Реакционное устройство для получения легких олефинов из метанола и/или диметилового эфира
Изобретение относится к реакционному устройству для получения легких олефинов из метанола и/или диметилового эфира. Реакционное устройство содержит реактор с плотнофазным псевдоожиженным слоем (2), циклонный сепаратор (3), стриппер (5), подъемную трубу (7), регенератор с плотнофазным псевдоожиженным слоем (10), циклонный сепаратор (11), стриппер (13) и подъемную трубу (15). Реактор с плотнофазным псевдоожиженным слоем (2) разделен на n (n≥2) вторичных реакционных зон регулятором потока материала (17), а регенератор (10) разделен на m (m≥2) вторичных регенерационных зон регулятором потока материала (17). Использование устройства улучшает распределение углеродных отложений на катализаторе и повышает селективность в отношении легких олефинов. 6 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение предлагает реакционное устройство для получения легких олефинов из метанола и/или диметилового эфира.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Легкие олефины, которые представляют собой этилен и пропилен, используются как два вида важных основных химических исходных материала, и спрос на них возрастает. Как правило, этилен и пропилен производятся в процессе переработки нефти. Однако стоимость производства этилена и пропилена из нефтяных ресурсов увеличивается вследствие ограниченного снабжения и относительно высокой цены нефтяных ресурсов. В последние годы были в значительной степени разработаны технологии производства этилена и пропилена посредством переработки альтернативных исходных материалов. Повышенное внимание уделяется процессу превращения метанола в олефины (MTO), и масштабы этого производства достигли уровня миллионов тонн. По мере развития мировой экономики увеличивается спрос на легкие олефины, в частности пропилен. Согласно результатам анализа CMAI Corporation спрос на этилен будет увеличиваться со средней скоростью 4,3% в год и спрос на пропилен будет увеличиваться со средней скоростью 4,4% в год до 2016 г. Вследствие высокой скорости роста китайской экономики годовые скорости роста спроса на этилен и пропилен в Китае превышают среднемировой уровень.
В начале 1980 г. UCC Corporation успешно разработала молекулярные сита на основе силикоалюмофосфатов (SAPO), причем катализатор на основе молекулярного сита SAPO-34 проявляет превосходные каталитические характеристики, когда он используется в реакции MTO, и имеет очень высокую селективность в отношении легких олефинов и очень высокую активность. Однако после того, как катализатор используется в течение некоторого период времени, его активность снижается вследствие углеродных отложений. При использовании катализатора на основе молекулярного сита SAPO-34 наблюдается весьма продолжительный индукционный период. В течение индукционного периода селективность в отношении олефинов является относительно низкой, а селективность в отношении алканов оказывается относительно высокой. Когда увеличивается продолжительность реакции, селективность в отношении легких олефинов постепенно возрастает. После индукционного периода катализатор сохраняет высокую селективность и высокую активность в течение определенного периода времени. В течение последующего времени активность катализатора быстро уменьшается.
Патент США № US 6166282 описывает технологию и реактор для превращения метанола в легкие олефины, в котором используется быстрый реактор с псевдоожиженным слоем катализатора, причем после завершения реакции в плотнофазной реакционной зоне, имеющей относительно низкую скорость газа, газовая фаза поднимается в зону быстрого разделения, имеющую внутренний диаметр, который быстро уменьшается, и основная масса захваченного катализатора предварительно отделяется с использованием специального устройства для разделения газовой и твердой фаз. Поскольку газообразный продукт и катализатор быстро разделяются после реакции, вторичная реакция эффективно предотвращается. По аналогичным соображениям, должны одновременно уменьшаться в значительной степени внутренний диаметр быстрого реактора с псевдоожиженным слоем катализатора и содержащееся в нем количество катализатора по сравнению с традиционными барботируемыми реакторами с псевдоожиженным слоем катализатора. Однако выходы легких олефинов в расчете на углерод в этом способе, как правило, составляют приблизительно 77% и существуют проблемы в отношении относительно низких выходов легких олефинов.
Китайский патент № CN 101402538B описывает способ повышения выхода легких олефинов. Согласно этому способу предлагается вторая реакционная зона, расположенная поверх первой реакционной зоны и предназначенная для превращения метанола в легкие олефины, и диаметр второй реакционной зоны составляет более чем диаметр первой реакционной зоны, чтобы увеличивалась продолжительность пребывания выпускаемого из первой реакционной зоны газообразного продукта во вторую реакционную зону, таким образом, что непрореагировавший метанол, образующийся диметиловый эфир и углеводороды, содержащие 4 или более атомов углерода, продолжают реагировать, и в результате этого достигается цель повышения выхода легких олефинов. Согласно этому способу выход легких олефинов может увеличиваться в некоторой степени. Однако поскольку катализатор из первой реакционной зоны уже содержит большое количество углеродных отложений и требуется относительно высокая активность катализатора для крекинга углеводородов, содержащих 4 или более атомов углерода, коэффициенты превращения углеводородов, содержащих 4 или более атомов углерода, во второй реакционной зоне, согласно данному способу, все же являются несколько низкими, и в результате этого получается невысокий выход легких олефинов.
Китайский патент № CN 102276406A описывает способ увеличения производства пропилена. Согласно этой технологии используются три реакционные зоны, причем первая реакционная зона с подвижным слоем катализатора используется для превращения метанола в олефины, и реакционная зона в форме подъемной трубы и вторая реакционная зона с подвижным слоем катализатора соединяются последовательно для превращения этилена, углеводородов, содержащих 4 или более атомов углерода, и непрореагировавшего метанола или диметилового эфира. Согласно данному патенту продолжительность пребывания веществ, таких как углеводороды, содержащие 4 или более атомов углерода и т.д., в реакционной зоне и второй реакционной зоне с подвижным слоем катализатора является относительно короткой, и коэффициент превращения оказывается относительно низким, таким образом, что выход пропилена также становится невысоким.
Китайский патент № CN 102875289A описывает реакционное устройство с псевдоожиженным слоем катализатора, в котором находится реактор в форме подъемной трубы, что используется для повышения выхода легких олефинов. Первый исходный материал проходит в реакционную зону с псевдоожиженным слоем катализатора и приводится в контакт с катализатором для получения продукта, включающего легкие олефины, и при этом образуется отработавший катализатор; часть отработавшего катализатора направляется в регенератор для регенерации и получения регенерированного катализатора, а другая часть отработавшего катализатора направляется в подъемную трубу, у которой выпускной конец располагается в реакционной зоне, и приводится в контакт со вторым исходным материалом, таким образом, что отработавший катализатор поднимается в реакционную зону; и регенерированный катализатор возвращается в реакционную зону реактора с псевдоожиженным слоем катализатора. Поскольку реакционное устройство, описанное в данном патенте, не включает блок стриппера, отработавший катализатор направляется в регенератор, перенося часть газообразного продукта, который сжигается в кислороде, и в результате этого снижается выход легких олефинов.
Согласно технологии получения олефинов из метанола, которая описывается в китайском патенте № CN 102875296A, используются три реакционные зоны, в качестве которых присутствуют подвижный слой катализатора, нисходящая труба и подъемная труба. Поскольку катализатор циркулирует в регенераторе, подвижном слое, подъемной трубе и нисходящей трубе, направление его потока оказывается предельно сложным, распределение и регулирование скорости потока становится чрезвычайно затруднительным, и активность катализатора изменяется в значительной степени.
В технике хорошо известно, что селективность в отношении легких олефинов тесно связана с количеством углеродных отложений на катализаторе. Некоторое количество углеродных отложений на катализаторе SAPO-34 требуется для обеспечения высокой селективности в отношении легких олефинов. Как правило, реакторы, используемые в настоящее время для процесса MTO, представляют собой реакторы с псевдоожиженным слоем катализатора. Реактор с псевдоожиженным слоем катализатора напоминает реакционный резервуар с постоянным перемешиванием, который характеризуется широким распределением углеродных отложений на катализаторе и не является подходящим для повышения селективности в отношении легких олефинов. Поскольку соотношение катализатора и спирта является очень низким, и относительный выход кокса в процессе MTO также является сравнительно низким, в целях достижения большего и регулируемого объема катализатора требуется регулирование количества углеродных отложений и равномерное содержание углерода на катализаторе в регенерационной зоне на определенных уровнях. В результате этого достигается цель регулирования количества углеродных отложений и равномерности содержания углерода на катализаторе в реакционной зоне. Таким образом, основное условие технологии процесса MTO представляет собой регулирование количества углеродных отложений и равномерности содержания углерода на катализаторе в реакционной зоне на определенных уровнях.
Для решения проблем, которые описаны выше, несколькими исследователями были предложены такие технологии, согласно которым использовались верхняя и нижняя реакционные зоны в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора, два соединенных последовательно реактора с псевдоожиженным слоем катализатора, а также соединенные последовательно реактор с псевдоожиженным слоем катализатора, подъемная труба и нисходящая труба и т.д. В этих предшествующих работах описаны способы регулирования количества углеродных отложений и равномерности содержания углерода на катализаторе, и были получены некоторые полезные эффекты. Однако при этом повышается сложность и затрудняется регулирование процесса MTO. Настоящее изобретение предлагает решение, представляющее собой образование множества вторичных реакционных зон (регенерационных зон) посредством установки внутренних элементов в плотнофазные реакторы с псевдоожиженным слоем катализатора для решения проблем регулирования количества углеродных отложений и равномерности содержания углерода на катализатор таким образом, чтобы повышалась селективность в отношении легких олефинов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая проблема устройств предшествующего уровня техники, которую должно решить настоящее изобретение, заключается в невысокой селективности в отношении легких олефинов, и настоящее изобретение предлагает новое реакционное устройство, имеющее повышенную селективность в отношении легких олефинов. Данное реакционное устройство используется в производстве легких олефинов, и его преимущества представляют собой хорошая равномерность углеродных отложений на катализаторе, относительно высокий выход легких олефинов и хорошая экономическая эффективность процесса производства легких олефинов.
В целях решения проблем, которые описаны выше, настоящее изобретение предлагает реакционное устройство для получения легких олефинов из метанола и/или диметилового эфира, которое составляют реактор с плотнофазным псевдоожиженным слоем (2), циклонный сепаратор (3), стриппер (5), подъемная труба (7), регенератор с плотнофазным псевдоожиженным слоем (10), циклонный сепаратор (11), стриппер (13) и подъемная труба (15); причем питающий трубопровод для реактора (1) присоединяется к нижней части реактора с плотнофазным псевдоожиженным слоем (2); часть стриппера (5) находится в реакторе с плотнофазным псевдоожиженным слоем (2), и его оставшаяся часть находится под реактором с плотнофазным псевдоожиженным слоем (2); нижняя часть подъемной трубы (7) присоединяется к нижней части стриппера (5), и верхняя часть подъемной трубы (7) присоединяется к регенератору с плотнофазным псевдоожиженным слоем (10); питающий трубопровод для регенератора (9) присоединяется к нижней части регенератора с плотнофазным псевдоожиженным слоем (10); часть стриппера (13) находится в регенераторе с плотнофазным псевдоожиженным слоем (10), и его оставшаяся часть находится под регенератором с плотнофазным псевдоожиженным слоем (10); нижняя часть подъемной трубы (15) присоединяется к нижней части стриппера (13), и верхняя часть подъемной трубы (15) присоединяется к реактору с плотнофазным псевдоожиженным слоем (2), и которое отличается тем, что регулятор потока материала (17) находится в реакторе с плотнофазным псевдоожиженным слоем (2) и/или в регенераторе с плотнофазным псевдоожиженным слоем (10), и реактор с плотнофазным псевдоожиженным слоем (2) разделяется на n вторичных реакционных зон регулятором потока материала (17), и вторичные реакционные зоны №№ 1-n соединяются последовательно; регенератор с плотнофазным псевдоожиженным слоем (10) разделяется на m вторичных регенерационных зон регулятором потока материала (17), и вторичные регенерационные зоны №№ 1-m соединяются последовательно; причем n≥2 и m≥2.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления верхняя часть подъемной трубы (15) присоединяется к вторичной реакционной зоне № 1, вторичная реакционная зона № n присоединяется к отверстию для перетекания материала (18) на верхней части стриппера (5); и циклонный сепаратор (3) находится на верхней части реактора с плотнофазным псевдоожиженным слоем (2), верхний выпуск циклонного сепаратора (3) присоединяется к трубопроводу полученного материала (4), и нижняя часть циклонного сепаратора (3) присоединяется к вторичной реакционной зоне № n.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления верхняя часть подъемной трубы (7) присоединяется к вторичной регенерационной зоне № 1, вторичная регенерационная зона № m присоединяется к отверстию для перетекания материала (18) на верхней части стриппера (13); и циклонный сепаратор (11) находится на верхней части регенератора с плотнофазным псевдоожиженным слоем (10), верхний выпуск циклонного сепаратора (11) присоединяется к трубопроводу отработавшего газа (12), и нижняя часть циклонного сепаратора (11) присоединяется к вторичной регенерационной зоне № m.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления 8≥n≥3.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления 8≥m≥3.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления регулятор потока материала (17) составляют разделительная плита (19), отверстие (20), нисходящий напорный трубопровод материала (21), нижняя перегородка (22) и теплоотводящий элемент (23); и отверстие (20) располагается под разделительной плитой (19) и присоединяется к нижней части нисходящего напорного трубопровода материала (21), нижняя перегородка (22) располагается в нижней части нисходящего напорного трубопровода материала (21) и отверстия (20), и теплоотводящий элемент (23) фиксируется на разделительной плите (19).
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления нижняя перегородка (22) представляет собой пористую плиту или непористую плиту.
По сравнению с решениями предшествующего уровня техники полезные эффекты настоящего изобретения включают следующие аспекты, но не ограничиваются ими:
(1) Реактор с плотнофазным псевдоожиженным слоем катализатора имеет относительно высокую плотность слоя катализатора, относительно низкое содержание катализатора и низкую истираемость.
(2) Скорость газа в нисходящем напорном трубопроводе материала регулятора потока материала составляет менее чем или равняется минимальной скорости псевдоожижения катализатора, и катализатор находится в состоянии плотнофазной упаковки, таким образом, что образуется однонаправленный плотнофазный поток перемещения катализатора, предотвращается обратное перемешивание катализатора между соседними вторичными реакционными зонами (или соседними вторичными регенерационными зонами), и получается узкое распределение продолжительности пребывания.
(3) Теплоотводящий элемент в регуляторе потока материала осуществляет функцию регулирования температуры реакционной зоны.
(4) Реакционная зона разделяется на n вторичных реакционных зон регулятором потока материала, и катализатор последовательно проходит насквозь от вторичной реакционной зоны № 1 до вторичной реакционной зон №, таким образом, что оказывается узким распределение продолжительности пребывания и в значительной степени повышается равномерность содержания углерода на отработавшем катализаторе.
(5) Регенерационная зона разделяется на m вторичных регенерационных зон регулятором потока материала, и катализатор последовательно проходит насквозь от вторичной регенерационной зоны № 1 до вторичной регенерационной зоны № m, таким образом, что оказывается узким распределение продолжительности пребывания и в значительной степени повышается равномерность содержания углерода на регенерированном катализаторе.
(6) Достигается относительно точное регулирование содержания углерода на регенерированном катализаторе и отработавшем катализаторе, становится относительно равномерным распределение содержания углерода, повышается селективность в отношении легких олефинов, и содержание углерода может регулироваться по мере необходимости в целях оптимизации соотношения пропилена и этилена.
(7) Поскольку распределение содержания углерода на катализаторе является относительно равномерным, уменьшается требуемое количество катализатора, которое находится в реакционной зоне.
(8) Конфигурация из множества вторичных реакционных зон упрощает изготовление крупномасштабных реакторов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 иллюстрирует технологическую схему способа согласно настоящему изобретению;
фиг. 2 иллюстрирует структурную схематическую диаграмму плотнофазного реактора с псевдоожиженным слоем катализатора, включающего 4 вторичные реакционные зоны согласно настоящему изобретению, причем стрелки на изображении разреза A-A показывают направления потоков катализатора между вторичными реакционными зонами;
фиг. 3 иллюстрирует структурную схематическую диаграмму плотнофазного реактора с псевдоожиженным слоем катализатора, включающего 4 вторичные регенерационные зоны согласно настоящему изобретению, причем стрелки на изображении разреза B-B показывают направления потоков катализатора между вторичными регенерационными зонами;
фиг. 4 иллюстрирует структурную схематическую диаграмму стриппера согласно настоящему изобретению; и
фиг. 5 иллюстрирует структурную схематическую диаграмму регулятора потока материала согласно настоящему изобретению.
Условные номера на сопровождающих чертежах имеют следующие значения: 1 - питающий трубопровод для реактора; 1-1 - ответвление питающего трубопровода вторичной реакционной зоны № 1; 1-2 - ответвление питающего трубопровода вторичной реакционной зоны № 2; 1-3 - ответвление питающего трубопровода вторичной реакционной зоны № 3; 1-4 - ответвление питающего трубопровода вторичной реакционной зоны № 4; 2 - реактор с плотнофазным псевдоожиженным слоем; 2-1 - вторичная реакционная зона № 1; 2-2 - вторичная реакционная зона № 2; 2-3 - вторичная реакционная зона № 3; 2-4 - вторичная реакционная зона № 4; 3 - циклонный сепаратор; 4 - трубопровод полученного материала; 5 - стриппер; 6 - трубопровод водяного пара; 7 - подъемная труба; 8 - подъемный газопровод; 9 - питающий трубопровод для регенератора; 9-1 - ответвление питающего трубопровода вторичной регенерационной зоны № 1; 9-2 - ответвление питающего трубопровода вторичной регенерационной зоны № 2; 9-3 - ответвление питающего трубопровода вторичной регенерационной зоны № 3; 9-4 - ответвление питающего трубопровода вторичной регенерационной зоны № 4; 10 - регенератор с плотнофазным псевдоожиженным слоем; 10-1 - вторичная регенерационная зона № 1; 10-2 - вторичная регенерационная зона № 2; 10-3 - вторичная регенерационная зона № 3; 10-4 - вторичная регенерационная зона № 4; 11 - циклонный сепаратор; 12 - трубопровод отработавшего газа; 13 - стриппер; 14 - трубопровод водяного пара; 15 - подъемная труба; 16 - подъемный газопровод; 17 - регулятор потока материала; 18 - отверстие для перетекания материала; 19 - разделительная плита; 20 - отверстие; 21 - нисходящий напорный трубопровод материала; 22 - нижняя перегородка; 23 - теплоотводящий элемент.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В целях повышения селективности в отношении легких олефинов в процессе получения легких олефинов из кислородсодержащих соединений настоящее изобретение предлагает реакционное устройство для получения легких олефинов из метанола и/или диметилового эфира, которое составляют, в основном, реактор с плотнофазным псевдоожиженным слоем (2), циклонный сепаратор (3), стриппер (5), подъемная труба (7), регенератор с плотнофазным псевдоожиженным слоем (10), циклонный сепаратор (11), стриппер (13) и подъемная труба (15). Питающий трубопровод для реактора (1) присоединяется к нижней части реактора с плотнофазным псевдоожиженным слоем (2). Часть стриппера (5) находится в реакторе с плотнофазным псевдоожиженным слоем (2), и его оставшаяся часть располагается под реактором с плотнофазным псевдоожиженным слоем (2). Трубопровод водяного пара (6) присоединяется к нижней части стриппера (5). Нижняя часть подъемной трубы (7) присоединяется к нижней части стриппера (5). Подъемный газопровод (8) присоединяется к нижней части подъемной трубы (7). Верхняя часть подъемной трубы 7 присоединяется к регенератору с плотнофазным псевдоожиженным слоем (10). Питающий трубопровод для регенератора (9) присоединяется к нижней части регенератора с плотнофазным псевдоожиженным слоем (10). Часть стриппера (13) находится в регенераторе с плотнофазным псевдоожиженным слоем (10), и его оставшаяся часть располагается под регенератором с плотнофазным псевдоожиженным слоем (10). Трубопровод водяного пара (14) присоединяется к нижней части стриппера (13). Нижняя часть подъемной трубы (15) присоединяется к нижней части стриппера (13). Подъемный газопровод (16) присоединяется к нижней части подъемной трубы (15). Верхняя часть подъемной трубы (15) присоединяется к реактору с плотнофазным псевдоожиженным слоем (2). Предпочтительно питающий трубопровод для реактора (1) включает ответвления питающего трубопровода (1-1, , 1-n) n реакционных зон, реактор с плотнофазным псевдоожиженным слоем (2) разделяется на n вторичных реакционных зон (2-1, , 2-n) регулятором потока материала (17), причем n≥2 и предпочтительно 8≥n≥3; ответвления питающего трубопровода n реакционных зон присоединяются к n вторичным реакционным зонам соответственно; и вторичные реакционные зоны №№ 1-n соединяются последовательно, верхняя часть подъемной трубы (15) присоединяется к вторичной реакционной зоне № 1, вторичная реакционная зона № n присоединяется к отверстию для перетекания материала (18) на верхней части стриппера (5), циклонный сепаратор (3) находится на верхней части реактора с плотнофазным псевдоожиженным слоем (2), верхний выпуск циклонного сепаратора (3) присоединяется к трубопровод полученного материала (4), и нижняя часть циклонного сепаратора (3) присоединяется к вторичной реакционной зоне № n.
Предпочтительно питающий трубопровод для регенератора (9) включает ответвления питающего трубопровода (9-1, , 9-n) m регенерационных зон, регенератор с плотнофазным псевдоожиженным слоем (10) разделяется на m вторичных регенерационных зон (10-1, 10-n) регулятором потока материала (17), причем m≥2 и предпочтительно 8≥m≥3; ответвления питающего трубопровода m регенерационных зон присоединяются к m вторичным регенерационным зонам соответственно; и вторичные регенерационные зоны №№ 1-m соединяются последовательно, верхняя часть подъемной трубы (7) присоединяется к вторичной регенерационной зоне № 1, вторичная регенерационная зона № m присоединяется к отверстию для перетекания материала (18) на верхней части стриппера (13), циклонный сепаратор (11) находится на верхней части регенератора с плотнофазным псевдоожиженным слоем (10), верхний выпуск циклонного сепаратора (11) присоединяется к трубопроводу отработавшего газа (12), и нижняя часть циклонного сепаратора (11) присоединяется к вторичной регенерационной зоне № m.
Предпочтительно регулятор потока материала (17) составляют разделительная плита (19), отверстие (20), нисходящий напорный трубопровод материала (21), нижняя перегородка (22) и теплоотводящий элемент (23). Отверстие (20) располагается под разделительной плитой (19) и присоединяется к нижней части нисходящего напорного трубопровода материала (21), пористая плита или непористая плита может использоваться в качестве нижней перегородки (22), которая располагается в нижней части нисходящего напорного трубопровода материала (21) и отверстия (20), и теплоотводящий элемент (23) фиксируется на разделительной плите (19).
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления технологическая схема процесса получения легких олефинов из метанола согласно настоящему изобретению является такой, как проиллюстрировано на фиг. 1. Исходные материалы, которые представляют собой, главным образом, метанол и/или диметиловый эфир, направляются в реактор с плотнофазным псевдоожиженным слоем (2) и приводятся в контакт с катализатор для получения потока газофазного продукта и отработавшего катализатора; поток газофазного продукта и захваченный отработавший катализатор направляются в циклонный сепаратор (3), причем поток газофазного продукта направляется в следующую рабочую секцию разделения через выпуск циклонного сепаратора, и захваченный отработавший катализатор направляется во вторичную реакционную зона № n через погружной стояк циклонного сепаратора; регенерированный катализатор направляется в реактор с плотнофазным псевдоожиженным слоем 2 через стриппер (13) и подъемную трубу (15) и последовательно пропускается через вторичные реакционные зоны №№ 1-n, образуя отработавший катализатор после углеродных отложений; и отработавший катализатор затем пропускается в регенератор с плотнофазным псевдоожиженным слоем (10) через стриппер (5) и подъемную трубу (7), и последовательно пропускается через вторичные регенерационные зоны №№ 1-m, образуя регенерированный катализатор после обжига. Катализатор предпочтительно представляет собой катализатор, содержащий молекулярное сито SAPO, и предпочтительнее представляет собой катализатор, содержащий молекулярное сито SAPO-34.
Согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения структурная схематическая диаграмма плотнофазного реактора с псевдоожиженным слоем катализатора, включающего 4 вторичные реакционные зоны, является такой, как проиллюстрировано на фиг. 2, причем стрелки на изображении разреза A-A показывают направление потоков катализатора между вторичными реакционными зонами. Вертикально установлены 3 регулятора потока материала (17) и перегородка, чтобы разделять плотнофазную реакционную зону с псевдоожиженным слоем катализатора на 4 вторичные реакционные зоны. Катализатор последовательно пропускается через вторичные реакционные зоны №№ 1-4 и затем направляется в стриппер.
Согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения структурная схематическая диаграмма плотнофазного реактора с псевдоожиженным слоем катализатора, включающего 4 вторичные регенерационные зоны, является такой, как проиллюстрировано на фиг. 3, причем стрелки на изображении разреза B-B показывают направление потоков катализатора между вторичными регенерационными зонами. Вертикально установлены 3 регулятора потока материала (17) и перегородка, чтобы разделить плотнофазную регенерационную зону с псевдоожиженным слоем катализатора на 4 вторичные регенерационные зоны. Катализатор последовательно пропускается через вторичные регенерационные зоны №№ 1-4 и затем направляется в стриппер.
Предпочтительно структурная схематическая диаграмма стрипперов (5 и 13) согласно настоящему изобретению является такой, как проиллюстрировано на фиг. 4. Отверстие на стенке трубы в верхней части стриппера (5) используется в качестве отверстия для перетекания материала (18) между вторичной реакционной зоной № n и стриппером (5). Отверстие на стенке трубы в верхней части стриппера (13) используется в качестве отверстия для перетекания материала (18) между вторичной регенерационной зоной № m и стриппером (13).
Предпочтительно структурная схематическая диаграмма регулятора потока материала согласно настоящему изобретению является такой, как проиллюстрировано на фиг. 5. Регулятор потока материала (17) составляют разделительная плита (19), отверстие (20), нисходящий напорный трубопровод материала (21), нижняя перегородка (22) и теплоотводящий элемент (23). Катализатор направляется в нисходящий напорный трубопровод материала из верхней части нисходящего напорного трубопровода, причем эффективная линейная скорость газа составляет менее чем или равняется минимальной скорости псевдоожижения, катализатор в нисходящем напорном трубопроводе материала находится в состоянии плотнофазной упаковки, и образуется движущая сила потока материала, которая создает поток катализатора в следующие вторичные реакционные зоны (или регенерационную зону) через отверстие. В качестве теплоотводящего элемента может использоваться конструкция змеевика, которая фиксируется на разделительной плите.
Предпочтительно эффективная линейная скорость газа в плотнофазной реакционной зоне с псевдоожиженным слоем катализатора составляет от 0,1 до 1,5 м/с; эффективная линейная скорость газа в плотнофазной регенерационной зоне с псевдоожиженным слоем катализатора составляет от 0,1 до 1,5 м/с; эффективная линейная скорость газа в регуляторе потока материала составляет менее чем или равняется минимальной скорости псевдоожижения катализатора; катализатор предпочтительно представляет собой катализатор, содержащий молекулярное сито SAPO, и предпочтительнее представляет собой катализатор, содержащий молекулярное сито SAPO-34; загрузочное отверстие располагается в нижней части реакционной зоны, и исходный материал включает собой метанол и/или диметиловый эфир и т.д.; очищающая среда в стриппере (13) включает водяной пар; впуск регенерирующей среды располагается в нижней части регенерационной зоны (10), и регенерирующая среда включает воздух, обедненный кислородом воздух, водяной пар и т.д.; реакционная зона (2) имеет температуру реакции от 400 до 550°C и плотность слоя катализатора от 200 до 1200 кг/м3, и среднее количество углеродных отложений на катализаторе последовательно увеличивается от вторичной реакционной зоны № 1 к вторичной реакционной зоне № n, причем среднее количество углеродных отложений вторичной реакционной зоны № 1 составляет от 0,5 до 3 мас.%, и среднее количество углеродных отложений вторичной реакционной зоны № n составляет от 7 до 10 мас.%; и регенерационная зона (10) имеет температуру реакции от 500 до 700°C и плотность слоя катализатора от 200 до 1200 кг/м3, и среднее количество углеродных отложений на катализаторе последовательно уменьшается от вторичной регенерационной зоны № 1 к вторичной регенерационной зоне № m, причем среднее количество углеродных отложений вторичной регенерационной зоны № 1 составляет от 3 до 10 мас.%, и среднее количество углеродных отложений вторичной регенерационной зоны № m составляет от 0 до 3 мас.%. Задачи регулирования количества углеродных отложений на катализаторе, улучшения равномерности содержания углерода и повышения селективности в отношении легких олефинов могут достигаться посредством использования способа согласно настоящему изобретению, который имеет относительно высокие технические преимущества и может использоваться в промышленном производстве легких олефинов.
Чтобы лучше проиллюстрировать настоящее изобретение и упростить понимание технического решения согласно настоящему изобретению, далее представлены типичные и неограничительные примеры настоящего изобретения.
ПРИМЕР 1
Четыре вторичные реакционные зоны присутствовали в реакторе с плотнофазным псевдоожиженным слоем и четыре вторичные регенерационные зоны присутствовали в регенераторе с плотнофазным псевдоожиженным слоем. Исходные материалы, которые представляли собой, главным образом, метанол и/или диметиловый эфир, направлялись в реактор с плотнофазным псевдоожиженным слоем и приводились в контакт с катализатором, содержащим молекулярное сито SAPO-34, производя поток газофазного продукта и отработавшего катализатора. Газофазный материал и захваченный отработавший катализатор направлялись в циклонный сепаратор, причем поток газофазного продукта направлялся на следующую рабочую секцию разделения через выпуск циклонного сепаратора, и захваченный отработавший катализатор направлялся во вторичную реакционную зону № 4 через погружной стояк циклонного сепаратора. Регенерированный катализатор направлялся в реактор с плотнофазным псевдоожиженным слоем через стриппер и подъемную трубу и последовательно пропускался через вторичные реакционные зоны №№ 1-4, образуя отработавший катализатор, содержащий углеродные отложения. Отработавший катализатор затем направлялся в регенератор с плотнофазным псевдоожиженным слоем через стриппер и подъемную трубу и последовательно пропускался через вторичные регенерационные зоны №№ 1-4, образуя регенерированный катализатор после обжига. Условия реакции в реакторе с плотнофазным псевдоожиженным слоем представляли собой следующие: температура реакции составляла 400°C, линейная скорость газовой фазы составляла 0,3 м/с, плотность слоя катализатора составляла 1000 кг/м3, среднее количество углеродных отложений вторичной реакционной зоны № 1 составляло 2 мас.%, среднее количество углеродных отложений вторичной реакционной зоны № 2 составляло 6 мас.%, среднее количество углеродных отложений вторичной реакционной зоны № 3 составляло 8 мас.%, и среднее количество углеродных отложений вторичной реакционной зоны № 4 составляло 10 мас.%. Условия реакции регенератора с плотнофазным псевдоожиженным слоем представляли собой следующие: температура реакции составляла 500°C, линейная скорость газовой фазы составляла 0,3 м/с, плотность слоя катализатора составляло 1000 кг/м3, среднее количество углеродных отложений вторичной регенерационной зоны № 1 составляло 7 мас.%, среднее количество углеродных отложений вторичной регенерационной зоны № 2 составляло 4 мас.%, среднее количество углеродных отложений вторичной регенерационной зоны № 3 составляло 2 мас.%, и среднее количество углеродных отложений вторичной регенерационной зоны № 4 составляло 1 мас.%. Продукт реакции анализировали методом газовой хроматографии в реальном времени, и выход легких олефинов в расчете на углерод составлял 91,1 мас.%.
ПРИМЕР 2
Три вторичные реакционные зоны присутствовали в реакторе с плотнофазным псевдоожиженным слоем и две вторичные регенерационные зоны присутствовали в регенераторе с плотнофазным псевдоожиженным слоем. Исходные материалы, которые представляли собой, главным образом, метанол и/или диметиловый эфир, направлялись в реактор с плотнофазным псевдоожиженным слоем и приводились в контакт с катализатором, содержащим молекулярное сито SAPO-34, производя поток газофазного продукта и отработавшего катализатора. Газофазный материал и захваченный отработавший катализатор направлялись в циклонный сепаратор, причем поток газофазного продукта направлялся на следующую рабочую секцию разделения через выпуск циклонного сепаратора, и захваченный отработавший катализатор направлялся во вторичную реакционную зону № 3 через погружной стояк циклонного сепаратора. Регенерированный катализатор направлялся в реактор с плотнофазным псевдоожиженным слоем через стриппер и подъемную трубу и последовательно пропускался через вторичные реакционные зоны №№ 1-3, образуя отработавший катализатор, содержащий углеродные отложения. Отработавший катализатор затем направлялся в регенератор с плотнофазным псевдоожиженным слоем через стриппер и подъемную трубу и последовательно пропускался через вторичные регенерационные зоны №№ 1-2, образуя регенерированный катализатор после обжига. Условия реакции в реакторе с плотнофазным псевдоожиженным слоем представляли собой следующие: температура реакции составляла 450°C, линейная скорость газовой фазы составляла 0,5 м/с, плотность слоя катализатора составляла 900 кг/м3, среднее количество углеродных отложений вторичной реакционной зоны № 1 составляло 3 мас.%, среднее количество углеродных отложений вторичной реакционной зоны № 2 составляло 7 мас.%, и среднее количество углеродных отложений вторичной реакционной зоны № 3 составляло 9 мас.%. Условия реакции регенератора с плотнофазным псевдоожиженным слоем представляли собой следующие: температура реакции составляла 600°C, линейная скорость газовой фазы составляла 0,7 м/с, плотность слоя катализатора составляла 700 кг/м3, среднее количество углеродных отложений вторичной регенерационной зоны № 1 составляло 4 мас.%, и среднее количество углеродных отложений вторичной регенерационной зоны № 2 составляло 2 мас.%. Продукт реакции анализировали методом газовой хроматографии в реальном времени, и выход легких олефинов в расчете на углерод составлял 90,5 мас.%.
ПРИМЕР 3
Шесть вторичных реакционных зон присутствовали в реакторе с плотнофазным псевдоожиженным слоем и пять вторичных регенерационных зон присутствовали в регенераторе с плотнофазным псевдоожиженным слоем. Исходные материалы, которые представляли собой, главным образом, метанол и/или диметиловый эфир, направлялись в реактор с плотнофазным псевдоожиженным слоем и приводились в контакт с катализатором, содержащим молекулярное сито SAPO-34, производя поток газофазного продукта и отработавшего катализатора. Газофазный материал и захваченный отработавший катализатор направлялись в циклонный сепаратор, причем поток газофазного продукта направлялся на следующую рабочую секцию разделения через выпуск циклонного сепаратора, и захваченный отработавший катализатор направлялся во вторичную реакционную зону № 6 через погружной стояк циклонного сепаратора. Регенерированный катализатор направлялся в реактор с плотнофазным псевдоожиженным слоем через стриппер и подъемную трубу и последовательно пропускался через вторичные реакционные зоны №№ 1-6, образуя отработавший катализатор, содержащий углеродные отложения. Отработавший катализатор затем направлялся в регенератор с плотнофазным псевдоожиженным слоем через стриппер и подъемную трубу и последовательно пропускался через вторичные регенерационные зоны №№ 1-5, образуя регенерированный катализатор после обжига. Условия реакции в реакторе с плотнофазным псевдоожиженным слоем представляли собой следующие: температура реакции составляла 480°C, линейная скорость газовой фазы составляла 0,7 м/с, плотность слоя катализатора составляла 700 кг/м3, среднее количество углеродных отложений вторичной реакционной зоны № 1 составляло 1 мас.%, среднее количество углеродных отложений вторичной реакционной зоны № 2 составляло 3 мас.%, среднее количество углеродных отложений вторичной реакционной зоны № 3 составляло 4 мас.%, среднее количество углеродных отложений вторичной реакционной зоны № 4 составляло 5 мас.%, среднее количество углеродных отложений вторичной реакционной зоны № 5 составляло 6 мас.%, и среднее количество углеродных отложений вторичной реакционной зоны № 6 составляло 7 мас.%. Условия реакции регенератора с плотнофазным псевдоожиженным слоем представляли собой следующие: температура реакции составляла 650°C, линейная скорость газовой фазы составляла 1,0 м/с, плотность слоя катализатора составляла 500 кг/м3, среднее количество углеродных отложений вторичной регенерационной зоны № 1 составляло 5 мас.%, среднее количество углеродных отложений вторичной регенерационной зоны № 2 составляло 3 мас.%, среднее количество углеродных отложений вторичной регенерационной зоны № 3 составляло 2 мас.%, среднее количество углеродных отложений вторичной регенерационной зоны № 4 составляло 1 мас.%, и среднее количество углеродных отложений вторичной регенерационной зоны № 5 составляло 0,01 мас.%. Продукт реакции анализировали методом газовой хроматографии в реальном времени, и выход легких олефинов в расчете на углерод составлял 91,4 мас.%.
Настоящее изобретение было подробно описано выше, но настоящее изобретение не ограничивается конкретными вариантами осуществления, которые представлены в данном документе. Специалист в данной области техники должен понимать, что могут быть произведены другие модификации и видоизменения без выхода за пределы объема настоящего изобретения. Объем настоящего изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.
1. Реакционное устройство для получения легких олефинов из метанола и/или диметилового эфира, отличающееся тем, что реакционное устройство содержит реактор (2) с плотнофазным псевдоожиженным слоем, циклонный сепаратор (3), стриппер (5), подъемную трубу (7), регенератор (10) с плотнофазным псевдоожиженным слоем, циклонный сепаратор (11), стриппер (13) и подъемную трубу (15), причем питающий трубопровод для реактора (1) соединен с нижней частью реактора (2) с плотнофазным псевдоожиженным слоем; часть стриппера (5) находится в реакторе (2) с плотнофазным псевдоожиженным слоем, и его оставшаяся часть находится ниже реактора (2) с плотнофазным псевдоожиженным слоем; нижняя часть подъемной трубы (7) соединена с нижней частью стриппера (5), и верхняя часть подъемной трубы (7) соединена с регенератором (10) с плотнофазным псевдоожиженным слоем, питающий трубопровод для регенератора (9) соединен с нижней частью регенератора (10) с плотнофазным псевдоожиженным слоем; часть стриппера (13) находится в регенераторе (10) с плотнофазным псевдоожиженным слоем, и его оставшаяся часть находится ниже регенератора (10) с плотнофазным псевдоожиженным слоем; нижняя часть подъемной трубы (15) соединена с нижней частью стриппера (13), и верхняя часть подъемной трубы (15) соединена с реактором (2) с плотнофазным псевдоожиженным слоем, причем регулятор (17) потока материала находится в реакторе (2) с плотнофазным псевдоожиженным слоем и/или в регенераторе (10) с плотнофазным псевдоожиженным слоем, и реактор (2) с плотнофазным псевдоожиженным слоем разделен на n вторичных реакционных зон регулятором (17) потока материала, и вторичные реакционные зоны с 1-й по n-ю соединены последовательно, регенератор (10) с плотнофазным псевдоожиженным слоем разделен на m вторичных регенерационных зон регулятором (17) потока материала, и вторичные регенерационные зоны с 1-й по m-ю соединены последовательно, причем n≥2 и m≥2.
2. Реакционное устройство по п. 1, отличающееся тем, что верхняя часть подъемной трубы (15) присоединена к 1-й вторичной реакционной зоне, n-я вторичная реакционная зона присоединена к отверстию (18) для перетекания материала на верхней части стриппера (5), и циклонный сепаратор (3) находится на верхней части реактора (2) с плотнофазным псевдоожиженным слоем, верхний выпуск циклонного сепаратора (3) присоединен к трубопроводу (4) полученного материала, и нижняя часть циклонного сепаратора (3) присоединена к n-й вторичной реакционной зоне.
3. Реакционное устройство по п. 1, отличающееся тем, что верхняя часть подъемной трубы (7) присоединена к 1-й вторичной регенерационной зоне, m-я вторичная регенерационная зона присоединена к отверстию (18) для перетекания материала на верхней части стриппера (13), и циклонный сепаратор (11) находится на верхней части регенератора (10) с плотнофазным псевдоожиженным слоем, верхний выпуск циклонного сепаратора (11) присоединен к трубопроводу (12) отработавшего газа, и нижняя часть циклонного сепаратора (11) присоединена к m-й вторичной регенерационной зоне.
4. Реакционное устройство по п. 1, отличающееся тем, что 8≥n≥3.
5. Реакционное устройство по п. 1, отличающееся тем, что 8≥m≥3.
6. Реакционное устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что регулятор (17) потока материала составляют разделительная плита (19), отверстие (20), нисходящий напорный трубопровод (21) материала, нижняя перегородка (22) и теплоотводящий элемент (23), и отверстие (20) расположено под разделительной плитой (19) и присоединено к нижней части нисходящего напорного трубопровода (21) материала, нижняя перегородка (22) расположена в нижней части нисходящего напорного трубопровода (21) материала и отверстия (20), и теплоотводящий элемент (23) прикреплен на разделительной плите (19).
7. Реакционное устройство по п. 6, отличающееся тем, что нижняя перегородка (22) представляет собой пористую плиту или непористую плиту.
