[发明专利]一种用于以含氧化合物为原料生产丙烯的多级径向固定床反应系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种丙烯的生产系统及方法，尤其涉及一种用于以含氧化合物为原料生产丙烯的多级径向固定床反应系统及其方法。

背景技术

丙烯是现代化学工业中一种重要的基础化工原料，其总量的 95%来自石脑油蒸汽裂解联产及流化催化裂化（FCC）副产。受全球原油价格持续上涨，以及乙烯原料向乙烷等轻烃转移趋势的影响，全球丙烯需求缺口持续增长。同时，以煤基甲醇或天然气/页岩气基甲醇为原料生产丙烯的甲醇制丙烯（MTP）工艺日益受到各国青睐。针对我国“富煤、缺油、少气”的能源结构，开发以煤基甲醇或天然气/页岩气基甲醇为原料的MTP工艺具有较高的市场竞争力及深远的战略意义。

    UOP/Hydro公司采用SAPO-34分子筛作为催化剂并配合流化床反应器开发出了甲醇制烯烃（MTO）工艺。由于流化床内部趋于全混流，床层温度分布较均匀且易于控制。但由于催化剂颗粒较小，夹带现象严重，对后续分离工段的影响较大。鲁奇（Lurgi）公司开发出了世界首套工业化的MTP甲醇制丙烯装置，该装置采用4台固定床反应器。甲醇首先在1台二甲醚反应器（DME反应器）中部分转化为二甲醚，随后甲醇、二甲醚和水的混合物与工艺蒸汽，循环的C2及C4~C6烃类混合进入MTP反应器生产丙烯，MTP反应器共有3台，正常运行时采用2开1备的方式操作。

目前，国内外已有多项专利技术涉及MTP反应器这一领域。中国专利CN 201220212924.4公开了一种轴向逐层递增型冷激式甲醇制丙烯固定床反应器。该反应器内设置4~6个床层，床层厚度沿轴向逐渐递增。床层与床层之间设有10~20个原料气和原料液喷嘴，通过原料气冷激的方式对流出上一床层的反应气体降温并补充甲醇、二甲醚原料。由于MTP反应适合在低甲醇分压下进行，因此为了控制反应器床层压降，该反应器内催化剂床层的厚度在250mm~700mm之间，若甲醇处理量很大时必然反应器直径会很大，而每个床层上方冷激气的喷嘴数量是有限的，因此可能造成局部混合不均匀导致均布热点的出现，而且随着使用时间的累积，喷嘴也可能发生堵塞，影响反应器的平稳运行。国际专利WO 2004018089同样公开了一种类似的多级薄层固定床反应器，虽然该类反应器单台处理量大，效率较高，但仍然不能克服上述原料分配不均及喷嘴堵塞的问题。

中国专利ZL 200810120839.3公开了一种MTP径向移动床反应器。采用移动床反应器进行MTP反应可以将ZSM-5催化剂的中等失活速率和移动床反应器的操作周期相匹配，使催化剂始终保持在最佳的反应性能。同时，由于MTP反应是一个强放热反应，该专利还在移动床内部设置了冷却区，采用通冷却介质的方式移出反应热，防止床层温度过高发生飞温。但由于移动床本身内部结构就较为复杂，再内置冷却设备更会增加装置内部结构的复杂程度，对反应器的加工及运行都可能会造成一定的影响。

纵观现有的MTP轴向固定床反应器或是径向移动床反应器，都或多或少的存在内部结构复杂的问题，无论是喷嘴的设置或者内部换热器的添加，都会增加反应器结构的复杂性，增加制造成本。同时，其反应器的组合形式及进料方式等也都或多或少存在一定的缺陷，比如气液相共同进料可能带来的原料分布不均的问题。

发明内容

本发明所解决的技术问题是以往技术中存在的反应器内流体分布不均，反应器内部结构复杂及反应流程设置不合理等问题。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种用于以含氧化合物为原料生产丙烯的多级径向固定床反应系统的径向固定床反应系统包括多台径向固定床反应器及级间混合器，所述的径向固定床反应器包括：圆柱形壳体，上封头和下封头所组成的圆筒形反应器，圆筒形反应器上下部分别设有反应气体入口、反应气体预分布器和产物气体出口、催化剂进料口和催化剂卸料口；圆筒形反应器内部布置有与圆柱形壳体同轴的多孔壁内筒和多孔壁外筒，多孔壁外筒和圆柱形壳体之间构成反应气体外部流道，多孔壁内筒与产物气体出口构成反应气体中心流道，多孔壁内筒和多孔壁外筒之间为催化剂装填区，催化剂装填区上下部分别设有催化剂上封板和下封板；

所述的级间混合器设置在每两级径向固定床反应器之间。

所述的径向固定床反应器内反应气体预分布器在反应器顶部与反应气体入口相连，反应气体预分布器为多孔壁圆筒，开孔为均匀孔，开孔率为10~50%。

所述的径向固定床反应器内多孔壁外筒和多孔壁内筒开孔可为均匀开孔或非均匀开孔，开孔率为10%~50%。

所述的反应器内催化剂装填区的床层压降为5~30kPa。