甲醇和/或二甲醚轉化制乙烯、丙烯和芳烴的雙流化床反應系統及其方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種甲醇和/或二甲醚轉化制乙烯、丙烯和芳烴的雙流化床反應系 統及其方法。
【背景技術】
[0002] 乙烯、丙烯和芳煙(尤其是三苯，苯Benzene、甲苯Toluene、二甲苯Xylene，即BTX) 是重要的基本有機合成原料。受下游衍生物需求的驅動，乙烯、丙烯和芳烴的市場需求持續 增長。
[0003] 以液體烴(如石腦油、柴油、二次加工油）為原料的蒸汽裂解工藝是乙烯、丙烯和芳 烴的主要生產工藝。該工藝屬于石油路線生產技術，近年來，由于石油資源有限的供應量及 較高的價格，原料成本不斷增加。受之因素，替代原料制備乙烯、丙烯和芳烴技術引起越來 越廣泛地關注。其中，對于煤基甲醇、二甲醚原料，由于我國煤炭資源豐富，正逐漸成為一種 重要的化工生產原料，成為石油原料的重要補充。因此，考慮以甲醇和/或二甲醚為原料制 備乙烯、丙烯和芳烴。
[0004] 在各種現有的甲醇、二甲醚催化轉化技術中，甲醇/二甲醚轉化制芳烴的產物同 時包括乙烯、丙烯和芳經。該技術最初見于1977年Mobil公司的Chang等人（Journal of Catalysis，1977,47, 249)報道了在ZSM-5分子篩催化劑上甲醇及其含氧化合物轉化制備 芳烴等碳氫化合物的方法。1985年，Mobil公司在其申請的美國專利US1590321中，首次公 布了甲醇、二甲醚轉化制芳烴的研究結果，該研究采用含磷為2. 7重量％的ZSM-5分子篩為 催化劑，溫度為40(T450°C，甲醇、二甲醚空速1. 3(克/小時）/克催化劑。
[0005] 該領域的相關報道和專利較多，但是大多數技術的目的產物是芳烴，乙烯、丙烯 屬于副產物，收率低。比如，關于甲醇制芳烴催化劑方面的專利：中國專利CN102372535、 CN102371176、CN102371177、CN102372550、CN102372536、CN102371178、CN102416342、 CN101550051，美國專利US4615995、US2002/0099249A1等。比如，關于甲醇制芳烴工 藝方面的專利：美國專利 US4686312,中國專利 ZL101244969、ZL1880288、CN101602646、 CN101823929、CN101671226、CN102199069、CN102199446、CN1880288 等。
[0006]另外，有些專利公開的技術路線是甲醇制芳烴的同時聯產低碳烯烴、汽油等其他 產物，如專利 CN102775261、CN102146010、CN102531821、CN102190546、CN102372537 等。
[0007] 其中，專利CN102775261公開的多功能甲醇加工方法及裝置利用甲醇生產低碳烯 烴、汽油、芳烴。該方法采用兩步法生產工藝，第一步甲醇原料在專用催化劑1作用下生產 低碳烯烴，第二步將含低碳烯烴的反應氣經換熱、急冷、洗滌處理后，在專用催化劑2的作 用下合成芳烴和或汽油。兩個反應過程的反應器可為固定床或流化床。該方法采用兩步法， 工藝流程復雜。
[0008] 專利CN102146010公開的是以甲醇為原料生產低碳烯烴及芳烴并聯產汽油的工 藝。以甲醇為原料并采用分子篩催化劑經甲醇烴化反應和芳構化反應生產低碳烯烴及芳 烴并聯產汽油。甲醇烴化反應和芳構化反應的反應器為各種類型的固定床反應器，壓力 0. 01、. 5兆帕，溫度18(T600°C。總液收大于70重量％，三苯收率大于90重量％。該方法 也采用兩個反應器，工藝流程復雜。
[0009] 專利CN102531821公開的是甲醇和石腦油共進料生產低碳烯烴和/或芳烴的方 法，采用負載2. 2~6. 0重量％La和I. (T2. 8重量％P的ZSM-5催化劑，可采用固定床反應器 或流化床反應器。溫度為55(T670°C，空速I. (T5 (克/小時）/克催化劑。該方法的三烯收 率較高，但BTX收率低，只有5~17重量％。
[0010] 專利CN102372537和CN102190546公開了甲醇轉化制丙烯和芳烴的方法。這兩項 專利是在甲醇轉化制丙烯技術的基礎上發展而來，丙烯是主目的產物，芳烴收率較低。
[0011] 上述專利技術中都存在乙烯、丙烯和芳烴收率低的問題。本發明針對性地提出了 技術方案，解決了上述問題。
【發明內容】
[0012] 本發明所要解決的技術問題之一是現有技術中乙烯、丙烯和芳烴收率低的技術問 題，提供一種甲醇和/或二甲醚轉化制乙烯、丙烯和芳烴的雙流化床反應系統。該系統具有 乙烯、丙烯和芳烴收率高的優點。
[0013] 本發明所要解決的技術問題之二是提供一種與解決技術問題之一相對應的方法。
[0014] 為解決上述問題之一，本發明采用的技術方案如下：一種甲醇和/或二甲醚轉化 制乙烯、丙烯和芳烴的雙流化床反應系統，包括反應器I 1、反應器II 2、再生器3、汽提器4， 甲醇和/或二甲醚11、循環物料12分別在反應器I 1、反應器II 2中和催化劑I接觸反應， 反應后的積炭催化劑II、積炭催化劑III分別經待生斜管I 5、待生斜管II 6進入汽提器4,汽 提后的積炭催化劑IV經汽提斜管7、汽提立管8進入再生器3再生，再生后的催化劑I經再 生斜管I 9、再生斜管II 10分別進入反應器I 1、反應器II 2。
[0015] 上述技術方案中，甲醇和/或二甲醚在反應器I 1中和催化劑I接觸反應轉化為 以乙烯、丙烯和芳烴為主的產物；循環物料在反應器II 2中和催化劑I接觸反應轉化為以 乙烯、丙烯和芳烴為主的產物；積炭催化劑II、積炭催化劑III在汽提器4中汽提出攜帶的反 應產物；積炭催化劑IV在再生器3通過燒焦的方式除去焦炭。
[0016] 上述技術方案中，系統中反應器I 1，用于將甲醇和/或二甲醚11和催化劑I接觸 反應轉化為以乙烯、丙烯和芳烴為主的產物；反應器II 2,用于將循環物料和催化劑I接觸 反應轉化為以乙烯、丙烯和芳烴為主的產物；再生器3,用于通過燒焦的方式除去積炭催化 劑IV上的焦炭；汽提器4,用于汽提出積炭催化劑II、積炭催化劑III上攜帶的產物。
[0017] 為解決上述問題之二，本發明采用的技術方案如下：一種甲醇和/或二甲醚轉化 制乙烯、丙烯和芳烴的雙流化床反應方法，采用上述的系統，所述的方法包括以下幾個步 驟： a) 甲醇和/或二甲醚11在反應器I 1中和催化劑I接觸反應，生成反應產物13和積 炭催化劑II ; b) 循環物料12在反應器II 2中和催化劑I接觸反應，生成反應產物14和積炭催化劑 III; c) 積炭催化劑II、積炭催化劑III分別經待生斜管I 5、待生斜管II 6進入汽提器4和汽 提介質15接觸汽提，得到汽提產物16和積炭催化劑IV; d) 積炭催化劑IV經汽提斜管7進入汽提立管8,經提升介質17提升至再生器3 ; e) 積炭催化劑IV在再生器3中和再生介質18接觸燒焦，得到催化劑I和煙氣19 ; f) 催化劑I經再生斜管I 9、再生斜管II 10分別進入反應器I 1、反應器II 2 ; g) 反應產物13、反應產物14和汽提產物16進入后續分離系統，產物中部分乙烷、丙 烷、C4和C5和C6非芳作為循環物料12繼續進行反應，其余以乙烯、丙烯、混合芳烴為主的 產物作為產品輸出系統。
[0018] 上述技術方案中，反應器I 1的溫度為40(T55(TC，以表壓計反應壓力為(To. 5兆 帕，重量空速為0. 1~1〇 (克/小時）/克催化劑，催化劑循環量和甲醇和/或二甲醚11進料 量的質量比為3?30 : 1，反應器I 1內反應段的催化劑密度為50?200千克/米3,平均 空塔氣速0. OfL 2米/秒。最大量乙烯、丙烯操作模式下，溫度為48(T550°C，以表壓計反 應壓力為(T0. 3兆帕，重量空速為2~10 (克/小時）/克催化劑，催化劑循環量和甲醇和/或 二甲醚11進料量的質量比為10?30 : 1，反應器I 1內反應段的催化劑密度為50?140 千克/米3,平均空塔氣速〇. 06?1. 2米/秒；最大量芳烴操作模式下，溫度為40(T500°C，以 表壓計反應壓力為0. 1~〇. 5兆帕，重量空速為0. 1~2 (克/小時）/克催化劑，催化劑循環量 和甲醇和/或二甲醚11進料量的質量比為3?25 : 1，反應器I 1內反應段的催化劑密度 為100?200千克/米3,平均空塔氣速0. 01、. 3米/秒；聯產乙烯、丙烯和芳烴模式下， 溫度為44(T520°C，以表壓計反應壓力為0. 1~0. 4兆帕，重量空速為0. 3~4(克/小時）/克 催化劑，催化劑循環量和甲醇和/或二甲醚11進料量的質量比為5?25 : 1，