[发明专利]甲醇和/或二甲醚与甲苯制对二甲苯联产低碳烯烃的流化床装置及方法

说明书

本申请公开了一种用于甲醇和/或二甲醚与甲苯制对二甲苯联产低碳烯烃的湍动流化床反应器、装置和方法，解决或改善了甲醇和/或二甲醚与甲苯生产对二甲苯联产低碳烯烃过程中MTO反应和烷基化反应之间的竞争问题，实现MTO反应和烷基化反应的协同作用，通过控制传质和反应，协调、优化烷基化反应和MTO反应的竞争，使之协同作用，提高甲苯转化率、对二甲苯收率和低碳烯烃选择性。该湍动流化床反应器，包含第一反应器进料分布器和多个第二反应器进料分布器，所述第一反应器进料分布器和多个第二反应器进料分布器沿所述湍动流化床反应器的反应区中气体流向依次布置。

技术领域

本申请涉及一种生产对二甲苯(PX)联产低碳烯烃的装置及生产方法，尤其适用于甲醇和/或二甲醚与甲苯烷基化制对二甲苯联产低碳烯烃的流化床装置及生产方法，属于化学化工领域。

背景技术

对二甲苯(PX)是石化工业的基本有机原料之一，在化纤、合成树脂、农药、医药、高分子材料等众多领域有着广泛的用途。目前对二甲苯生产主要采用甲苯、C₉芳烃及混合二甲苯为原料，通过歧化、异构化、吸附分离或深冷分离而制取。由于其产物中的对二甲苯含量由热力学控制，对二甲苯在C₈混合芳烃中只占～24％，工艺过程中物料循环处理量大，设备庞大、操作费用高。特别是二甲苯中三个异构体的沸点相差很小，通过常规的蒸馏技术很难得到高纯度的对二甲苯，而必须采用昂贵的吸附分离工艺。近年来，国内外许多专利公开了生产对二甲苯的新路线，其中甲苯甲醇烷基化技术是高选择性生产对二甲苯的新途径，已经受到了业界的高度重视和极大关注。

低碳烯烃，即乙烯和丙烯，是两种基本的石油化工原料，其需求量日益增加。乙烯和丙烯主要以石脑油为原料进行生产，依赖于石油路线。近年来，非石油路线制取乙烯、丙烯越来越受到重视，特别是甲醇转化制取低碳烯烃(MTO)工艺路线，此路线是实现石油替代战略，减轻和缓解我国对石油的需求和依赖的重要途径。

传统的甲苯烷基化方法包含在反应器的上游将甲苯和甲醇混合，然后将混合物一起供入反应器。反应器种类包含固定床和流化床。为了提高甲苯的传化率，反应物分阶段注入已经在各种固定床和流化床工艺中得到采用。

MTO反应和烷基化反应之间的竞争是影响对甲苯转化率、对二甲苯收率和低碳烯烃选择性的主要因素。在同一个反应器中同时实现两个反应，工艺简单，但甲苯转化率较低；在不同的反应器中分别实现两个反应，工艺较为复杂，但甲苯转化率和对二甲苯收率较高。因此，甲苯甲醇烷基化制备对二甲苯联产低碳烯烃工艺在工艺配置和反应器设计方面急需较大的突破，从而能够协调、优化烷基化反应和MTO反应之间的竞争，提高甲苯转化率、对二甲苯收率和低碳烯烃选择性。

上述提及的制备对二甲苯和低碳烯烃的新途径，其反应过程都是酸催化反应。基于ZSM-5分子筛催化剂的甲苯甲醇烷基化制对二甲苯反应过程中必然存在甲醇制烯烃反应。在这个反应过程中主要发生如下几个反应：

C₆H₅-CH₃+CH₃OH→C₆H₄-(CH₃)₂+H₂O (1)

n CH₃OH→(CH₂)_n+n H₂O n＝2,3 (2)

甲醇既是甲苯甲醇烷基化反应的原料，也是MTO反应的原料，但MTO反应速率远高于甲苯甲醇烷基化反应速率。

MTO反应的特点之一是反应速率远高于甲苯甲醇烷基化反应，另一个重要特点是催化剂结碳后，甲醇转化速率下降，低碳烯烃选择性升高。因此，控制催化剂的结碳，是提高MTO反应过程中低碳烯烃选择性的一个有效途径。