甲醇和/或二甲醚轉化制低碳烯烴和芳烴的兩段再生反應裝置及其反應方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種甲醇和/或二甲醚轉化制乙烯、丙烯和芳烴的兩段再生流化床反 應裝置及其反應方法。
【背景技術】
[0002] 乙稀、丙稀和芳經（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 時包括乙稀、丙稀和芳經。該技術最初見于1977年Mobil公司的Chang等人（Journalof 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，反應溫度為400~450°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 0.01~0.5兆帕，溫度180~600°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1. 0~2. 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。反應溫度為550~670°C，空速1. 0~5 (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。
[0012] 上述現有的以甲醇和/或二甲醚為原料生產芳烴的流化床技術都采用單一再生 器進行催化劑循環反應再生。為保證催化劑高活性，需要再生后催化劑的碳含量盡量低，在 0. 05~0. 1重量％以下，因此不可避免需要高溫再生，一般在650~730°C左右。催化劑反 應生成的焦炭含氫元素，氫元素氧化反應會產生水蒸氣。對于分子篩催化劑，在這種水熱氛 圍下會因分子篩骨架脫鋁而損失活性，這種失活是永久性和不可逆的。對于單一再生器反 應裝置，催化劑總量的絕大部分存在于再生器內，再生器內催化劑藏量過大，催化劑在再生 器內的停留時間長，催化劑水熱失活嚴重，使用壽命降低，生產成本增加。本發明針對性地 提出了兩段再生器的技術方案，解決了上述問題。
【發明內容】
[0013] 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，催化劑 水熱失活嚴重的技術問題，提供一種甲醇和/或二甲醚轉化制乙烯、丙烯和芳烴的兩段再 生流化床反應裝置。該系統具有乙烯、丙烯和芳烴收率高、有效減輕催化劑水熱失活的優 點。
[0014] 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。
[0015] 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、丙烯和芳烴的兩段再生流化床反應裝置，包括反應器1、一段再生器2、二段再生器 3、汽提器4、脫氣罐5的系統；原料11從反應器1下部進入反應器1和催化劑接觸反應，反 應后的積炭催化劑經汽提立管7提升至汽提器4汽提；汽提后催化劑進入一段再生器2下 部，和再生介質16順流接觸再生；得到的半再生催化劑繼續進入二段再生器3和再生介質 17接觸再生；再生完全的催化劑下行進入脫氣罐5脫氣后返回反應器1 ;一段再生器2自下 而上為第一再生段25、過渡段26、第二再生段27,再生溫度為500~600°C，再生介質16中 氧氣的含量為2~21體積％ ;二段再生器3自下而上為密相段28、過渡段29、稀相段30 ; 再生溫度為580~750°C，再生介質17中氧氣的含量為21~30體積％ ;-段再生器2和 二段再生器3同軸排布，一段再生器2上部位于二段再生器3內。
[0016] 上述技術方案中，反應器1生成的積炭催化劑下行進入和反應器1底部相連的待 生斜管6,再經汽提立管7提升至汽提器4 ;汽提后的催化劑經待生斜管8進入一段再生器 2的第一再生段25得到半再生催化劑；半再生催化劑經位于二段再生器3內的旋風分離器 22進入二段再生器3繼續再生得到再生催化劑；再生催化劑經脫氣罐斜管9進入脫氣罐5 脫氣；脫氣后再生催化劑經再生斜管10返回反應器1。
[0017] 上述技術方案中，一段再生器2第一再生段25的高度占一段再生器總高度的 70~90% ;第二再生段27直徑和第一再生段25直徑之比為0. 3~1. 2:1，其高度占一段 再生器總高度的9~27% ;過渡段26高度占一段再生器總高度的1~3% ;-段再生器2 位于二段再生器3內部的高度占一段再生器總高度的5~95%。
[0018] 上述技術方案中，二段再生器3密相段28的高度占二段再生器總高度的60~ 90% ;稀相段30直徑和密相段28直徑之比為1. 1~3:1，其高度占二段再生器總高度的 9~37% ;過渡段29高度占二段再生器總高度的1~3% ;。
[0019] 上述技術方案中，二段再生器3內部或外部設置取熱器，取熱器高度占二段再生 器高度的30%~80%。
[0020] 上述技術方案中，二段再生器3內部設有兩組旋風分離器21和22,氣固旋風分離 器22和一段再生器2出口相連，用于分離一段再生煙氣和半再生催化劑；氣固旋風分離器 21位于二段再生器頂部，用于分離二段再生煙氣和再生催化劑。
[0021] 上述技術方案中，反應器1，用于將原料11和催化劑接觸反應轉化為以乙烯、丙 烯和芳烴為主的產物；一段再生器2,用于除去積炭催化劑上焦炭中的氫，生成半再生催化 劑；二段再生器3,用于半再生催化劑上的焦炭，生成再生催化劑；汽提器4,用于汽提出積 炭催化劑上攜帶的產物；脫氣罐5,用于進一步脫除二段再生器再生后的再生催化劑夾帶 的再生煙氣。
[0022] 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、丙烯和芳烴的兩段再生流化床反應方法，采用上述的系統，所述的方法包括以下幾 個步驟：
[0023]a)原料11從反應器1下部進入反應器1和催化劑接觸反應，生成反應產物（12) 和積炭催化劑，反應產物12經氣固旋風分離器24分離積炭催化劑后進入后續分離系統；
[0024]b)積炭催化劑下行進入和反應器1底部相連的汽提斜管6,再進入汽提立管7,經 提升介質13提升至汽提器4,和汽提介質14接觸汽提，得到的汽提產物15和汽提后的積炭 催化劑，汽提產物15經氣固旋風分離器23分離積炭催化劑后進入后續分離系統；
[0025] c)汽提后的積炭催化劑經待生斜管8進入一段再生器2第一再生段25的下部，和 再生介質16接觸順流上行燒氫、燒碳，得到的半再生催化劑和煙氣繼續進入和一段再生器 出口相連的氣固旋風分離器22進行分離；
[0026] d)半再生催化劑經氣固旋風分離器22分離沉降進入二段再生器3,和再生介質17 接觸繼續燒碳再生得到再生完全的再生催化劑和煙氣，煙氣經氣固旋風分離器21分離出 再生催化劑后并入氣固旋風分離器22分離出的煙氣形成煙氣18,進入后續煙氣能量回收 系統或者作為一段再生器的再生介質；
[0027] e)再生催化劑經脫氣罐斜管9進入脫氣罐5和脫氣介質19接觸，進一步脫除煙氣 20,煙氣20進入后續煙氣能量回收系統或作為一段再生器2的再生介質，脫氣后的再生催 化劑下行經再生斜管10返回反應器1。