[发明专利]一种甲醇制烯烃反应器

说明书

本发明公开了一种甲醇制烯烃反应器，它包括一密封壳体，密封壳体内部下方设置有密相流化床，位于密封壳体内的密相流化床上方设置有提升管，密相流化床和提升管之间通过锥板段连通形成开式耦合型式；提升管外部套设有封闭罩，位于第二锥形段下部的封闭罩与提升管之间形成环隙下料结构；在密封壳体内绕封闭罩的顶部侧壁四周环设旋风分离器，旋风分离器底部设置有料腿，料腿可不直接延伸至密相流化床中；密相流化床内设置有导流筒，空间上将密相流化床分成四个不同的反应区域。本发明的反应器深度耦合反应特性，可对反应进行精细控制，极大提高低碳烯烃收率和选择性；整个反应器结构更趋紧凑，工业应用便利，保证反应器的生产安全性和经济效益。

技术领域

本发明涉及一种气固快速反应、强放热、目的产物为反应中间物、催化剂积碳控制要求高的反应体系，特别涉及一种甲醇制烯烃反应器，属于煤制烯烃、石油化工技术领域。

背景技术

乙烯、丙烯等低碳烯烃作为最基础的有机化工原料，在当代石油和化学工业中起着举足轻重的作用。当前其生产主要依托以石脑油蒸汽裂解、催化裂化等为代表的石油路线，近年来，随石油资源日益短缺以及石油价格波动，石油生产路线成本不断增加，发展以甲醇制备烯烃为关键技术的低碳烯烃技术，丰富低碳烯烃生产工艺，成为维护能源安全，促进经济社会持续发展的重要着眼点。目前，该技术的相关研究已经取得实质性进展，部分已经实现工业化生产。

甲醇制烯烃反应属于典型的气固非均相催化反应，其首选催化剂为具有高活性的SAPO-34催化剂，反应特点为：强放热反应，反应热在20～35kJ/mol之间，纯甲醇进料绝热温升为250°左右；反应速度快，新鲜催化剂上反应动力学研究结果显示，甲醇与催化剂接触时间为0.04s即可实现完全转化，生成乙烯、丙烯及其他产物的反应时间为1s左右，故需严格控制气固接触时间；催化剂具有择形选择性，为实现目的低碳烯烃的较高收率和选择性，需要保证6％～9％的催化剂积碳量；催化剂积碳速率较慢，为数十分钟量级，因此催化剂在反应器内的停留时间应得到保证；为保证生产，积碳失活催化剂需要连续烧焦再生。基于以上特征，甲醇制烯烃采用气固流态化技术，反应器设计和工业生产中常选择提升管反应器或者床层反应器的反应器型式。

目前，甲醇制备烯烃反应装置存在的主要问题有：催化剂催化性能利用不足，催化剂积碳难以控制，产物气体器内过度反应，气固分离装置庞大而复杂且易产生安全生产问题等。

催化剂性能利用不足主要体现在两个方面，一是当采用提升管反应器作为MTO反应器时，催化剂单程积碳量较低，如果直接进入再生器烧焦再生，不但使得催化剂的利用效率大大下降，催化剂的频繁再生也造成催化剂的过度磨损等问题。二是若采用床层反应器作为MTO反应器，反应器内催化剂颗粒处于全混流状态，不同年龄的催化剂返混严重，导致催化剂的停留时间分布宽，催化剂积碳量分布极不均匀，不但严重影响了产品收率和选择性，而且大量催化能力和效果较佳的低积碳催化剂随失活催化剂进入烧焦再生阶段，直接造成了生产过程中的催化剂消耗大，再生器烧焦负荷高等问题。

催化剂积碳量难以控制的问题使得装置难以耦合催化剂择形选择性工艺特点，无法对产物气体实现精细控制。现有装置普遍存在积碳分布难以控制的问题，目前常通过调整装置操作条件进行控制，如调节装置催化剂循环量和循环比，另设催化剂补充管线使新鲜催化剂与积碳催化剂的混合等，工业实践表明，这些方法十分困难，且需要兼顾其他生产问题。因而从反应器本身着手实现对催化剂积碳的定量控制，最大程度上实现工艺与设备的匹配耦合，成为MTO工艺技术更趋成熟的关键。