一种合成气制备芳烃的两段流化床反应器及方法技术

本发明专利技术公开了一种合成气制备芳烃的两段流化床反应器及方法。该两段反应器下方区域为低温的合成气制甲醇区域，上方区域为高温的甲醇芳构化区域；下方区域的换热器与上方区域的换热器相连，实现冷却水在下方区域中换热变为饱和蒸汽，且控制下方区域的温度；饱和蒸汽在上方区域换热变为过热蒸汽，且控制上方区域的温度；本发明专利技术还公布了该装置的使用方法，将甲醇合成催化剂与芳构化催化剂分别制备成较大粒径与较小粒径的流态化催化剂；在气速作用下，甲醇合成催化剂主要停留在下方区域，芳构化催化剂主要停留在上方区域；该反应器具有原料气转化率高，压力条件温和，温度易控等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种合成气制备芳烃的两段流化床反应器及方法
本明属于化学工艺过程及设备
,具体涉及一种甲醇制芳烃的催化剂的再生方法及再生器的构造.
技术介绍
合成气芳构化技术是新兴的芳烃的生产工艺，它是在合成气制备甲醇技术，与甲醇制备芳烃技术基本成熟以后，将两个反应合在一个反应器里进行的新过程。其显见优势是不用将生成的甲醇分离与制备成高纯的产品，从而可以将原来独立进行的两个过程的分离单元可以有效合并。其技术挑战在于，原来的甲醇合成催化剂在200‐300℃起作用，甲醇制备芳烃催化剂在350‐500℃起作用。目前有报道制备多功能的复合型催化剂，企望不生成甲醇产品，而直接制备芳烃。但目前此类催化剂受化学平衡制约，合成气转化率不高，且生成CO2的选择性比较高。同时，由于合成气制芳烃反应在很高的温度与压力下进行，目前尚不明确其失活快慢，是否需要烧碳再生。但原来的合成气制备甲醇的反应器均为固定床，如果沿用固定床反应器进行合成气制备芳烃，将有可能出现催化剂寿命过短，被迫频繁停车再生。也有利用多段流化床制备甲醇的报道，但甲醇合成的反应空速高，芳构化的反应空速低，其结构不一定适用于制备芳烃的需要。同时，以前没有报道两个温度不同的放热反应的换热方式控制与集成。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种一种合成气制备芳烃的两段流化床反应器及方法，在反应器轴向引入横向多孔挡板的方式，实现“先生成甲醇，再生成芳烃”的流化床反应器结构，同时在流化床反应器的上下段之间建立起合理的换热方式，且可以在不同温度区域内引入循环反应的物料。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种合成气制备芳烃的两段流化床反应器，包括用横向多孔板5把流化床反应器从轴向上分为上下两个区，在两个区域内均设置换热管，且两个区内的换热管相连通；下方区域为较低温度的甲醇合成催化剂区，上方区域为较高温度的甲醇芳构化催化剂区；并在两个区的下部分别设有气体进口，在上方区域的顶部设有气体出口。所述上方区域的直径是下方区域的直径1-3倍。利用所述流化床反应器用合成气制备芳烃的方法，包括如下步骤：(1)将甲醇合成催化剂制成粒径为150-450微米，密度为600-1200kg/m3的流态化催化剂，将甲醇芳构化催化剂制成粒径为15-80微米，密度为400-850kg/m3的流态化催化剂，将两种催化剂均装填在流化床反应器的下方区域；(2)将流化床反应器的下方区域预热至200-300℃，通入CO与氢气的合成气，控制压力为1-5MPa，气速为0.3-0.5m/s,将下方区域中的甲醇芳构化催化剂吹至上方区域中；(3)向下方区域的换热器中通入冷却水，通过冷却水的汽化，将下方区域温度控制在200-300℃；下方区域的换热器中的饱和蒸汽进入上方区域的换热器，控制上方区域的温度在300-500℃,饱和蒸汽变为过饱和蒸汽后，出上方区域的换热器；(4)合成气经过下方区域的甲醇合成催化剂区，生成甲醇；甲醇在上方区域的甲醇芳构化催化剂区生成芳烃与轻烃以及水，与未反应的合成气一起出流化床反应器；(5)将出流化床反应器的气体经过换热，冷却后，将水、芳烃、轻烃与合成气依次分离，轻烃中C3-C6组分循环回流化床反应器的上方区域继续反应；合成气循环回流化床反应器的下方区域继续反应。所述的甲醇合成催化剂的主要活性成分为Cu、Zn、Cr，Fe、Co和Ni中的一种或多种，载体为三氧化二铝、氧化锆、氧化硅中的一种或多种，活性成分占甲醇合成催化剂总质量的质量分数为1-30％,其余为载体。所述的甲醇芳构化催化剂为金属或金属氧化物-分子筛+载体三功能催化剂，金属或金属氧化物为Cu、Zn、Cr、Fe、Co、Ni、ZnO、Ga2O3、Fe2O3和MoO3中的一种或多种，分子筛为ZSM-5、Y分子型和β分子筛中的一种或多种，载体为三氧化二铝、高岭土和氧化硅中的一种或多种；其中：分子筛占甲醇芳构化催化剂总质量的质量分数为20-40％,载体占甲醇芳构化催化剂总质量的质量分数为20-60％，金属或金属氧化物占甲醇芳构化催化剂总质量的质量分数为1-15％。步骤(5)所述的换热方法为冷却水的自然蒸发法，根据出上方区域换热器的蒸汽的质量，向下方区域换热器补加同样质量的冷却水。所述下方区域和上方区域装填的催化剂的高度分别是此区域反应器直径的0.5-3倍。和现有技术相比较，本专利技术的有益效果如下：1、将合成甲醇与生成芳烃分区反应，可以实现不同温度的控制，可以使用不同类型的催化剂，降低了催化剂的设计难度。2、在反应器内部设置相连的换热装置，照顾到了不同区域的温度区别与换热强度差异，可以利用冷却水，直接生成过饱和的高温蒸汽。可简化汽包设计，节能20％，且节省换热设备投资20％。3、在反应器的不同位置通过变径设计，可满足不同反应区域的空速需求与气速控制，使反应器操作弹性增加30％。4、通过两个反应区域的设置，可减少中间产物的返混，使CO2生成量降低80％。附图说明图1为合成气制备芳烃的两段流化床反应器的示意图(不变径)。图中1-流化床反应器,1a-甲醇合成催化剂区，1b甲醇芳构化催化剂区，2-合成气入口,3-产品气体出口,4循环轻烃入口，5-横向多孔板,6-换热器。图2为合成气制备芳烃的两段流化床反应器的示意图(变径)。图中，1-流化床反应器,1a-甲醇合成催化剂区，1b甲醇芳构化催化剂区，2-合成气入口,3-产品气体出口,4循环轻烃入口，5-横向多孔板,6-换热器。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。该流化床反应器的基本连接方式为流化床反应器1底部设气口入口2，气体入口2上方区域为甲醇合成催化剂区1a,在甲醇合成催化剂区1a上部为横向多孔板5，横向多孔板5上部设置循环轻烃入口4，循环轻烃入口4上部为甲醇芳构化催化剂区1b.在甲醇芳构化催化剂区1b的上部及流化床的顶部设置产品气体出口3.把换热器6分别设置在甲醇合成催化剂区1a与甲醇芳构化催化剂区1b中，二者通过直管，穿过横向多孔板5相连，形成完整的换热回路。以下实例均是经过上述基本结构和方法进行的改进。实例一使用如图1所示的两段流化床反应器，将粒径为150-300微米的Cu/Zn/氧化铝催化剂(Cu、Zn质量分数分别为10％，20％，其余为氧化铝，催化剂的密度为1200kg/m3)与粒径为35-80微米的ZnO/Ga2O3/ZSM-5/氧化铝型芳构化催化剂(氧化铝、ZSM-5分子筛，ZnO,Ga2O3质量分数分别为60％，30％，5％，5％，催化剂的密度为750kg/m3)装填在反应器中甲醇合成催化剂区1a区域。将反应器的下方区域预热至200℃，通入合成气(CO与氢气)，控制压力为1MPa，气速为0.45m/s,将甲醇合成催化剂区1a中的芳构化催化剂吹至甲醇芳构化催化剂区1b中。甲醇合成催化剂区1a和甲醇芳构化催化剂区1b区域装填的催化剂的高度分别是此区域反应器直径的0.5倍与3倍。向甲醇合成催化剂区1a区域的换热器中通入冷却水，通过冷却水的汽化，将甲醇合成催化剂区1a区域温度控制在240℃。甲醇合成催化剂区1a区域的换热器中的饱和蒸汽进入甲醇芳构化催化剂区1b的换热器，控制甲醇芳构化催化剂区1b区域的温度在500℃,饱和蒸汽变为过饱和蒸汽后，出甲醇芳构化催化剂区1b区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成气制备芳烃的两段流化床反应器，其特点在于，包括用横向多孔板5把流化床反应器从轴向上分为上下两个区，在两个区域内均设置换热管，且两个区内的换热管相连通；下方区域为较低温度的甲醇合成催化剂区，上方区域为较高温度的甲醇芳构化催化剂区；并在两个区的下部分别设有气体进口，在上方区域的顶部设有气体出口。

【技术特征摘要】
1.一种合成气制备芳烃的两段流化床反应器，其特点在于，包括用横向多孔板5把流化床反应器从轴向上分为上下两个区，在两个区域内均设置换热管，且两个区内的换热管相连通；下方区域为较低温度的甲醇合成催化剂区，上方区域为较高温度的甲醇芳构化催化剂区；并在两个区的下部分别设有气体进口，在上方区域的顶部设有气体出口。2.根据权利要求1所述的一种合成气制备芳烃的两段流化床反应器,其特征在于，所述上方区域的直径是下方区域的直径1-3倍。3.一种利用权利要求1所述流化床反应器用合成气制备芳烃的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将甲醇合成催化剂制成粒径为150-450微米，密度为600-1200kg/m3的流态化催化剂，将甲醇芳构化催化剂制成粒径为15-80微米，密度为400-850kg/m3的流态化催化剂，将两种催化剂均装填在流化床反应器的下方区域；(2)将流化床反应器的下方区域预热至200-300℃，通入CO与氢气的合成气，控制压力为1-5MPa，气速为0.3-0.5m/s,将下方区域中的甲醇芳构化催化剂吹至上方区域中；(3)向下方区域的换热器中通入冷却水，通过冷却水的汽化，将下方区域温度控制在200-300℃；下方区域的换热器中的饱和蒸汽进入上方区域的换热器，控制上方区域的温度在300-500℃,饱和蒸汽变为过饱和蒸汽后，出上方区域的换热器；(4)合成气经过下方区域的甲醇合成催化剂区，生成甲醇；甲醇在上方区域的甲醇芳构化催化剂区生成芳烃与轻烃以及水，与未反应的合成气一起出流化床反应器；...

【专利技术属性】
技术研发人员：骞伟中，陈兆辉，宋文龙，侯一林，张晨曦，王垚，魏飞，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11