[發明專利]一種內循環氣固流化床反應器

有效

• 申請號: 201110326819.3
• 申請日: 2011-10-25
• 公開（公告）號: CN103071434A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 張同旺;武雪峰;宗保寧;侯栓弟;羅一斌;李明罡;李黎聲;張占柱
• 申請（專利權）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石油化工科學研究院
• 主分類號: B01J8/26
• 分類號: B01J8/26
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王景朝;龐立志

技術領域

本發明涉及一種催化轉化反應器及應用該反應器的催化轉化方法，更具體地說，涉及一種內循環氣固流化床反應器，以及應用該反應器由含氧化合物生產低碳烯烴的方法。

背景技術

低碳烯烴(乙烯、丙烯、丁烯)是多種重要化工產品(如環氧乙烷、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯和丁基橡膠等)的基礎原料。隨著世界經濟的發展，低碳烯烴特別是乙烯和丙烯需求量與日俱增，由于我國經濟的高速增長，我國乙烯和丙烯需求量的年增長率均超過世界平均水平，增加低碳烯烴產能具有重要意義。

目前主要采用石腦油等輕質原料的水蒸汽裂解技術制備低碳烯烴，全球90％以上的乙烯產能和約70％的丙烯產能通過輕質石油烴蒸汽裂解實現。由于原油重質化愈來愈嚴重，石油煉制過程中，輕質石油烴原料如石腦油和直餾輕柴油的產率僅為原油總產率的1/3左右，而我國又存在燃料油供應不足和柴汽比較低的問題，導致輕質烴原料短缺的狀況在我國更為嚴重，限制了水蒸氣裂解制低碳烯烴工藝的發展。因此開發利用可再生和替代原料制取低碳烯烴特別是乙烯、丙烯已成為發展的趨勢。

天然氣或煤經由甲醇制乙烯、丙烯等低碳烯烴(Methanol?to?Olefin，簡稱MTO)是最有希望替代石腦油路線制烯烴的工藝。由天然氣或煤經由合成氣制甲醇的工藝技術已經較成熟，因此以甲醇制低碳烯烴(MTO)的技術成為該替代路線的關鍵環節。

許多直接或間接的實驗數據證實，甲醇在酸性催化劑上的轉化服從烴池機理，所述的烴池機理是指，甲醇進入酸性催化劑的孔道中，在酸性位作用下聚合形成積炭，其中的多取代甲苯為活性積炭，甲醇可與多取代甲苯發生烷基化反應，烷基化產物再側鏈斷裂生成低碳烯烴，進一步擴散出催化劑孔道；而多取代甲苯也可進一步聚合生成活性較低的多環芳烴，持續聚合生成高分子量的惰性積炭最終導致催化劑失活。由于含氧化合物轉化制烯烴過程服從烴池機理，催化劑上沉積的活性積炭既具有與催化劑共催化MTO過程的功能，又具有形成惰性積炭使催化劑失活的作用，再生后的催化劑上含碳物質量很少，催化性能較差；催化劑上的單程碳沉積量較少，無法達到低碳烯烴選擇性最大的要求；但過量的積炭會覆蓋催化劑上的活性中心，降低催化劑活性，使含氧化合物的轉化率和低碳烯烴選擇性降低；因此，控制催化劑上適宜的含碳物質沉積量對于提高催化效率、提高低碳烯烴選擇性具有重要作用。

為了提高低碳烯烴選擇性，有些文獻中采用較低的再生溫度或較短的再生時間，催化劑不完全再生，控制催化劑上的積炭量。然而，不完全再生會使積炭越來越重、催化劑活性降低，并且過多的積炭，會降低催化劑酸性，使得甲醇反應生成大量二甲醚，導致低碳烯烴選擇性降低，因此需要一種甲醇轉化過程中使催化劑保持適宜積炭量的方法，實現最大的低碳烯烴選擇性。

由于反應器一般為鋼鐵材質，甲醇與高溫狀態下的鐵、鎳等物質接觸，會生成CO、CO₂、H₂、CH₄等副產物，且轉化率較高，這不利于提高低碳烯烴選擇性，雖然鈦對于甲醇轉化表現惰性，但鈦價格過高，會大大增加設備投資，因此，如何既不增加設備投資、又能有效抑制甲醇副反應，也對設備的選材和反應器設計提出了要求。

不銹鋼的主要組分如鐵、鎳、鉻等均對甲醇等醇類物質有催化作用，生成CO、CO₂、CH₄、H₂等，為了抑制這些副反應，需將反應物與器壁等接觸的溫度控制在400℃以下。反應區甲醇主要與催化劑接觸，副反應較小；而進料部分，由于沒有催化劑，并且溫度較高，易于發生副反應，因此，基于對酸性催化劑上甲醇催化過程的認識及甲醇的一些反應特性，為了更好得實現甲醇有效轉化，提高低碳烯烴選擇性，一些專利提出了獨特的反應器結構和形式，力圖降低副反應、提高低碳烯烴收率。

US6166282公開了一種氧化物轉化為低碳烯烴的技術和反應器，采用快速流化床反應器，氣相在氣速較低的密相反應區反應完成，上升到內徑急劇變小的快分區后，采用特殊的氣固分離設備初步分離出大部分的夾帶催化劑。由于反應后產物氣與催化劑快速分離，有效地防止了二次反應的發生。該專利通過外取熱器，使部分催化劑不再生直接循環，另一部分催化劑進行再生燒掉催化劑上的積炭，但這種方法會導致催化劑混合不均勻，影響反應效果，并且進料分布器深陷催化劑床層，反應放熱會使反應物發生副反應，影響產品選擇性和收率。