РЕАКТОР С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ И СПОСОБ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОЛЕФИНОВ ИЗ ОКСИГЕНАТОВ Российский патент 2015 года по МПК B01J8/24 C07C1/20 C07C11/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к реактору с псевдоожиженным слоем для получения олефинов из оксигенатов, а также к способу получения олефинов из оксигенатов с использованием упомянутого реактора с псевдоожиженным слоем.

Уровень техники

Известно, что алюмосиликофосфатные (SAPO) молекулярные сита можно использовать в качестве катализатора для превращения низших углеродных оксигенатов, таких как метанол и/или диметиловый эфир, в низшие олефины, такие как этилен, пропилен и бутилен. Ряд SAPO молекулярных сит, таких как SAPO-5, SAPO-11, SAPO-17, SAPO-41, SAPO-34 и SAPO-41 был разработан для использования в качестве катализаторов, например, для превращения оксигенатов в олефины. В частности, хорошо известно, что SAPO-34 при использовании для получения олефинов из метанола и/или диметилового эфира (МТО-процесс) имеет превосходные каталитические свойства благодаря малому диаметру пор и хорошей гидротермальной стабильности.

Получение олефинов из оксигенатов осуществляется, в основном, посредством каталитического крекинга, который обычно является экзотермическим процессом. В частности, в случае получения низших олефинов, таких как этилен, пропилен и т.д., из метанола и/или диметилового эфира, целевыми продуктами являются этилен и пропилен, однако в ходе упомянутого технологического процесса в небольших количествах получаются также бутилен, пентен, гексен и соответствующие им алканы. Причина заключается в том, что при проведении процесса, помимо метанола и/или диметилового эфира, подвергающихся каталитическому крекингу в присутствии катализатора с образованием олефинов, полученные олефины могут дополнительно подвергаться вторичным реакциям, таким как взаимные превращения. Например, этилен и/или пропилен могут дополнительно олигомеризоваться до С₄₊ олефинов.

Таким образом, для повышения конверсии этилена и пропилена необходимо не только увеличить общую конверсию процесса для возможно большего превращения исходных веществ, но также следует повысить общую селективность по этилену и/или пропилену. Таким образом, в случае определенных SAPO катализаторов исходные вещества должны контактировать с катализатором в достаточной мере для достижения как можно большей степени превращения. Однако газообразные продукты должны контактировать с катализатором как можно меньше для предотвращения или минимизации вторичных реакций, таких как реакции олигомеризации этилена и/или пропилена в высшие олефины.

Для осуществления реакций получения олефинов из оксигенатов, таких как МТО, разработаны некоторые типы реакторов, известные в уровне техники, включая реактор с псевдоожиженным слоем плотной фазы (образованной катализатором) и лифт-реактор. Например, в патентном документе CN1166478A раскрыт способ получения низших олефинов, таких как этилен, пропилен и т.д. из метанола или диметилового эфира, в котором SAPO-34 молекулярное сито используется в качестве катализатора для проведения реакции и непрерывно регенерируется в реакторе, содержащем псевдоожиженный слой с циркуляцией плотной фазы. В патентном документе US 4547616 раскрыт способ непрерывного получения низших олефинов из оксигенатов с использованием турбулентного псевдоожиженного слоя. В этом известном способе турбулентный псевдоожиженный слой одновременно является псевдоожиженным слоем плотной фазы реактора. В патентном документе US 6023005 раскрыт способ превращения оксигенатов в олефины в присутствии молекулярных сит в качестве катализатора, при этом в качестве реактора используется лифт-реактор.

В случае реактора с псевдоожиженным слоем плотной фазы в слое катализатора можно разместить средства отвода тепла для того, чтобы можно было легко контролировать температуру реакции. Однако из-за значительного обратного смешивания газа и твердой фазы в зоне нахождения плотной фазы для обеспечения конверсии исходного сырья необходим большой запас катализатора. В то же время для отделения катализатора от газообразных продуктов необходима камера осаждения больших размеров. При этом существует большая вероятность протекания вторичных реакций, которые неблагоприятны для общей селективности по этилену и пропилену во время проведения процесса.

В случае использования лифт-реактора, из-за одновременного перемещения снизу вверх газа и твердого вещества с меньшим обратным смешиванием запас катализатора может быть уменьшен, однако в лифт-реакторе трудно контролировать температуру реакции. Кроме того, вследствие более низкой скорости реакции превращения оксигенатов в олефины вряд ли в лифт-реакторе можно конвертировать сырье полностью.

В патентном документе US 6166282 описан реактор с «быстрым» псевдоожиженным слоем для проведения процесса МТО, который включает верхнюю зону сепарации и нижнюю реакционную зону, при этом реакционная зона содержит зону плотной фазы и переходную зону, находящуюся над зоной плотной фазы, и исходные реагенты после конверсии в зоне с плотной фазой затем конвертируются полностью. По сравнению с традиционным кипящим слоем, «быстрый» псевдоожиженный слой позволяет уменьшить размеры реактора и запас катализатора и, таким образом, снизить затраты на проведение процесса. Однако проблема обратного смешивания газа и твердого вещества все еще существует, и для входящего в камеру осаждения газа требуется большее время нахождения в реакционной зоне перед поступлением в циклон, и в результате газ еще может подвергаться вторичным реакционным взаимодействиям, которые неблагоприятны для общей селективности по этилену и пропилену.

Таким образом, все еще необходимы дополнительные усовершенствования реактора и способа для получения олефинов из оксигенатов для того, чтобы повысить глубину конверсии исходных веществ, а также селективность по продуктам конверсии.

Сущность изобретения

В соответствии с описанным выше состоянием уровня техники настоящее изобретение обеспечивает реактор с псевдоожиженным слоем для получения олефинов из оксигенатов, а также способ получения олефинов из оксигенатов с использованием упомянутого реактора с псевдоожиженным слоем.

Согласно одному аспекту настоящее изобретение обеспечивает реактор с псевдоожиженным слоем для получения олефинов из оксигенатов, при этом реактор с псевдоожиженным слоем содержит:

реакционную зону, расположенную в нижней части реактора с псевдоожиженным слоем и содержащую нижнюю зону плотной фазы и размещенный выше нее лифт-реактор, при этом зона плотной фазы и лифт-реактор соединены между собой с помощью переходного участка;

зону разделения, расположенную в верхней части реактора с псевдоожиженным слоем, содержащую камеру осаждения, устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы, циклон и газосборную камеру, при этом лифт-реактор проходит вверх в зону разделения и соединен своим выходом с входом устройства быстрого разделения газа и твердой фазы, выход устройства для быстрого разделения газа и твердых частиц соединен с входом циклона посредством канала для быстрого прохождения газа, причем выход циклона соединен с газосборной камерой, и указанная газосборная камера расположена ниже выхода реактора и соединена с ним; и

трубопровод рециркулирующего катализатора, предназначенный для возврата катализатора из камеры осаждения в зону плотной фазы, трубопровод отвода катализатора, предназначенный для отвода дезактивированного катализатора из камеры осаждения и/или зоны плотной фазы в устройство для регенерации катализатора, и трубопровод возврата катализатора, предназначенный для возврата регенерированного катализатора из устройства регенерации катализатора в зону плотной фазы.

Согласно другому аспекту настоящее изобретение обеспечивает способ получения олефинов из оксигенатов с использованием описанного выше реактора с псевдоожиженным слоем, включающий следующие стадии:

ввод сырьевого потока, содержащего оксигенат и разбавитель, в слой плотной фазы в нижней части реактора с псевдоожиженным слоем через впускной распределитель сырья, при этом в сырьевом потоке в присутствии катализатора происходит реакция таким образом, что часть сырья превращается в низшие олефины, а часть катализатора дезактивируется из-за отложения на нем кокса;

направление реакционной смеси, состоящей из низших олефинов, непрореагировавшего сырья и катализатора, из зоны плотной фазы снизу вверх в лифт-реактор, в котором в присутствии катализатора происходит дальнейшая почти полная конверсия непрореагировавшего сырья с получением в результате потока выходящего продукта лифт-реактора, содержащего, в основном, низшие олефины и катализатор;

ввод выходящего потока продукта лифт-реактора непосредственно в зону разделения в верхней части реактора с псевдоожиженным слоем, сначала в устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы, в котором отделяется большая часть катализатора, затем, через канал для быстрого прохождения газа в циклон, в котором отделяется оставшийся катализатор, после этого газ направляется в камеру сбора газа и затем отводится через выпускной патрубок реактора, при этом весь отделенный катализатор опускается в камеру осаждения в нижней части зоны разделения; и

рециркуляция части катализатора из камеры осаждения обратно в слой плотной фазы через трубопровод рециркуляции катализатора,

отвод части дезактивированного катализатора через трубопровод отвода катализатора из камеры осаждения и/или зоны плотной фазы в устройство регенерации катализатора и осуществление в нем регенерация катализатора, и затем

возвращение части регенерированного катализатора из устройства для регенерации катализатора в зону плотной фазы через трубопровод возврата катализатора.

В соответствии с настоящим изобретением зона плотной фазы в реакторе с псевдоожиженным слоем может дополнительно содержать внутренние элементы конструкции для отвода теплоты реакции и/или предотвращения обратного смешивания газа и твердой фазы, например, внутренние элементы конструкции могут быть элементами для теплообмена, такими как теплообменник или теплообменный змеевик; или внутренние элементы могут быть элементами, предотвращающими обратное смешивание, например, направляющими перегородками для потока или разделительными перегородками; или даже в некоторых случаях для упрощения и достижения высокой эффективности могут быть использованы сочетания этих внутренних элементов, с целью лучшего контроля температуры реакции и/или достижения более высокой степени конверсия сырья.

В соответствии с настоящим изобретением конструкция реактора с псевдоожиженным слоем имеет такие размеры, что зона плотной фазы характеризуется отношением высоты к диаметру в интервале 0,5-10, предпочтительно в интервале 0,6-8, более предпочтительно в интервале 0,8-5; отношение высоты лифт-реактора к его диаметру в интервале 2-20, предпочтительно в интервале 3-15, более предпочтительно в интервале 4-10; а отношение диаметров зоны плотной фазы и лифт-реактора находится в интервале 2-10, предпочтительно в интервале 2,5-8, более предпочтительно в интервале 3-6. При осуществлении способа получения олефинов из оксигенатов с использованием охарактеризованного выше реактора с псевдоожиженным слоем вышеуказанным реактором с псевдоожиженным слоем управляют таким образом, что при прохождении через слой плотной фазы приведенная скорость газового потока находится в интервале 0,1-2 м/сек, предпочтительно в интервале 0,2-1,5 м/сек, более предпочтительно 0,3-1,2 м/сек, при этом продолжительность нахождения газа в указанной зоне (продолжительность контакта) составляет 0,5-20 сек, предпочтительно находится в интервале 1-15 сек, более предпочтительно в интервале 2-10 сек. При прохождении газового потока через лифт-реактор приведенная скорость газового потока находится в интервале 2-20 м/сек, предпочтительно в интервале 4-18 м/сек, более предпочтительно 5-15 м/сек; при этом продолжительность нахождения потока в лифт-реакторе составляет 0,3-5 сек, предпочтительно находится в интервале 0,4-4 сек, более предпочтительно в интервале 0,5-3 сек; в результате загрузка сырья может быть надлежащим образом распределена для достижения заданной конверсии сырья.

В соответствии с настоящим изобретением в реакторе с псевдоожиженным слоем камера осаждения находится в нижней части зоны разделения и служит для сбора катализатора, отделенного в зоне разделения, при этом камера осаждения может содержать: распределитель отпарного газа, предназначенный для ввода отпарного газа с целью отпаривания катализатора, причем отпарным газом может служить азот или водяной пар, предпочтительно водяной пар, и, таким образом, газообразное сырье и/или газообразные продукты, захваченные катализатором, могут быть в дальнейшем отделены с помощью операции отпаривания; кроме того, камера осаждения снабжена в верхней части трубопроводом, транспортирующим отпаренную смесь в циклон для ее разделения.

В соответствии с настоящим изобретением в реакторе с псевдоожиженным слоем в качестве устройства для быстрого разделения газа и твердой фазы может быть использовано любое известное в уровне техники и подходящее устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы, например, устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы может быть выбрано из группы, включающей устройство вихревого типа для быстрого разделения газа и твердой фазы, устройство с эжекционной камерой для быстрого разделения газа и твердой фазы, устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы с конфигурацией в виде перевернутой буквы L, Т-образное устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы, устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы с многолопаточными закручивателями и устройство с поворотным коленом для быстрого разделения газа и твердой фазы. Таким образом, газовая и твердая фазы, содержащиеся в потоке, выходящем из лифт-реактора, могут быть быстро отделены друг от друга.

В соответствии с настоящим изобретением циклон, размещенный в реакторе с псевдоожиженным слоем, может быть любым подходящим циклоном, известным в уровне техники, и может представлять собой одну или большее число групп циклонов, при этом каждая группа циклонов может содержать один, два или три последовательно соединенных циклона, и, таким образом, твердый катализатор, увлеченный с потоками продуктов, может быть полностью отделен от полученных продуктов.

В соответствии с настоящим изобретением в реакторе с псевдоожиженным слоем устройство для быстрого разделения газа и твердых частиц соединено с циклоном посредством канала для быстрого прохода газа. Указанный канал для быстрого прохода газа выполнен с такими размерами, чтобы нахождение потока в канале было как можно более кратковременным, например, время нахождения потока в этом канале обычно составляет не более 5 сек, предпочтительно не более 4 сек, наиболее предпочтительно не более 3 сек.

В соответствии с настоящим изобретением реактор с псевдоожиженным слоем снабжен трубопроводами, а именно, трубопроводом для отвода катализатора из камеры осаждения, образованной в нижней части зоны разделения, и/или из зоны плотной фазы реакционной зоны к устройству для регенерации катализатора; трубопроводом возврата катализатора из устройства регенерации катализатора в зону плотной фазы; и трубопроводом для рециркуляции катализатора, проходящим от нижней части зоны разделения к зоне нахождения плотной фазы. Все перечисленные трубопроводы могут быть оборудованы подходящими клапанами для регулирования расходов проходящих через них катализаторов, и, регулируя расход катализатора рецикла и/или расход возвращаемого в реактор регенерированного катализатора, можно регулировать запас катализатора в зоне плотной фазы и среднюю величину активности катализатора, при этом соответствующим образом может регулироваться конверсия материалов в зоне плотной фазы и лифт-реакторе.

В соответствии с настоящим изобретением реакционная смесь, выходящая из реактора с псевдоожиженным слоем, может быть введена в технологический аппарат для обработки продукта, в котором осуществляется его разделение и/или очистка с целью получения в качестве конечного продукта олефинов, таких как этилен и/или пропилен. Разделение и/или очистка может проводиться в любом известном в уровне техники подходящем технологическом аппарате, таком как дистилляционная колонна и адсорбционная колонна.

В соответствии с настоящим изобретением конвертируемые оксигенаты могут быть оксигенатами, обычно используемыми в данной области техники: низшими карбоновыми спиртами и/или простыми эфирами, например, оксигенаты могут быть выбраны из группы, состоящей из метанола, этанола, пропанола, диметилового эфира, диэтилового эфира, дипропилового эфира и их смеси, предпочтительно метанола и/или диметилового эфира; низшие олефины могут быть выбраны из группы, состоящей из этилена, пропилена, бутилена и их смеси, предпочтительно этилена и/или пропилена.

Согласно настоящему изобретению добавляемые в сырье разбавители служат для понижения парциальных давлений сырья и получаемого продукта. Разбавителем может быть любой подходящий газ, инертный в реакции превращения оксигенатов в олефины, например, это может водяной пар или азот, предпочтительно водяной пар; при этом разбавитель может быть добавлен в количестве 5-80 мол.%, предпочтительно 10-60 мол.%, более предпочтительно 15-50 мол.%, исходя из общего количества сырьевой смеси.

В соответствии с настоящим изобретением катализатор, используемый для реакции превращения оксигенатов в олефины, обычно представляет собой алюмосиликофосфатные молекулярные сита. Например, катализатор может быть выбран из группы, состоящей из SAPO-5, SAPO-11, SAPO-17, SAPO-41. SAPO-34 и SAPO-41, предпочтительно SAPO-34.

В соответствии с настоящим изобретением реакционную температуру, используемую для реакции оксигенатов в присутствии SAPO катализатора, специалисты в данной области техники могут выбирать в зависимости от специфики оксигенатов; обычно реакционная температура, используемая для реакции превращения оксигенатов в олефины, может находиться в интервале 300-600°C, предпочтительно в интервале 400-550°C.

Согласно настоящему изобретению реакционное давление, используемое для проведения реакции оксигенатов в присутствии SAPO катализатора, специалисты в данной области техники могут выбирать в зависимости от специфики оксигенатов с учетом конструкции реактора с псевдоожиженным слоем и эксплуатационных расходов. Обычно абсолютное реакционное давление, используемое для проведения реакции превращения оксигенатов в олефины, находится в интервале 0,05-1 МПа абс, предпочтительно в интервале 0,1-0,5 МПа абс.

В соответствии с настоящим изобретением при деактивации SAPO катализатора из-за отложения на нем кокса, образовавшегося в процессе реакции оксигенатов, для выжигания кокса с поверхности катализатора с целью его регенерации может быть использован кислородсодержащий газ, например, воздух, воздух, обогащенный кислородом, или чистый кислород, предпочтительно воздух. В настоящем изобретении в устройстве регенерации катализатора температура обычно находится в интервале 500-800°C, предпочтительно в интервале 350-700°C, а абсолютное давление обычно находится в интервале 0,05-1 МПа абс, предпочтительно в интервале 0,15-0,8 МПа абс.

Согласно настоящему изобретению реактор с псевдоожиженным слоем в реакционной зоне содержит зону плотной фазы в сочетании с лифт-реактором, при этом конверсия большей части сырьевого потока происходит в зоне плотной фазы, а конверсия оставшегося сырьевого потока осуществляется затем в лифт-реакторе. Таким образом, при определенной предварительно заданной степени конверсии сырьевого потока включение в конструкцию реактора с псевдоожиженным слоем лифт-реактора приводит к снижению запаса используемого катализатора в зоне плотной фазы. Запас катализатора в зоне плотной фазы и среднее значение каталитической активности могут дополнительно регулироваться с помощью рецикла и регенерации катализатора. Таким образом, можно дополнительно регулировать степень превращения сырьевого потока, и, соответственно, конверсия сырьевого потока может быть оптимизирована.

В соответствии с настоящим изобретением реактор с псевдоожиженным слоем содержит устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы в сочетании с циклоном в зоне разделения, в которой большая часть катализатора быстро отделяется посредством устройства для быстрого разделения газа и твердой фазы, а оставшийся катализатор затем отделяется с помощью циклона, при этом устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы сообщается с циклоном посредством канала для быстрого прохода газа; и, таким образом, время отделения газа от твердой фазы может быть уменьшено настолько, насколько это возможно, и, соответственно, могут предотвращаться вторичные реакции олефиновых продуктов, и в результате селективность по целевым продуктам повышается.

В соответствии с настоящим изобретением реактор с псевдоожиженным слоем содержит зону плотной фазы в сочетании с лифт-реактором для контроля и оптимизации степени конверсии, и, кроме того, содержит устройство для быстрого разделения газа твердой фазы в сочетании с циклоном для быстрого отделения газа от твердой фазы и подавления вторичных реакций, и тем самым обеспечивается селективность по целевым олефиновым продуктам.

Таким образом, в реакторе с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением можно регулировать и/или контролировать общую конверсию и селективность превращения оксигенатов в олефины так, чтобы обеспечить получение наилучших результатов реакции и, посредством этого, достичь цели изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 иллюстрирует конкретный пример реактора с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением, в котором зона плотной фазы и лифт-реактор соединены с помощью переходного участка, имеющего форму усеченного конуса; устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы представляет собой устройство вихревого типа; циклон выполнен в виде двухступенчатого циклона, содержащего два последовательно соединенных циклона; и некоторая часть дезактивированного катализатора отводится из камеры осаждения в устройство для регенерации катализатора, в котором осуществляется регенерация катализатора.

На фиг.1 ссылочные номера позиций распределены следующим образом: 1 - впускной распределитель сырья; 2 - зона плотной фазы; 3 - внутренние элементы реактора; 4 - лифт-реактор; 5 - устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы вихревого типа; 6 - погружная ножка устройства вихревого типа для быстрого разделения газа и твердой фазы; 7 - канал для быстрого прохода газа; 8 - циклон; 9 - опускная труба циклона; 10 - газосборная камера; 11 - выпускной патрубок реактора; 12 - установка для обработки продуктов; 13 - распределитель отпарного газа; 14 - камера осаждения; 15 - направляющий трубопровод для отпаренной смеси; 16 - трубопровод для отвода катализатора; 17 - клапан для регулирования расхода отводимого дезактивированного катализатора; 18 - устройство для регенерации катализатора; 19 - трубопровод возврата катализатора; 20 - клапан для регулирования расхода возвращаемого регенерированного катализатора; 21 - трубопровод для рециркуляции катализатора; 22 - клапан для регулирования расхода катализатора рецикла.

Подробное описание изобретения

Реактор с псевдоожиженным слоем, а также способ получения олефинов из оксигенатов согласно настоящему изобретению далее будут описаны подробно со ссылкой на чертежи.

В соответствии с фиг.1 сырьевой поток, содержащий оксигенат, например, метанол и/или диметиловый эфир, и разбавитель, например, водяной пар, вводят в зону 2 плотной фазы в нижней части реактора с псевдоожиженным слоем через впускной распределитель сырья 1. В упомянутой зоне плотной фазы исходное сырье реагирует в присутствии катализатора при нахождении в слое в течение, например, 4-10 сек, и превращается большей частью в олефины. В то же самое время часть катализатора дезактивируется из-за отложения на нем кокса, а теплота реакции отводится внутренними элементами 3 реактора так, что температура реакции поддерживается в интервале, например, 400-550°C, а реакционное давление поддерживается в интервале 0,1-0,5 МПа абс., при этом обратное смешивание газа и твердой фазы подавляется также указанными внутренними элементами 3.

Реакционную смесь, содержащую низшие олефины, непрореагировавшее сырье и катализатор, направляют из зоны 2 плотной фазы снизу вверх в лифт-реактор 4, в котором происходит дальнейшая почти полная конверсия непрореагировавшего сырья в присутствии катализатора с временем нахождения указанных веществ в лифт-реакторе, например, 1-3 сек. В результате повышается выход потока продуктов из лифт-реактора, который содержит, главным образом, низшие олефины и катализатор.

Поток продуктов, выходящих из лифт-реактора 4, сначала поступает в устройство 5 вихревого типа для быстрого разделения газа и твердой фазы, в котором отделяется большая часть катализатора, затем через канал 7 для быстрого прохода газа с коротким временем пребывания в нем, например, не более 3 сек, поступает в циклон 8, где, помимо всего прочего, отделяется оставшийся катализатор, после этого поступает в газосборную камеру 10, из которой выходит через выпускной патрубок 11 реактора и, наконец, вводится в установку 12 для обработки продуктов, в которой осуществляется разделение с получением конечных продуктов в виде олефинов. Весь отделенный катализатор осаждается в камере 14 осаждения, образованной в нижней части зоны разделения, с прохождением через погружную ножку 6 устройства 5 быстрого разделения газа и твердой фазы вихревого типа и опускную трубу 9 циклона 8.

Часть катализатора возвращают из камеры 14 осаждения обратно в зону 2 плотной фазы через трубопровод 21 рециркуляции катализатора, а другую часть дезактивированного катализатора извлекают из камеры 14 осаждения через трубопровод 16 отвода катализатора и направляют в устройство 18 для регенерации катализатора, производимой путем выжигания кокса при температуре 500-750°C и абсолютном давлении 0,1-0,5 МПа. Затем часть регенерированного катализатора возвращают из устройства 18 регенерации катализатора в зону 2 плотной фазы через трубопровод 19 возврата катализатора. При этом за счет регулирования расхода рециркуляционного потока катализатора, расхода отводимого потока дезактивированного катализатора и расхода возвращаемого катализатора, катализатор в зоне 2 плотной фазы обладает большей активностью для реакции.

В камеру 14 осаждения через распределитель 13 отпарного газа вводят в качестве отпарного газа водяной пар, предназначенный для отпаривания катализатора, и отпаренная смесь газов, поступает в циклон 8 через направляющий трубопровод 15 для отпаренной смеси, находящийся в верхней части камеры 14 осаждения.

Далее настоящее изобретение дополнительно проиллюстрировано приведенным ниже примером и сравнительным примером. Приведенный пример не предназначен для ограничения объема настоящего изобретения.

Примеры

Пример 1

В качестве реактора используется реактор с псевдоожиженным слоем, представленный на фиг.1, а в качестве сырья - смесь метанола и водяного пара, при этом количество пара, который служит разбавителем, составляет 30 мол.% от общего количества смеси. Общий расход сырья составляет 67 кмоль/час. Катализатором является SAPO-34 с загрузкой 0,5 т. Температура реакции составляет 485°C, реакционное давление составляет 0,2 МПа абс. В зоне плотной фазы приведенная скорость газового газа составляет 0,5 м/сек, время нахождения потока в зоне плотной фазы составляет 5 сек. В лифт-реакторе приведенная скорость газового потока составляет 8 м/сек, а время нахождения потока в лифт-реакторе составляет 1,5 сек. Время нахождения потока в канале для быстрого прохода газа составляет 1 сек. В качестве отпарного газа используется водяной пар с расходом 50 кг/ч. Расход рециркулирующего катализатора, направляемого из камеры осаждения в слой плотной фазы, составляет 3 т/ч. Расход дезактивированного катализатора, отводимого из камеры осаждения в устройство регенерации катализатора, составляет 0,5 т/ч, при этом в устройстве регенерации катализатора температура регенерации составляет 650°C, а абсолютное давление регенерации составляет 0,22 МПа. Регенерированный катализатор возвращается в зону плотной фазы с расходом 0,5 т/ч. На выходе из реактора отобрана проба и определена конверсия метанола, составляющая 99,95 мол.%, и общая селективность по этилену и пропилену равна 82,3 мол.% соответственно.

Сравнительный пример 1

Повторяют пример 1, за исключением того, что реактор представляет собой традиционный реактор с барботажным псевдоожиженным слоем, в котором реакционной зоной является зона плотной фазы. Зона разделения образована трехступенчатым циклоном, состоящим из трех последовательно соединенных циклонов. Загрузка катализатора составляет 2 т. В зоне плотной фазы приведенная скорость газового потока составляет 0,3 м/сек, время нахождения газового потока в зоне плотной фазы составляет 8 сек. На выходе из реактора отобрана проба и определена конверсия метанола, составляющая 99,65 мол.%, и общая селективность по этилену и пропилену равна 78,3 мол.% соответственно.

Как видно из приведенных результатов примера 1 и сравнительного примера 1, по сравнению с традиционным реактором с барботажным псевдоожиженным слоем в реакторе с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением может быть достигнута более высокая конверсия сырья и более высокая общая селективность по этилену и пропилену с существенно меньшим запасом катализатора. Таким образом, реактор с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением обеспечил значительные технические усовершенствования.

Изобретение относится к реактору и способу получения олефинов из оксигенатов. Реактор с псевдоожиженным слоем содержит реакционную зону, расположенную в нижней части реактора и содержащую нижнюю зону плотной фазы и верхний лифт-реактор, при этом зона плотной фазы и лифт-реактор соединены между собой с помощью переходного участка, зону разделения, расположенную в верхней части реактора и содержащую камеру осаждения, устройство для быстрого разделения газа и твердых частиц, циклон и газосборную камеру, при этом лифт-реактор проходит вверх в зону разделения и соединен своим выходом с входом устройства быстрого разделения газа и твердых частиц, выход устройства для быстрого разделения газа и твердых частиц соединен с входом циклона посредством канала для быстрого прохождения газа, причем выход циклона соединен с газосборной камерой, газосборная камера расположена под выходом реактора и соединена с ним, и трубопровод рециркуляции катализатора, предназначенный для возврата катализатора из камеры осаждения в зону плотной фазы, трубопровод отвода катализатора, предназначенный для отвода дезактивированного катализатора из камеры осаждения и/или зоны плотной фазы в устройство для регенерации катализатора, и трубопровод возврата катализатора, предназначенный для возврата регенерированного катализатора. Изобретение обеспечивает эффективное получение олефинов, повышение глубины конверсии исходных веществ и селективность по продуктам конверсии. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 пр.

1. Реактор с псевдоожиженным слоем для получения олефинов из оксигенатов, содержащий
реакционную зону, расположенную в нижней части реактора с псевдоожиженным слоем и содержащую нижнюю зону плотной фазы и верхний лифт-реактор, при этом зона плотной фазы и лифт-реактор соединены между собой с помощью переходного участка;
зону разделения, расположенную в верхней части реактора с псевдоожиженным слоем, содержащую камеру осаждения, устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы, циклон и газосборную камеру, при этом лифт-реактор проходит вверх в зону разделения и соединен своим выходом с входом устройства быстрого разделения газа и твердой фазы, выход устройства для быстрого разделения газа и твердой фазы соединен с входом циклона посредством канала для быстрого прохождения газа, причем выход циклона соединен с газосборной камерой, а указанная газосборная камера расположена ниже выхода реактора и соединена с ним; и
трубопровод рециркуляции катализатора, предназначенный для возврата катализатора из камеры осаждения в зону плотной фазы, трубопровод отвода катализатора, предназначенный для отвода дезактивированного катализатора из камеры осаждения и/или зоны плотной фазы в устройство для регенерации катализатора, и трубопровод возврата катализатора, предназначенный для возврата регенерированного катализатора из устройства регенерации катализатора в зону плотной фазы;
причем лифт-реактор выполнен с такими размерами, что отношение высоты зоны плотной фазы к диаметру зоны плотной фазы находится в интервале 0,5-10, отношение высоты лифт-реактора к диаметру лифт-реактора находится в интервале 2-20, отношение диаметров зоны плотной фазы и лифт-реактора находится в интервале 2-10, а канал для быстрого прохождения газа выполнен таким образом, чтобы время нахождения в нем потока составляло не более 5 сек.

2. Реактор с псевдоожиженным слоем по п. 1, в котором зона плотной фазы дополнительно содержит внутренние элементы для отвода теплоты реакции и/или предотвращения обратного смешивания газа и твердого вещества.

3. Реактор с псевдоожиженным слоем по п. 1 или 2, в котором отношение высоты зоны плотной фазы к диаметру зоны плотной фазы находится в интервале 0,6-8, отношение высоты лифт-реактора к диаметру лифт-реактора находится в интервале 3-15, а отношение диаметров зоны плотной фазы и лифт-реактора находится в интервале 2,5-8.

4. Реактор с псевдоожиженным слоем по п. 3, в котором отношение высоты зоны плотной фазы к диаметру зоны плотной фазы находится в интервале 0,8-5, отношение высоты лифт-реактора к диаметру лифт-реактора находится в интервале 4-10, а отношение диаметров зоны плотной фазы и лифт-реактора находится в интервале 3-6.

5. Реактор с псевдоожиженным слоем по п. 1 или 2, в котором камера осаждения расположена в нижней части зоны разделения и служит для сбора катализатора, отделенного в зоне разделения, при этом в камере осаждения размещены распределитель отпарного газа, предназначенный для ввода отпарного газа с целью отпаривания катализатора, и направляющий трубопровод для отпаренной смеси, размещенный в верхней части камеры осаждения и предназначенный для транспортирования отпаренной смеси в циклон для разделения.

6. Реактор с псевдоожиженным слоем по п. 1 или 2, в котором устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы выбрано из группы, включающей устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы вихревого типа, устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы с эжекционной камерой, устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы с конфигурацией в виде перевернутой буквы L, Т-образное устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы, устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы с многолопаточными закручивателями и устройство с поворотным коленом для быстрого разделения газа и твердой фазы.

7. Реактор с псевдоожиженным слоем по п. 1 или 2, в котором циклон включает в себя одну или несколько групп циклонов, при этом каждая группа циклонов содержит один, два или три циклона, соединенные последовательно.

8. Реактор с псевдоожиженным слоем по п. 1 или 2, в котором канал для быстрого прохода газа выполнен таким образом, чтобы время нахождения в нем потока составляло не более 4 сек.

9. Реактор с псевдоожиженным слоем по п. 8, в котором канал для быстрого прохода газа выполнен таким образом, чтобы время нахождения в нем потока составляло не более 3 сек.

10. Способ получения олефинов из оксигенатов с использованием реактора с псевдоожиженным слоем в соответствии с любым из пп. 1-9, включающий стадии:
ввода сырьевого потока, содержащего оксигенат и разбавитель, в зону плотной фазы в нижней части реактора с псевдоожиженным слоем через впускной распределитель сырья, при этом в сырьевом потоке в присутствии катализатора происходит реакция таким образом, что часть сырья превращается в низшие олефины, а часть катализатора дезактивируется из-за отложения на нем кокса;
направления реакционной смеси, содержащей низшие олефины, непрореагировавшее сырье и катализатор, из зоны плотной фазы снизу вверх в лифт-реактор, в котором в присутствии катализатора происходит дальнейшая почти полная конверсия непрореагировавшего сырья с получением в результате потока выходящего продукта лифт-реактора, содержащего, в основном, низшие олефины и катализатор;
ввода выходящего потока продукта лифт-реактора непосредственно в зону разделения в верхней части реактора с псевдоожиженным слоем, сначала в устройство для быстрого разделения газа и твердой фазы, в котором отделяется большая часть катализатора, затем, через канал для быстрого прохождения газа, в циклон, в котором отделяется оставшийся катализатор, после чего газ направляют в газосборную камеру и затем отводят через выпускной патрубок реактора, при этом весь отделенный катализатор опускается в камеру осаждения в нижней части зоны разделения;
рециркуляции части катализатора из камеры осаждения обратно в слой плотной фазы через трубопровод рециркуляции катализатора;
отвода части дезактивированного катализатора через трубопровод отвода катализатора из камеры осаждения и/или зоны плотной фазы в устройство регенерации катализатора и осуществления в нем регенерации катализатора, и затем
возвращения части регенерированного катализатора из устройства для регенерации катализатора в зону плотной фазы через трубопровод возврата катализатора,
причем при прохождении зоны плотной фазы газовый поток имеет приведенную скоростью потока в интервале 0,1-2 м/сек и время пребывания в зоне плотной фазы в интервале 0,5-20 сек, при прохождении через лифт-реактор газовый поток имеет приведенную скорость потока, находящуюся в интервале 2-20 м/сек, время нахождения газового потока в лифт-реакторе находится в интервале 0,3-5 сек и время нахождения газового потока в канале для быстрого прохождения составляет не более 5 сек.

11. Способ по п. 10, дополнительно включающий отвод теплоты реакции и/или подавления обратного смешивания газа и твердого вещества с помощью внутренних элементов, размещенных в зоне плотной фазы.

12. Способ по п. 10 или 11, в котором при прохождении зоны плотной фазы газовый поток имеет приведенную скорость потока в интервале 0,2-1,5 м/сек, и время пребывания в зоне плотной фазы в интервале 1-15 сек, при прохождении через лифт-реактор газовый поток имеет приведенную скорость потока, находящуюся в интервале 4-18 м/сек, время нахождения газового потока в лифт-реакторе находится в интервале 0,4-4 сек, и время нахождения газового потока в канале для быстрого прохождения составляет не более 4 сек.

13. Способ по п. 12, в котором при прохождении зоны плотной фазы газовый поток имеет приведенную скорость потока в интервале 0,3-1,2 м/сек и время пребывания в зоне плотной фазы в интервале 2-10 сек, при прохождении через лифт-реактор газовый поток имеет приведенную скорость потока, находящуюся в интервале 5-15 м/сек, время нахождения газового потока в лифт-реакторе находится в интервале 0,5-3 сек, и время нахождения газового потока в канале для быстрого прохождения составляет не более 3 сек.

14. Способ по п. 10 или 11, дополнительно включающий ввод отпарного газа через распределитель отпарного газа в камеру осаждения с целью отпаривания катализатора, при этом отпарной газ представляет собой азот или водяной пар, предпочтительно водяной пар, и прохождение отпаренной смеси в циклон через направляющий трубопровод для отпаренной смеси, размещенный в верхней части камеры осаждения.

15. Способ по п. 10 или 11, в котором катализатор выбирают из группы, состоящей из SAPO-5, SAPO-11, SAPO-17, SAPO-41. SAPO-34 и SAPO-41.

16. Способ по п. 15, в котором катализатор представляет собой SAPO-34.

17. Способ по п. 15, в котором в реакторе с псевдоожиженным слоем температура реакции находится в интервале 300-600°C, а реакционное давление находится в интервале 0,05-1 МПа абс.

18. Способ по п. 17, в котором температура реакции находится в интервале 400-550°C, а реакционное давление находится в интервале 0,1-0,5 МПа абс.

19. Способ по п. 10 или 11, в котором оксигенаты выбирают из группы, состоящей из метанола, этанола, пропанола, диметилового эфира, диэтилового эфира, дипропилового эфира и их смеси; разбавителем является азот или водяной пар; и олефины выбирают из группы, состоящей из этилена, пропилена, бутилена и их смеси.

20. Способ по п. 19, в котором огсигенаты представляют собой метанол и/или диметиловый эфир, растворитель представляет собой азот или водяной пар и олефины представляют собой этилен и/или пропилен.

21. Способ по п. 10 или 11, дополнительно включающий ввод реакционной смеси из реактора с псевдоожиженным слоем в аппарат для обработки полученных продуктов с целью их разделения отделения и/или очистки для получения конечных товарных олефинов.