一种组合换热式多壳程的甲醇制烯烃固定床生产设备及其生产方法技术

一种组合换热式多壳程的甲醇制烯烃固定床生产设备及其生产方法，属于烯烃生产技术领域，解决了现有固定床反应器反应设备复杂，难于控制反应移热的技术问题，本发明专利技术首先提出了一种组合换热式多壳程的甲醇制烯烃固定床生产设备，包括主反应器，主反应器的上管板和下管板之间安装有隔板，将由上管板、下管板和反应器本体围成的腔体分隔成二至十个互不相通的换热壳程，包括第一换热壳程和其余换热壳程，列管贯穿隔板；每个换热壳程的反应器本体上均设置有冷却介质进出口。本发明专利技术还提供了采用上述设备来生产烯烃的方法。本发明专利技术通过组合式高效换热可以降低原料气中水蒸气配比、原料气加热炉负荷。

【技术实现步骤摘要】
一种组合换热式多壳程的甲醇制烯烃固定床生产设备及其生产方法
本专利技术涉及由甲醇或二甲醚生产丙烯、及其C4烯烃和汽油的
，尤其涉及一种非绝热的、可控温度式固定床反应器甲醇制丙烯等烯烃的生产方法和设备。
技术介绍
乙烯、丙烯是一种需求量很大的基本有机化工原料，主要来源于石油加工过程。随着石油资源的日益匮乏,发展由煤或天然气等非石油资源生产丙烯的技术越来越引起国内外的重视。煤或天然气制合成气，再由合成气制备甲醇或二甲醚是成熟的工艺技术。因此从甲醇或二甲醚制备乙烯、丙烯是煤制烯烃的关键技术。从甲醇或二甲醚制丙烯的工艺主要分为2类，即以烯烃（乙烯、丙烯）为主的流化床MTO工艺，和以丙烯为目的产物的固定床MTP工艺。MTP为甲醇制丙烯工艺，主产物为丙烯，副产乙烯、丁烯、及汽油等，MTO为甲醇制烯烃工艺，主产物为乙烯和丙烯，副产丁烯，基本没有汽油。前者以UOP/Hydro、Exxon-Mobil的MTO工艺为代表。MTO工艺以SAPO-34分子筛为催化剂，反应主产物为乙烯、丙烯等低碳烯烃。通过控制操作温度、及催化剂的配方等,总烯烃收率可确保80wt%以上，其中乙烯与丙烯的碳基收率比例为1.4~0.7。MTP工艺以Lurgi为代表(EP448000,DE1020050159232,WO2006136433/CN101208281A,WO192190)，甲醇预反应器（固定床）与MTP反应器（多级绝热式固定床）串联操作。甲醇在预反应器中在250~320℃操作温度下部分脱水，得到二甲醚、甲醇和水的混合蒸汽，然后再与/或循环烃混合进入MTP主反应器（ZSM-5沸石分子筛催化剂），在450~500℃下反应得到丙烯为主的烯烃、燃料气、及汽油等。LurgiMTP工艺通过原料急冷或列管融盐来控制反应温度。甲醇或二甲醚等含氧化合物脱水制丙烯是强放热反应。MTO流化床工艺有很好的传热性能，反应温度易于控制。但MTO工艺以低碳烯烃为目的产物,若主产丙烯，需将一次MTO流化床反应器的C4以上烯烃及C1~C2烯烃循环至MTO下游的裂解反应器（CN1962573A），以提高丙烯收率；或者将C1~C2烯烃大量循环至MTO反应器、以及C4以上烯烃循环至裂解反应器(CN101177374A)，来提高丙烯收率。上述工艺的能耗及催化剂磨损因大量烯烃循环而大大增加。上述系统复杂，设备投资及运行成本也远高于Lurgi固定床反应器。为提高丙烯收率,Lurgi专利(WO2006136433/CN101208281A)同样将C2及C4以上烯烃循环至多级薄层ZSM-5MTP主反应器,使系统的丙烯/乙烯比提高至10~20,二者总产率达到73.2%（《煤化工》，2005,1172，P6~7）。因其主绝热固定床反应器中ZSM-5沸石催化剂结碳严重，导致连续反应400~700小时后需用空气和氮气的混合气体再生。需要说明的是，对于多级绝热薄层反应器，通过原料急冷来调节进口温度及控制床层绝热温升有一定的局限性,这是因为急冷原料在各级进口的分配存在相当的相互干扰，很难保证稳定操作。欧洲专利DE19723363公开了一种采用列管式固定床反应器的甲醇制丙烯工艺，反应器内采用融盐间接撤热，对高温下设备的材质要求高，且工艺较复杂，运行成本高。另外，UOP公开了移动床制丙烯（USP7,663,012，USP7,414,167）技术，该技术仅适用于积碳速度较快但并不迅速的催化剂，移动床反应器对催化剂的要求相对较高，且系统比较复杂。专利WO0192190A1公开了一种三个反应器串联的甲醇制丙烯工艺，反应器为轴向绝热反应器，每级反应器之间设有换热设备，控制每级反应器的绝热温升在30~100℃之间。由于采用了多段反应器的组合，反应器投资较大，此外，这种反应器组合未集成MTP主反应器进口原料的预热要求。Lurgi专利DE10233975A1公开了一种立式多级固定床反应器，级间设有换热器移除反应热，同时催化剂床层设有预反应器出口物料急冷，来控制每级反应器的绝热温升。该组合反应器移热效果好，反应器之间设置换热器增加了设备投资，而预反物料作级间急冷也存在调节干扰问题。此外，这一方案也未集成预反出口物料到MTP主反应器进口的预热要求。中国专利CN101876618A公开了一种以含氧化合物（甲醇/二甲醚）生产丙烯的卧式固定床反应器，反应器由多孔隔板隔成横向排列的相互分割的反应区和冷却区，冷却区设置急冷液喷嘴。该反应器采用急冷液冷却可较好地控制每一反应区的温升，但因为急冷液横向流过冷却区簿层，存在急冷液在其中的均匀分布问题。此外，这种反应器布置方式同样未集成预反出口物料到MTP主反应器的预热要求。
技术实现思路
为解决现有固定床反应器采用原料急冷或列管融盐来控制反应温度，造成反应设备复杂，难于控制反应移热的技术问题，本专利技术提供一种组合换热式多壳程的甲醇制烯烃固定床生产设备，其技术方案如下：一种组合换热式多壳程的甲醇制烯烃固定床生产设备，包括一级或一级以上串接连接的主反应器，主反应器包括反应器壳体，反应器壳体由顶部的上封头、底部的下封头和位于上封头与下封头之间的呈圆筒状的反应器本体构成，上封头上设置有反应气体进口，下封头上设置有反应气体出口，上封头下方设置有上管板，下封头上方设置有下管板，上管板和下管板之间安装有沿竖直方向延伸的若干根相互平行的列管，列管中填充有催化剂；所述上管板和下管板之间安装有一块以上沿水平方向延伸的隔板，将由上管板、下管板和反应器本体围成的腔体沿竖直方向分隔成二至十个互不相通的换热壳程，包括位于顶部的由上管板与相邻的的隔板之间的腔体构成的第一换热壳程，第一换热壳程以下的各个换热壳程为其余换热壳程，其余换热壳程包括由各相邻的隔板之间的腔体构成的换热壳程，以及由下管板与相邻的隔板之间的腔体构成的换热壳程，所述隔板边缘与反应器本体密封连接，所述列管贯穿隔板；每个换热壳程的反应器本体上均设置有冷却介质进口和冷却介质出口；所述一级以上串接连接的主反应器是指将上一级的主反应器的反应气体出口通过管线与下一级的主反应器的反应气体进口连接。作为本专利技术的优选方案：所述其余换热壳程上的冷却介质出口通过管线依次与加热炉和反应气体进口连接；所述其余换热壳程上的冷却介质进口通过管线与预反应器的出口连接，预反应器为绝热反应器，包括反应器筒体，在反应器筒体内装填有固体催化剂氧化铝；所述第一换热壳程上的冷却介质进口通过管线与汽包及热水循环泵系统的出口连接；所述预反应器的出口还与水蒸气进料管线连接；所述预反应器的进口与原料进料管线连接，原料进料管线上设置有加热器。作为本专利技术的优选方案：所述主反应器的反应气体出口通过管线与第一换热器上的壳程介质进口连接；所述预反应器的出口与第一换热器上的管程介质进口连接，第一换热器的管程介质出口经管线与其余换热壳程上的冷却介质进口连接。作为本专利技术的优选方案：所述水蒸气进料管线安装在第二换热器的管程介质进口和管程介质出口上；所述第一换热器上的壳程介质出口与第二换热器上的壳程介质进口连接。作为本专利技术的优选方案：所述原料进料管线安装在第三换热器上的管程介质进口和管程介质出口上；所述第二换热器的壳程介质出口与第三换热器的壳程介质进口连接。作为本专利技术的优选方案：所述列管中填充的催化剂为ZSM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合换热式多壳程的甲醇制烯烃固定床生产设备，包括一级或一级以上串接连接的主反应器(11)，主反应器(11)包括反应器壳体(19)，反应器壳体(19)由顶部的上封头(20)、底部的下封头(21)和位于上封头(20)与下封头(21)之间的呈圆筒状的反应器本体(22)构成，上封头(20)上设置有反应气体进口(23)，下封头(21)上设置有反应气体出口(24)，上封头(20)下方设置有上管板(25)，下封头(21)上方设置有下管板(26)，上管板(25)和下管板(26)之间安装有沿竖直方向延伸的若干根相互平行的列管(12)，列管(12)中填充有催化剂；其特征在于：所述上管板(25)和下管板(26)之间安装有一块以上沿水平方向延伸的隔板(27)，将由上管板(25)、下管板(26)和反应器本体(22)围成的腔体沿竖直方向分隔成二至十个互不相通的换热壳程，包括位于顶部的由上管板(25)与相邻的的隔板(27)之间的腔体构成的第一换热壳程(13)，第一换热壳程(13)以下的各个换热壳程为其余换热壳程(28)，其余换热壳程(28)包括由各相邻的隔板(27)之间的腔体构成的换热壳程，以及由下管板(26)与相邻的隔板(27)之间的腔体构成的换热壳程，所述隔板(27)边缘与反应器本体(22)密封连接，所述列管(12)贯穿隔板(27)；每个换热壳程的反应器本体(22)上均设置有冷却介质进口(29)和冷却介质出口(30)；所述一级以上串接连接的主反应器(11)是指将上一级的主反应器(11)的反应气体出口(24)通过管线与下一级的主反应器(11)的反应气体进口(23)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种组合换热式多壳程的甲醇制烯烃固定床生产设备，包括二级以上串接连接的主反应器(11)，主反应器(11)包括反应器壳体(19)，反应器壳体(19)由顶部的上封头(20)、底部的下封头(21)和位于上封头(20)与下封头(21)之间的呈圆筒状的反应器本体(22)构成，上封头(20)上设置有反应气体进口(23)，下封头(21)上设置有反应气体出口(24)，上封头(20)下方设置有上管板(25)，下封头(21)上方设置有下管板(26)，上管板(25)和下管板(26)之间安装有沿竖直方向延伸的若干根相互平行的列管(12)，列管(12)中填充有催化剂；其特征在于：所述上管板(25)和下管板(26)之间安装有一块以上沿水平方向延伸的隔板(27)，将由上管板(25)、下管板(26)和反应器本体(22)围成的腔体沿竖直方向分隔成二至十个互不相通的换热壳程，包括位于顶部的由上管板(25)与相邻的隔板(27)之间的腔体构成的第一换热壳程(13)，第一换热壳程(13)以下的各个换热壳程为其余换热壳程(28)，其余换热壳程(28)包括由各相邻的隔板(27)之间的腔体构成的换热壳程，以及由下管板(26)与相邻的隔板(27)之间的腔体构成的换热壳程，所述隔板(27)边缘与反应器本体(22)密封连接，所述列管(12)贯穿隔板(27)；每个换热壳程的反应器本体(22)上均设置有冷却介质进口(29)和冷却介质出口(30)；所述二级以上串接连接的主反应器(11)是指将上一级的主反应器(11)的反应气体出口(24)通过管线与下一级的主反应器(11)的反应气体进口(23)连接；所述其余换热壳程(28)上的冷却介质出口(30)通过管线依次与加热炉(7)和反应气体进口(23)连接；所述其余换热壳程(28)上的冷却介质进口(29)通过管线与预反应器(4)的出口连接，预反应器(4)为绝热反应器，包括反应器筒体，在反应器筒体内装填有固体催化剂氧化铝；所述第一换热壳程(13)上的冷却介质进口(29)通过管线与汽包及热水循环泵系统(34)的出口连接；所述预反应器(4)的出口还与水蒸气进料管线(10)连接；所述预反应器(4)的进口与原料进料管线(1)连接，原料进料管线(1)上设置有加热器(3)。2.根据权利要求1所述的一种组合换热式多壳程的甲醇制烯烃固定床生产设备，其特征在于：所述主反应器(11)的反应气体出口(24)通过管线与第一换热器(5)上的壳程介质进口连接；所述预反应器(4)的出口与第一换热器(5)上的管程介质进口连接，第一换热器(5)的管程介质出口经管线与其余换热壳程(28)上的冷却介质进口(29)连接。3.根据权利要求2所述的一种组合换热式多壳程的甲醇制烯烃固定床生产设备，其特征在于：所述水蒸气进料管线(10)安装在第二换热器(9)的管程介质进口和管程介质出口上；所述第一换热器(5)上的壳程介质出口与第二换热器(9)上的壳程介质进口连接。4.根据权利要求3所述的一种组合换热式多壳程的甲醇制烯烃固定床生产设备，其特征在于：所述原料进料管线(1)安装在第三换热器(2)上的管程介质进口和管程介质出口上；所述第二换热器(9)的壳程介质出口与第三换热器(2)的壳程介质进口连接。5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种组合换热式多壳程的甲醇制烯烃固定床生产设备，其特征在于：所述列管(12)中填充的催化剂为ZSM-5分子筛；所述冷却介质进口(29)和冷却介质出口(30)均为管箱接口或管嘴，每个换热壳程内的管嘴之间连接有导流筒。6.采用权利要求1所述的一种组合换热式多壳程的甲醇制烯烃固定床生产设备来生产烯烃的方法，其特征在于包括以下步骤：将甲醇在200～400℃的温度下部分脱水反应，得到甲醇、二甲醚和水蒸气的混合体系...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘凡峰，汪雍，陈玉忠，
申请(专利权)人：新煤化工设计院上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31