專利名稱：多床層組合式反應器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種多床層組合式反應器，特別是關于采用流化床反應器串接雙提升管反 應器，實現含氧化合物如甲醇或二甲醚高效催化轉化生成乙烯、丙烯的多床層組合式反應器。
背景技術：
石油化工是國民經濟中重要的支柱產業，為工業、農業、交通和國防等部門提供大量 化工原料，是國民經濟中關聯和帶動性較強的產業部門之一。而丙烯與乙烯則是構成現代 石油化工最為重要的兩大基礎原料。乙烯的大宗下游產品主要有聚乙烯、環氧乙烷、乙二醇、聚氯乙烯、苯乙烯、醋酸乙 烯等。乙烯產量的大小是衡量一個國家石化工業乃至國民經濟發達程度的標志。丙烯主要 用于生產聚丙烯、異丙苯、羰基醇、丙烯腈、環氧丙烷、丙烯酸、異丙醇等，其中聚丙烯 占世界丙烯需求的一半以上。目前，世界上67%的丙烯來自蒸汽裂解生產乙烯的副產品， 3(P/。來自煉油廠催化裂化(FCC)生產汽、柴油的副產品，少量(約3%)由丙烷脫氫和乙烯-丁 烯易位反應得到。預計未來乙烯及丙烯需求增長速度快于供應。鑒于乙烯及丙烯的需求增長率較高，而傳統的生產模式呈現"供不應求"的緊張狀況， 因此補充乙烯及丙烯需求需要借助于其他各種增產乙烯丙烯技術。含氧化合物是用于制備烯烴的有前途的備選原料。特別有前途的含氧化合物原料是醇 類如甲醇、二甲醚、甲乙醚、二乙醚、碳酸二甲脂、和甲酸甲脂。這些含氧化合物許多可 通過發酵、或由天然氣衍生的合成氣、石油液體、碳質材料包括煤、再循環塑料、城市垃 圾、或任何適合的有機材料生產。由于來源多種多樣，含氧化合物將成為用于烯烴生產的 經濟來源。一直以來，煤或天然氣制合成氣、合成氣制甲醇和烯烴分離技術已經具有規模化成熟 經驗，但是由甲醇到烯烴的過程是合成氣到烯烴這個工業鏈條的斷點和難點，而該關鍵技 術的解決可以為由非石油資源生產基本有機原料乙烯、丙烯提供一條新的原料路線。尤其 是近些年來，乙烯及丙烯的需求持續走高，而石油資源日趨匱乏的情況下。如何開辟出一乙烯，丙烯的煤化工新路線，對于極大地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和社會、經濟效益。文獻CN1356299A，公開了一種由甲醇或二甲醚生產低碳烯烴的工藝方法及其系統。 該工藝采用磷酸硅鋁分子篩(SAPO-34)作為催化劑，利用氣固并流下行式流化床超短接觸 反應器，催化劑與原料在氣固并流下行式流化床超短接觸反應器中接觸、反應物流方向為 下行；催化劑及反應產物出反應器后進入設置在該反應器下部的氣固快速分離器進行快速 分離；分離出的催化劑進入再生器中燒碳再生，催化劑在系統中連續再生，反應循環進行。 該工藝二甲醚或甲醇的轉化率大于98%。文獻WO2004/039754公開了一種含氧物至烯烴的快速流化床反應器裝置及控制該裝 置的方法，該方法主要通過相關變量的控制來實現含氧物至烯烴的催化轉化反應。所述工 藝變量選自下組中的至少一個l)空速，2)平均反應溫度，3)反應物轉化率，和4)催化劑 上的平均焦炭量，且與至少一個工藝變量相對應的設置點選自(a)反應物進料速率，(b)原料 焓，(c)與反應器溫度有關的函數，例如，反應器的中間溫度或沿反應器一部分的溫升速率， 和(d)在反應器立管中的催化劑滯留量。對應的操作變量選自I)進料控制閥II)原料預熱速 度，m)反應器中的催化活性，和IV)反應器中的催化劑量。顯然，該裝置及方法，必須使 測量和操作變量實現最佳組合才能實現平穩組合，且操作復雜。文獻US6023005公開了保持含氧物至烯烴轉化催化劑上的最佳平均焦炭含量對于實 現改善較低的烯烴選擇性的重要性，對于上述變量的控制表現為可用于使含氧化合物至烯 烴的反應器的性能最佳，然而，在嘗試選擇控制空速，平均反應溫度、反應物轉化率及催 化劑上的平均焦炭含量的控制模式時遇到了幾個問題。例如難以測量催化劑上的平均焦炭 含量，因為催化劑樣品必須被取出并用試驗室方法分析。目前，不存在可連續監控反應器 內部催化劑上焦炭含量的可靠方法。對反應物轉化率水平的測量存在著相似的問題。綜上所述，上述文獻中存在催化劑反應活性不均勻，副反應多，副產物量大，使目的 產物選擇性差、收率低的問題。發明內容本發明所要解決的技術問題是以往文獻技術中存在流化床反應器用于甲醇或二甲醚 生產乙烯丙烯過程中目的產品乙烯丙烯收率低及選擇性低的問題，提供一種新的多床層組 合式反應器。該多床層組合式反應器用于甲醇或二甲醚生產乙烯丙烯過程中，具有目的產 品乙烯丙烯收率高，選擇性好的優點。
為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下 一種多床層組合式反應器，包 括第一提升管反應器4、中間分離器5、汽提段6、第二提升管反應器7、產品氣出口8、 沉降器9、煙氣出口 10、再生器ll、催化劑提升介質入口 12、待生斜管13、換熱器14、 原料進口 B15、再生斜管16和待生催化劑返回斜管17,其中第一提升管反應器4與第二 提升管反應器7間設置有中間分離器5，中間分離器5的中部與第一提升管反應器4的 頂部相連接，中間分離器5的頂部與第二提升管反應器7的下部側壁相連接；中間分離器 5的底部設置汽提器6，并通過再生斜管13與再生器11下部相連接，再生器11的上部區 域設置有煙氣出口 10;第二提升管反應器7的上部與沉降器9的上部相連，沉降器9的頂 部開有產品氣出口8，再生器11位于沉降器9的下部，并通過管線相連；再生器ll底部 設置換熱器14，換熱器14 一端與再生器11底部相連，另一端通過催化劑輸送管與第二提 升管7底部連接；其中第一提升管反應器4的底部設置流化床反應器3，且流化床反應器 3的頂部通過縮徑結構與第一提升管反應器4的底部同軸相連，在再生斜管13與流化床反 應器3相連的接口上部設置待生催化劑返回斜管17，其另一端與汽提段6底部相連的待生 斜管13的腹部區域相連，再生器ll的底部通過再生斜管16與流化床反應器3相連。上述技術方案中在流化床反應器3的頂部與第一提升管反應器4的底部附近區域設置 有原料進料口B15。分布器2位于流化床反應器3底部區域，分布器2的下部設置有原料 進口 Al。待生催化劑返回斜管17與流化床反應器3相連的接口位于再生斜管13與流化 床反應器3相連的接口上部，其垂直高度是流化床反應器3高度的1/20 1/2。原料進口 B15距離第一提升管反應器4底部的垂直距離為第一提升管反應器4高度的0 2/5。第一 提升管反應器4的內徑是流化床反應器3內徑的1/15 1/2，第一提升管反應器4的高度是 流化床反應器3高度的1 20倍。第一提升管反應器4的高度是第二提升管反應器高度的 U2 3倍。再生斜管16與流化床反應器3連接口，距離流化床反應器3底部垂直高度是 流化床反應器3垂直高度的1/20 2/3。待生斜管13與再生器11連接口，距離再生器11 底部垂直距離是再生器11垂直高度的1/20 1/2。流化床反應器3優選方案為快速流化床 反應器。對于甲醇或二甲醚生產乙烯及丙烯過程而言，催化劑如SAPO-34保持適當積碳量對 提高乙烯及丙烯的收率有利。研究還表明，在采用流化床或提升管反應器進行含氧化合物 如甲醇或二甲醚催化反應生成乙烯及丙烯的反應過程中，反應器出口處的催化劑活性只及 初始活性的三分之一甚至更少，反應進行1.5秒左右之后，催化劑的活性下降30%左右， 因此，在反應器的后半段，催化劑活性及選擇性己急劇下降，催化作用變差，反應過程中
催化反應所占比例減小，熱裂化反應及不利二次反應增加。這一方面限制了單程轉化率的 提高，另一方面使得目的產物的選擇性及收率偏低。本發明中，采用部分待生催化劑與再 生催化劑混合來調節催化劑的積碳量，同時還采用多段式或動態分區式反應器和接力式地 使用催化劑達到油氣串聯，催化劑接力，分段反應，縮短反應時間和提高催化劑平均性能的目的。本發明的多床層組合式反應器用于甲醇催化轉化生產乙烯及丙烯反應，用圖1所示裝 置，采用SAP0-34分子篩為催化劑，碳四烯烴、二甲醚或甲醇為原料A1，甲醇為原料B15， 在流化床反應器3的反應溫度400 53(TC，接觸時間0.1 5秒，第一提升管反應器反應 溫度為400 550。C，反應壓力為0.02 1.0MPa，接觸時間為0.3 20秒。第二提升管反應 器的反應溫度為400 580°C，反應壓力為0.02 1.0MPa，接觸時間為0.3 20秒條件下， 相對于單段提升管反應器而言，乙烯收率可提高大于3%，丙烯收率可提高大于2%，取得 了較好的技術效果。
圖1為本發明多床層組合式反應器示意圖。圖1中1是原料進口 A， 2是氣體分布器，3是流化床反應器，4是第一提升管反應器， 5是中間分離器，6是汽提段，7是第二提升管反應器，8是產品氣出口， 9是沉降器，10 是煙氣出口， ll是再生器，12是催化劑提升介質入口， 13是待生斜管，14是換熱器，15 是原料進口B, 16是待生斜管，17是待生催化劑返回斜管。圖1中來自再生器11的高溫催化劑首先進入流化床反應器3，與來自流化床反應器3 底部的原料A反應，反應混合物連同催化劑上行進入第一段提升管反應器4下部與原料B 接觸、汽化并進行反應，經歷大約l秒鐘左右的時間后，進入中間分離器5，將半待生催 化劑與油氣分離，半待生催化劑經汽提段6汽提分出攜帶的油氣后，部分半待生催化劑返 回再生器11進行再生，完成催化劑的第一個循環，另一部分半待生催化劑返回流化床反 應器3的中部區域，與來自再生器11的高溫催化劑混合，進行催化劑的第二個循環；從 中間分離器5出來的油氣進入第二段提升管反應器7，與來自換熱器14的熱催化劑接觸， 油氣攜帶催化劑向上流動并繼續進行反應，之后進入沉降器9將催化劑與油氣分離，油氣 從沉降器9經產品氣出口 8流出去分餾系統，催化劑經汽提后也返回再生器ll，完成催化 劑的第三個循環。下面通過實施例對本發明作進一步闡述。
具體實施方式
實施例1用圖1的多床層組合式反應器，其中待生催化劑返回斜管17與流化床反應器3相連的 接口位于再生斜管13與流化床反應器3相連的接口上部，其垂直高度是流化床反應器3 高度的1/12。原料進口 B15距離第一提升管反應器4底部的垂直距離為第一提升管反應器 4高度的1/20。第一提升管反應器4的內徑是流化床反應器3內徑的1/6，第一提升管反應 器4的高度是流化床反應器3高度的6倍。第一提升管反應器4的高度是第二提升管反應 器高度的1.2倍。再生斜管16與流化床反應器3連接口，距離流化床反應器3底部垂直高 度是流化床反應器3垂直高度的1/15。待生斜管13與再生器11連接口，距離再生器11 底部垂直距離是再生器11垂直高度的1/20。以SAPO-34分子篩為催化劑，以甲醇為原料 B，碳四烯烴為原料A，以SAPO-34分子篩為催化劑，在快速流化床反應器溫度48(TC， 接觸時間1秒，反應壓力為0.06MPa。第一提升管反應器反應溫度490'C，接觸時間為2 秒，反應壓力為0.05MPa;第二提升管反應器反應溫度48(TC，接觸時間為3秒，反應壓 力為0.02MPa。實驗中，部分待生催化劑返回快速流化床反應器3，其反應結果為甲醇 轉化率100%，乙烯收率46.9%，丙烯收率36.4%。實施例2用圖1的多床層組合式反應器，，其中待生催化劑返回斜管17與流化床反應器3相連 的接口位于再生斜管13與流化床反應器3相連的接口上部，其垂直高度是流化床反應器3 高度的1/12。原料進口 B15距離第一提升管反應器4底部的垂直距離為第一提升管反應器 4高度的1/20。第一提升管反應器4的內徑是流化床反應器3內徑的1/6,第一提升管反應 器4的高度是流化床反應器3高度的6倍。第一提升管反應器4的高度是第二提升管反應 器高度的1.2倍。再生斜管16與流化床反應器3連接口，距離流化床反應器3底部垂直高 度是流化床反應器3垂直高度的1/15。待生斜管13與再生器11連接口，距離再生器11 底部垂直距離是再生器11垂直高度的1/20。以SAPO-34分子篩為催化劑，以二甲醚為原 料B， 二甲醚為原料A，以SAPO-34分子篩為催化劑，在快速流化床反應器溫度500'C， 接觸時間1秒，反應壓力為0.06MPa。第一提升管反應器反應溫度500°C，接觸時間為2 秒，反應壓力為0.06MPa;第二提升管反應器反應溫度50(TC，接觸時間為3秒，反應壓 力為0.06MPa。實驗中，部分待生催化劑返回快速流化床反應器3，反應結果為二甲醚 轉化率100%，乙烯收率47.9%，丙烯收率35.3%。
比較例1參照實施例2的各個步驟，總停留時間及反應條件，只是多床層組合式反應器采用單 一提升管反應器，反應結果為甲醇轉化率100%，乙烯收率為44.3%，丙烯收率31.6%。比較例2參照實施例2的各個步驟，總停留時間及反應條件，只是多床層組合式反應器采用流 化床反應器及單一提升管反應器，反應結果為二甲醚轉化率100%，乙烯收率為45.7%， 丙烯收率30.8%。
權利要求
1、一種多床層組合式反應器，包括第一提升管反應器(4)、中間分離器(5)、汽提段(6)、第二提升管反應器(7)、產品氣出口(8)、沉降器(9)、煙氣出口(10)、再生器(11)、催化劑提升介質入口(12)、待生斜管(13)、換熱器(14)、原料進口B(15)、再生斜管(16)和待生催化劑返回斜管(17)，其中第一提升管反應器(4)與第二提升管反應器(7)之間設置有中間分離器(5)，中間分離器(5)的中部與第一提升管反應器(4)的頂部相連接，中間分離器(5)的頂部與第二提升管反應器(7)的下部側壁相連接；中間分離器(5)的底部設置汽提器(6)，并通過再生斜管(13)與再生器(11)下部相連接，再生器(11)的上部區域設置有煙氣出口(10)；第二提升管反應器(7)的上部與沉降器(9)的上部相連，沉降器(9)的頂部開有產品氣出口(8)，再生器(11)位于沉降器(9)的下部，并通過管線相連；再生器(11)底部設置換熱器(14)，換熱器(14)一端與再生器(11)底部相連，另一端通過催化劑輸送管與第二提升管(7)底部連接；其特征在于第一提升管反應器(4)的底部設置流化床反應器(3)，且流化床反應器(3)的頂部通過縮徑結構與第一提升管反應器(4)的底部同軸相連，在再生斜管(13)與流化床反應器(3)相連的接口上部設置待生催化劑返回斜管(17)，其另一端與汽提段(6)底部相連的待生斜管(13)的腹部區域相連，再生器(11)的底部通過再生斜管(16)與流化床反應器(3)相連。
2、 根據權利要求1所述多床層組合式反應器，其特征在于在流化床反應器(3)的頂部 與第一提升管反應器(4)的底部附近區域設置有原料進料口B(15)。
3、 根據權利要求1所述多床層組合式反應器，其特征在于分布器(2)位于流化床反應 器(3)底部區域，分布器(2)的下部設置有原料進口 A(l)。
4、 根據權利要求1所述多床層組合式反應器，其特征在于待生催化劑返回斜管(17)與 流化床反應器(3)相連的接口位于再生斜管(13)與流化床反應器(3)相連的接口上部，其垂直 高度是流化床反應器(3)高度的1/20 1/2。
5、 根據權利要求1所述多床層組合式反應器，其特征在于原料進口B(15)距離第一提 升管反應器(4)底部的垂直距離為第一提升管反應器(4)高度的0 2/5。
6、 根據權利要求1所述多床層組合式反應器，其特征在于第一提升管反應器(4)的內 徑是流化床反應器(3)內徑的1/15 1/2，第一提升管反應器(4)的高度是流化床反應器(3)高 度的1 20倍。
7、 根據權利要求1所述多床層組合式反應器，其特征在于第一提升管反應器(4)的高度是第二提升管反應器高度的1/2 3倍。
8、 根據權利要求1所述多床層組合式反應器，其特征在于再生斜管(16)與流化床反 應器(3)連接口，距離流化床反應器(3)底部垂直高度是流化床反應器(3)垂直高度的1/20 2/3。
9、 根據權利要求1所述多床層組合式反應器，其特征在于待生斜管(13)與再生器(11) 連接口，距離再生器(ll)底部垂直距離是再生器(ll)垂直高度的1/20 1/2。
10、 根據權利要求1所述多床層組合式反應器，其特征在于流化床反應器(3)為快速流化床反應器。
全文摘要
本發明涉及一種多床層組合式反應器，主要解決以往技術中用于甲醇或二甲醚催化反應過程中，存在乙烯及丙烯選擇性低，收率低的技術問題。本發明通過采用部分待生催化劑與再生催化劑混合來調節催化劑的積炭量，同時采用多段式或動態分區式反應器和接力式地使用催化劑的技術方案，較好地解決了該問題，可用于增產乙烯、丙烯的工業生產中。
文檔編號B01J8/24GK101164686SQ20061011735
公開日2008年4月23日 申請日期2006年10月20日 優先權日2006年10月20日
發明者劉俊濤, 孫鳳俠, 蕾 李, 鐘思青 申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院