一种由醇和/或醚制烯烃的方法技术

本发明专利技术提供一种适用于由醇和/或醚制备烯烃的方法，该方法包括以下步骤：首先使得气态的醇和/或醚原料在包括内置换热器的流化床反应器中进行原料的部分转化，然后使得部分反应的原料气进入下游的固定床反应器，使得原料完全转化，制备所需的烯烃产物。通过使用流化床反应器，可以使床层内温度分布均匀，避免了反应器的“热点”现象，提高原料的转化率。下游固定床则实现对未反应原料气的进一步完全转化，同时有效防止流化床部分的细粉催化剂的流失。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及烯烃的制备方法。具体来说，本专利技术涉及一种使用流化床/固定床耦合工艺由醇和/或醚制备烯烃的方法。
技术介绍
以乙烯、丙烯为代表的低碳烯烃是化学工业中的最基本原料，随着世界经济的不断发展，其需求量在不断地增加，其中以丙烯需求量的增长最为迅速。从1996到2001年，全球丙烯的需求增长速度为6. /年，乙烯则为4. 3% /年。一般来说，乙烯、丙烯是通过基于石油原料的工艺来生产的，但由于石油资源有限的供应量及较高的价格，由石油资源生产乙烯、丙烯的成本在不断地增加。近年来，人们开始大力发展由替代原料转化制备乙烯、 丙烯的技术。其中，一类重要的用于生产低碳烯烃的替代原料是醇、醚之类的含氧化合物。 由甲醇制备丙烯正是这样一种替代工艺，因为该工艺使用的原料甲醇可以由煤、天然气、生物材料等非石油原料制得。目前工业化的用于由甲醇制备丙烯的反应器主要采用固定床反应器，例如，专利 DE 10233975公布了一种用于由甲醇制备丙烯的反应器，该反应器中含有2_3段催化剂床层，在每段之间设置换热器。专利CN101376618中公布了一种卧式固定床反应器，该装置包括壳体，壳体横向的一端设有原料进口，另一端设有产物出口，壳体内设有多孔隔件，所述的多孔隔件将壳体内部空间分成至少4个横向排列的区域，位于壳体端部的两个区域为相互间隔设置的反应区和冷却区；冷却区所对应的壳体上设有冷却液进口。该装置反应器设计结构简单，制造及维修比较容易，操作方便，易于控制反应进行并保持好的反应条件。由于醇和/或醚转化制备烯烃的反应是强放热过程，在现有技术使用的固定床反应器中，如果反应物流量较大，反应速率较快，则剧烈的放热会使得工艺过程中的温度难以保持均勻，容易对产物的选择性、催化剂和反应器的寿命造成负面影响。如果为了保证温度的均勻性而减小反应物的流量，则会降低生产能力和企业的竞争力。另外，即使对固化床的产物流进行循环反应，目标产物的选择性也往往不够理想。本专利技术首次提出将流化床与固定床相耦合用于由醇醚制备烯烃，流化床在使得一部分反应物转化的同时对温度进行良好的控制，然后在后续的固定床中使得剩余的反应物转化，在提高生产能力的同时确保工艺温度的均勻性，较好地解决了现有技术存在的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种采用流化床_固定床工艺由醇和/或醚制备烯烃的方法，具体包括以下步骤(1)流化床转化所述醇和/或醚原料首先以气态形式进入流化床反应器，与流化床反应器内的催化剂接触，使原料转化为烯烃，形成烯烃与部分未反应的醇和/或醚的混合物；(2)固定床转化流化床转化后的混合物进入固定床反应器，与固定床反应器内的催化剂接触，使剩余的醇和/或醚原料转化生成烯烃产物。其中，流化床和固定床中分别使用适合于流化床反应器和固定床反应器的催化剂。例如，在流化床和固定床中可以使用相同组成的ZSM-5催化剂，但是催化剂的形态可以有所不同。例如流化床使用的催化剂可以是微小的颗粒，粒度可以为2-500微米，优选至 10-200微米，更优选20-200微米，更优选20-100微米；固定床可以使用填充压实成柱状形式的催化剂，直径可以为1-10厘米，高为2-10厘米的圆柱体，优选直径为3厘米，高为5-7 厘米的圆柱体。所述流化床和固定床转化过程的反应条件可以根据具体的反应物、目标反应速率以及设备尺寸等因素变化，例如反应温度为200-600°C，反应压力0. 05-2. OMpa，反应空速 0. 2-6小时―1 ；优选反应温度为420-500°C，反应压力为0. 075-1. 5MPa,反应空速为0. 5-3小时Λ但是具体反应条件不限于上述范围，本领域技术人员可以根据具体情况对其进行调整以获得最佳的效果。为了促进流化床的传热过程，流化床反应器中可以任选地内置换热器。固定床反应器包括一层或多层催化剂充填层，在催化剂层中或多层催化剂充填层之间设置换热部件。附图说明图1是用来实施本专利技术方法的流化床-固定床一体化设备的示意图；图2是用来实施本专利技术方法的流化床_固定床独立式设备的示意图；图3是本专利技术另一个实施方式使用的流化床-固定床一体化设备，其中在流化床中使用单级蛇型换热器；图4是本专利技术另一个实施方式使用的流化床-固定床一体化设备，其中在流化床中使用二级U型换热器。具体实施例方式本专利技术的方法采用将流化床和固定床相耦合的反应装置，在流化床中，细小的颗粒催化剂在上升气流的作用下呈动态悬浮状态，固体催化剂颗粒剧烈的上下翻动，固体颗粒的剧烈运动提高了传热效果，使催化反应放出的热量迅速通过换热器装置中的传热介质移走，从而及时降低催化剂床层温度，有利于床层温度均衡，整个反应体系基本处于等温环境，床层压降低，传质/传热效率高，反应效率快。在流化床中，使得大部分的醇/醚原料反应，例如在甲醇制备丙烯的反应中，经过流化床步骤之后，甲醇转化率可高达80-90%。剩余的甲醇原料在固定床中完全反应，使得甲醇转化率和丙烯选择性进一步提高，另外也起到捕获从流化床中逃逸的催化剂颗粒和回收热能的作用。在下文中，主要结合甲醇和二甲醚制备丙烯的反应来描述本专利技术的工艺，但是应当理解，本专利技术的方法可以用于类似的醇/醚转化制备烯烃的反应。在本专利技术的一个实施方式中，流化床中设置有换热器，所述换热器选自流管式换热器、指形换热器、盘管式换热器以及任意其他结构的换热器。换热器中使用换热介质促进传热。所述换热介质选自水、导热油、熔融盐等。在本专利技术的一个实施方式中，在流化床与固定床之间以及固定床的下游设置有分离器，用来从反应物流中分离固体催化剂。在本专利技术的一个实施方式中，在流化床上游以及流化床与固定床之间设有气体分布装置，用来使得进入流化床或固定床的气流均勻分布。在本专利技术的一个实施方式中，使用流化床与固定床的耦合工艺由甲醇制备丙烯， 流化床中催化剂采用ZSM-5分子筛，催化剂颗粒粒径为20 200um，固定床也采用ZSM-5 分子筛，采用片状，或圆柱状、或其他传统形状，以进一步降低流化床的催化剂的逃逸率。该 ZSM-5是一种硅铝比为200的商用催化剂。图1显示了用来实施本专利技术方法的一种设备的示意图。其中流化床和固定床采取了一体化设计。从图中可以看到，气态原料，例如甲醇和水蒸气的混合物，从下端的入口进入设备中，通过气体分布器1均勻分布开来，向上进入流化床反应器3，在流化床反应器3 中与悬浮状态的催化剂微粒接触，部分反应转化生成烯烃类产物，为了保证流化床反应器3 中具有均勻稳定的温度分布，将换热器2设置在所述流化床反应器3中，换热介质在所述换热器2中流动从而完成换热过程。在流化床反应器中反应后的气流经过气固分离器4，除去气流中携带的固体催化剂，然后经过气体分布器8流入固定床反应器。在固定床反应器中包括固定床催化剂床层5和床层7，床层5和7可以包含相同的催化剂，也可以包含具有不同尺寸的催化剂。在床层5和7之间设置有换热器6，用来控制反应气流的温度。经过固定床反应器之后的气流输送到分离单元，回收目标产物，除去杂质。图2显示了用于本专利技术方法的设备的另一种形式。其中流化床和固定床分别为独立的形式，但是操作过程与图1的装置基本相同。通过将流化床和固定床分别独立地设置， 使得工厂企业在工艺设计中获得了更大的灵活性，例如通过将流化床和固定床并列设置， 可以降本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种由醇和／或醚制烯烃的方法，该方法包括在由流化床与固定床耦合组成的反应器系统中由醇和／或醚原料在气态条件下反应制备烯烃，其具体包括以下步骤：（１）流化床转化：使醇和／或醚原料以气体形态进入流化床反应器，与流化床反应器中的催化剂接触，发生脱水反应，得到烯烃与部分未反应的醇和／或醚的混合物；（２）固定床转化：使流化床转化后得到的混合物进入固定床反应器，与固定床反应器中的催化剂接触，使剩余的醇和／或醚原料完全转化生成烯烃。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许光文，廖仕杰，张晓方，杜薇，
申请(专利权)人：上海碧科清洁能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：31