烃过程中产生的副产物；下行床反应区中，除了达到近乎平推流的状态下高选择性生产碳烯烃的目的，同时可实现提高生焦率的目的。有效提高低碳烯烃的收率。

文献CN103120918A公布了一种含氧化合物转化制低碳烯烃的反应装置。装置中设有两个反应区，第一反应区以积炭催化剂用于甲醇转化制低碳烯烃，第二反应区为倒“U”型复合反应区，耦合提升管与下行床的结构，保证足够的反应时间，最大化地转化碳四烯烃为低碳烯烃。该发明方法有效提高了产物低碳烯烃的收率。

综上所述，上述文献中主要采用下行床型式的反应器，其近似于平推流的气固流态可以有效避免颗粒径向浓度分布非常不均匀、颗粒径向扩散较为剧烈、颗粒轴向返混严重、气体的径向扩散等缺点。根据甲醇制烯烃的工艺中的反应过程的传统流程中，通常可以将整个流化床反应器分为进口区、反应区、上行区与出口快速分离区四个部分。传统进口区是由再生催化剂、换热催化剂与调碳催化剂这三股不同状况的催化剂颗粒直接进入反应区中，催化原料气体进行反应。这三股催化剂的混合效果直接关系到烯烃选择性。进口区的气固流动、气体与催化剂颗粒的混合效果与进口区的反应行为对整个反应器的效果产生显著的影响。上述文献主要针对下行床型式的反应器提出了研究，但是缺乏对下行床反应器的进口区的设计提出有效建议。

众所周知，在反应区前将这三股不同状况的催化剂混合均匀，同时在与原料气体混合时，气固两相以一种均布的形式快速接触充分混合，是进口区的设计关键。传统进口区没有针对催化剂的混合进行特有的设计，常规的方法是将这三股催化剂的入口均布在反应器的四周，在不同的区域分别与原料气体接触，在局部的区域中，尤其在反应器的底部，这种不均匀的催化剂远远偏离优选的反应所要求的催化剂的特性(具有特定的温度与特点的碳含量)，因此严重影响了产物气的选择性。

此外，针对气固混合结构而言，一般气固入口结构有两大类，第一类为分布器同时分布气固两相，使得气固两相实现快速均布以及气固两相的较充分接触；第二类采用颗粒入口与气体喷嘴或气体分布器的独立设计，优势在于保证颗粒在与气体接触前的有效传质与传热，保证颗粒的均布。