[发明专利]一种多级多通道径向绝热式反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产低碳烯烃的反应设备，尤其涉及一种以含氧化合物为原 料生产低碳烯烃的多级多通道径向绝热式反应器。

背景技术

随着世界能源需求不断增加，石油资源日渐匮乏，以煤或天然气为原料经中间 产物甲醇或其他含氧化合物制备乙烯、丙烯等低碳烯烃的方法受到广泛关注。

目前围绕含氧化合物生产低碳烯烃的研究成果已有大量报道，其中以 UOP/Hydro联合开发的MTO工艺和Lurgi公司开发的MTP工艺为代表。MTO工 艺以甲醇为原料生产乙烯和丙烯，采用的提升管流化床反应器具有很好的移热效 果，反应温度容易控制，适合于含氧化合物制低碳烯烃这一强放热反应。但流化床 反应器操作较固定床反应器相对复杂，且催化剂在流动过程中容易磨损。Lurgi公 司开发了用固定床反应器生产以丙烯为主的低碳烯烃工艺，即MTP工艺，根据世 界知识产权组织专利WO2007/140844A1，该工艺采用轴向流动多级固定床绝热反 应器，通过级间冷激控制反应温度，同时采用薄床层结构减小反应器阻力，从而获 得较高的丙烯选择性。为达到一定生产规模，这样的薄床层结构在工业放大时势必 造成反应器直径很大、空间利用率不高，同时大直径又对催化剂床层的装填和流体 的均匀分布提出很高的要求。

径向流动反应器较轴向流动反应器具有流体流通面积大、催化剂床层压降小， 此外还有减小壁效应，能强制流体均布等优点。中华人民共和国专利 200620110323.4提出了一种多段径向冷激式反应器，由上至下分段设置三层径向反 应区，并在反应器壳体上设有夹套式换热装置，可以有效降低反应器阻力，并且移 走部分反应热。但是当反应床层很薄，且处理量较大时，每段均为单环设计的径向 床会导致反应器空间利用率很低，且对于含氧化合物生产低碳烯烃这种强放热反 应，夹套取热效果极其有限。

中华人民共和国专利200810120839.3公开了一种用于以含氧化合物为原料生 产丙烯的径向移动床反应器，该发明采用同轴设置的多个相互穿套的环形反应区 域，每两个反应区之间设有环形冷却区，径向流动结合冷激的设计，既可以有效移 走反应放热，又可以减小反应床层阻力。但随着环形反应床层数量的增加，反应系 统将更加复杂，反应器直径也会大幅增加，而且反应器内层的环形反应区的流体流 通面积远小于外层反应区的流体流通面积，保持反应物料在所有催化剂床层具有相 同的空速比较困难。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够有效控 制反应温度、降低反应器阻力、提高反应器空间利用率，从而获得设备投资少、丙 烯选择性高的用于以含氧化合物为原料生产低碳烯烃的多级多通道径向绝热式反 应器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于以含氧化合物为原料生 产丙烯为主的低碳烯烃的多级多通道径向绝热式反应器，包括圆柱形壳体，壳体顶 部设有原料入口，底部设有产物出口，壳体内设置多级反应床层，每一级反应床层 包含一个或多个安装在支撑构架上的环形径向反应区，每个环形径向反应区都包括 气相外分布筒和气相内分布筒，气相外分布筒和气相内分布筒之间装填有催化剂床 层，催化剂床层上下都有盖板密封结构，相邻两级反应床层之间布置有冷激喷淋系 统。

作为原料的含氧化合物可以是甲醇、乙醇、二甲醚，或者是甲醇合成塔出口 气体经冷却和气液分离后所得的粗甲醇，以及它们的混合物或它们与C₁至C₈烷烃 及C₂至C₈烯烃的混合物。催化剂为酸性分子筛，包括但不限于ZSM-5型分子筛 或改性的ZSM-5型分子筛催化剂。

根据反应时催化剂放热产生温升的限制，反应器内设置有多级反应床层，相邻 两级反应床层间设有冷激喷淋系统。考虑到系统的复杂程度，反应床层通常设为 3-8级，冷激喷淋系统的数量比反应床层的数量少一个。

冷激喷淋系统包括沿环形径向反应区外侧或内侧规则排列的一组或多组带喷 嘴的喷淋管。