CN110183300A - 一种由合成气高选择性制丙烯的工艺方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种由合成气高选择性制丙烯的工艺方法和系统,所述工艺方法包括如下步骤:1)在第一反应器中,合成气在催化剂I催化下进行第一段反应,形成包含二甲醚、甲醇和未转化合成气的产物混合物I;2)将产物混合物I进行分离以得到富集未转化合成气的物料及富集二甲醚和甲醇的物料;3)将所述富集二甲醚和甲醇的物料用稀释剂稀释,送至第二反应器中在催化剂II催化下进行第二段反应,形成以丙烯为主的产物混合物II;所述第二反应器为固定床反应器;4)从产物混合物II中分离出其中的丙烯,剩余烃类组分的部分或全部作为循环烃循环至步骤3)。本发明提供的工艺方法工艺步骤更简洁合理,能耗低。
Description
技术领域
本发明属于一种由合成气制丙烯的新工艺,具体说涉及到一种由合 成气两步法高选择性制丙烯方法。
背景技术
丙烯是仅次于乙烯的最重要的基本有机原料。随着其衍生物应用领 域的逐年扩展,需求量与日俱增,据预测,到2015年,我国丙烯当量需 求量约2800万吨/年,但产能仅为2400万吨/年,国内丙烯市场将长期 处于供不应求的局面。另一方面,国内石油资源的匾乏,因此迫切需要 发展非石油基的丙烯制备工艺。丙烷脱氢制丙烯和乙烯与丁烯歧化制丙烯由于具有很高的丙烯选择性而倍受关注,但前者以富丙烷天然气为原 料,地域受限,后者需要消耗乙烯资源,均不符合我国的能源结构。以 煤或天然气为原料生产甲醇已大规模生产,因此以甲醇制低碳烯烃 (MTO/MTP)具有原料广泛、成本低等优点,适合我国缺油多煤的实 际情况。
目前,已经实现工业化的甲醇制烯烃技术有UOP/Hydro的MTO工艺和 中国科学院大连化学物理研究所的DMTO技术及德国Lurgi MTP工艺。MTO 及DMTO工艺均以低碳烯烃为目标产物,无法实现高选择性生产丙烯的目 标,而MTP工艺以生产丙烯为主,且在国内工业化,实现了以煤为原料高 选择性地生产丙烯的目标,适合我国多煤少油的碳资源结构,是满足我 国丙烯需求快速增长的理想方案。因此,发展MTP工艺及催化剂是我国煤 化工领域重点方向之一。
2010年,神华宁夏煤业集团和大唐国际集团从德国Lurgi公司引进 的50万吨/年煤基聚丙烯项目先后投入工业生产。这两个项目均是基于Lurgi公司的MTP工艺的一体化煤-合成气-甲醇—二甲醚-丙烯—聚 丙烯综合工艺,产品为聚丙烯及副产品汽油、液化气、乙烯。尽管MTP 技术已经迈进工业化,但如同大部分首次工业化的大宗化学品生产技术一样,Lurgi MTP工艺在高选择性产丙烯的同时,也存在多处不足之处。 如工艺流程长,操作复杂,投资大,能耗高。因而,探求新的工艺对解 决以上问题十分有必要。
发明内容
有鉴于此,本发明在现有技术的基础之上,提供一种工艺步骤更简 洁合理,能耗更低的合成气高选择性制备丙烯的工艺方法和系统。
本发明为达到其目的,采用的技术方案如下:
本发明一方面提供一种由合成气高选择性制丙烯的工艺方法,包括 如下步骤:
1)在第一反应器中,合成气在催化剂I催化下进行第一段反应,在 催化剂I催化下,合成气反应生产甲醇,甲醇脱水生产二甲醚,形成以 二甲醚为主要反应产物的包含二甲醚、甲醇和未转化合成气的产物混合 物I;所述第一反应器为固定床反应器或浆态床反应器,优选为浆态床反 应器,优选所述浆态床反应器的床层中装载有惰性液相热载体;
2)将步骤1)所述的产物混合物I进行分离以得到富集未转化合成 气的物料及主要含有二甲醚的富集二甲醚和甲醇的物料;
3)将步骤2)中分离得到的所述富集二甲醚和甲醇的物料用稀释剂 稀释,送至第二反应器中在催化剂II催化下进行第二段反应,形成以丙 烯为主的C2-C6低碳烯烃及其他C1-C10烃类产物(即除了C2-C6低碳烯烃之 外的C1-C10烃类产物)的产物混合物II;所述稀释剂为蒸汽和/或循环烃; 所述第二反应器为固定床反应器;
4)从步骤3)中所述的产物混合物II中分离出其中的丙烯,剩余烃 类组分的部分或全部作为循环烃循环至步骤3),作为所述稀释剂使用。
本发明的工艺方法通过第一段反应和第二段反应来由合成气制备丙 烯,其中第一段反应通过合成气制得二甲醚/甲醇,再经第二段反应由二 甲醚/甲醇制得丙烯等。第一段反应合成气可在一个或多个并联反应器中 进行,与具有甲醇形成(即具有催化合成气生成甲醇的活性)及甲醇脱 水生成二甲醚活性的一种或多种催化剂接触,从而形成包含二甲醚、甲 醇和未转化合成气的产物混合物I。第一段反应中未转化的合成气在步骤 2)的分离工段中从产品中分出。第二段反应在固定床反应器中进行,更 优选在多段绝热式固定床反应器中进行,以蒸汽和/或循环烃为稀释剂, 将第一段反应生成的二甲醚/甲醇,与具有催化甲醇/二甲醚形成低碳烯 烃活性的催化剂接触,转化为以丙烯为主的C2-C6低碳烯烃及其他C1-C10烃类产物的产物混合物II。在步骤4)中经过分离得到目标丙烯等产物, 例如丙烯、部分乙烯,或还分离得到剩余的其他烃类组分,例如C2、C4、 C5和/或C6烃类组分,这些烃类组分作为循环烃循环回第二反应器中继续 参与第二段反应,以提高丙烯产率,得到的其他烃类作为副产品输出。
优选的,步骤1)中所述第一段反应的反应条件包括:反应温度为 180-300℃(例如180℃、200℃、250℃、300℃等),反应压力为2.0-9.0MPa (例如2.0MPa、4.0MPa、6.5MPa、9.0MPa等),合成气中H2/CO摩尔比值 为1-4(例如为1、2、3.5、4等)。进一步优选的,所述第一段反应的反 应条件中:反应温度为200-290℃,反应压力为2.6-6.0MPa,合成气中 H2/CO摩尔比值为1.2-3.4。
在一些具体实施方式中,所述合成气中除了主要含有CO和H2,任选 的还可含有CO2、CH4、N2中一种或多种。任选的含义是可以含有或不含有。
较佳的一些实施方式中,步骤3)中所述第二反应器为多段绝热式固 定床反应器,有利于控制反应温度,防止局部过热而烧结催化剂。
优选的一些实施方式中,步骤3)中,所述第二段反应的反应条件包 括:反应压力0.09-0.36MPa(例如0.09MPa、0.15MPa、0.20MPa、0.30MPa 等),反应温度420-520℃(例如420℃、480℃、500℃、520℃等),液 体质量空速0.3-3.0h-1(例如0.3h-1、0.8h-1、1.5h-1、2.0h-1、3.0h-1等),反应体系中水的用量和所述富集二甲醚和甲醇的物料质量比为 0.3-1.0(例如0.3、0.5、0.8、1.0等)。进一步优选的,所述第二段反 应的反应条件中:反应压力0.12-0.26MPa,反应温度450-490℃,液体 质量空速0.5-1.2h-1,反应体系中水的用量和所述富集二甲醚和甲醇的物 料质量比为0.4-0.75。
步骤4)中的循环烃主要为从产物中分离出丙烯或进一步分离出乙烯 等目标产物后的剩余其他C1-C10烃类组分,主要为C2、C4、C5和/或C6烃 类组分。在一些实施方式中,步骤4)中,从所述产物混合物II中分离 出其中的丙烯和部分乙烯,剩余烃类组分部分或全部作为循环烃循环至 步骤3)作为所述稀释剂使用,进入第二反应器继续参与反应,本申请发明人发现这样能提高丙烯收率。
优选的一些实施方式中,步骤2)中所述分离主要包括如下步骤:
将步骤1)的第一反应器输出的产物混合物I换热冷却至40-80℃(例 如40℃、50℃、75℃、80℃),输入至第一闪蒸塔内进行分离,得到富集 未转化合成气的闪蒸后气体及主要含有二甲醚、甲醇和水的底部液体;
将所述闪蒸后气体冷却至40-45℃后送入吸收塔内,例如送至吸收塔 底部,在4.5-5.0MPa压力下与吸收塔塔顶流下的吸收剂(例如为脱盐水 或来自第二闪蒸塔塔底得到富集水)逆流接触进行传质、传热和吸收, 大部分二甲醚/甲醇在此被冷凝,从而去除闪蒸后气体中所残留的二甲醚 和甲醇,在吸收塔塔顶得到去除了残留的二甲醚和甲醇的顶部气体(或 称为尾气,主要为CO、H2、N2、CH4、CO2和微量甲醇及二甲醚),在吸收 塔塔底得到主要含有二甲醚、甲醇和水的底部液体。优选吸收塔塔顶得 到的顶部气体,主要含有CO和H2,全部或部分循环至所述第一反应器中 参与反应;
将吸收塔的底部液体和第一闪蒸塔的底部液体均送入第二闪蒸塔以 脱除水分,在第二闪蒸塔塔顶得到富集二甲醚和甲醇的物料,在第二闪 蒸塔塔底得到富集水的底部物料,第二闪蒸塔内温度优选控制为40-100℃ (例如40℃、60℃、75℃、80℃、100℃等);
第二闪蒸塔塔顶得到的所述富集二甲醚和甲醇的物料(主要含有二 甲醚和甲醇)用于送至所述第二反应器参与所述第二段反应。
优选的一些实施方式中,所述吸收塔中所用的所述吸收剂为脱盐水 和/或来自第二闪蒸塔的所述富集水的底部物料。优选的一些实施方式中, 第二闪蒸塔塔底得到的底部物料(主要为水)部分循环至所述吸收塔作 为吸收剂使用,用于吸收甲醇和二甲醚),部分送至工艺蒸汽塔以获得蒸 汽,该蒸汽作为所述步骤3)所需的稀释剂使用,即为第二段反应提供稀 释蒸汽。
本发明的步骤1)中所述催化剂I包括具有催化合成气转化为甲醇活 性的催化剂以及具有催化甲醇脱水形成二甲醚活性的催化剂,这些催化 剂都可以采用本领域现有的具有相应活性的催化剂,例如可依照现有方 法自制或商业渠道获得,具有催化合成气转化为甲醇活性的催化剂例如 商业销售的γ-Al2O3,HZSM-5等,具有催化甲醇脱水形成二甲醚活性的催 化剂例如商业销售的C301,C207、鲁奇、托普森等催化剂。该催化剂I 为一种催化剂或多种催化剂组合而成,例如较佳的为一种同时具有上述 两种活性的复合型催化剂,这类催化剂可以直接采用本领域现有的相应 方法制得;也可以是一种或几种具有催化合成气转化为甲醇活性的催化 剂和一种或几种具有催化甲醇脱水形成二甲醚活性的催化剂的组合。具 体而言,催化剂I可以采用本领域技术人员已知的适于浆态床一步法将 合成气转化为二甲醚的各种催化剂,如铜-锌-铝复合催化剂(可依照专 利文献CN103949258B制得),稀土改性铜-锌-铝复合催化剂(可参照专 利文献CN102125854B制得)等。
步骤3)中所述催化剂II为具有催化甲醇/二甲醚形成低碳烯烃活性 的催化剂,优选为择形沸石催化剂,优选例如为粒状择形沸石催化剂, 更优选为五元环型铝硅酸盐沸石催化剂,进一步优选ZSM-5分子筛催化 剂,催化剂II可以参照本领域现有工艺制得,或商业渠道获得,例如市 售南方化学MTPBOP-1催化剂或依照专利CN104556134A公开的方法制备。具体而言,催化剂II可以采用本领域技术人员已知的适于将甲醇和/或 甲醚转化为以丙烯为主的C2-C6低碳烯烃的各种催化剂。本发明优选向 第二反应器段提供至少一种稀释剂(特别优选水蒸汽)和至少一种含C2、 C4、C5和/或C6组分烃(循环烃),达到提高产率和减缓催化剂积碳的效果, 而若不加稀释蒸汽将导致催化剂快速失活,且不易控制催化剂床层温度, 利用循环烃作为稀释剂,循环烃主要转化为丙烯,以提高丙烯收率。
本发明另一方面还提供一种由合成气高选择性制丙烯的工艺系统, 包括:
第一反应器,用于接收合成气并使其与催化剂I接触进行第一段反 应,获得以二甲醚为主要反应产物的包含二甲醚、甲醇和未转化合成气 的产物混合物I;所述第一反应器为固定床反应器或浆态床反应器,优选 为浆态床反应器;,优选所述浆态床反应器的床层中装载有惰性液相热载 体。
第一分离装置,用于将所述第一反应器得到的所述产物混合物I进 行分离,以得到富集未转化合成气的物料及富集二甲醚和甲醇的物料;
第二反应器,用于接收经稀释剂稀释的所述富集二甲醚和甲醇的物 料并使其与催化剂II接触进行第二段反应,形成以丙烯为主的C2-C6低 碳烯烃及其他C1-C10烃类产物的产物混合物II;所述稀释剂为蒸汽和/或 循环烃;所述第二反应器为固定床反应器;
第二分离装置,用于从所述第二反应器得到的所述产物混合物II中 分离出其中的丙烯和剩余烃类组分,且所述剩余烃类组分中的部分或全 部作为循环烃用作稀释剂以稀释所述第一分离装置中得到的所述富集二 甲醚和甲醇的物料。
优选的一些实施方式中,所述第一分离装置具体包括:
第一闪蒸塔,用于接收经换热冷却的来自所述第一反应器的所述产 物混合物I,并从中分离得到富集未转化合成气的闪蒸后气体及主要含有 二甲醚、甲醇和水的底部液体;
吸收塔,用于接收经冷却的来自所述第一闪蒸塔的所述闪蒸后气体, 并使其与吸收剂逆流接触以去除其中残留的二甲醚和甲醇,以在吸收塔 塔顶得到去除了残留的二甲醚和甲醇的顶部气体,在吸收塔塔底得到含 有二甲醚、甲醇和水的底部液体;优选吸收塔塔顶得到的所述顶部气体 全部或部分循环至所述第一反应器中;
第二闪蒸塔,用于接收来自吸收塔塔底的所述底部液体以及接收来 自第一闪蒸塔的所述底部液体并脱除二者中的水分,以在第二闪蒸塔塔 顶得到用于供应至所述第二反应器的富集二甲醚和甲醇的物料,在第二 闪蒸塔塔底得到富集水的底部物料;
工艺蒸汽塔,用于接收来自所述第二闪蒸塔的至少部分所述富集水 的底部物料并将其转化为用于作为所述稀释剂的蒸汽;
优选的,所述第二闪蒸塔的部分所述富集水的底部物料还用于循环 至所述吸收塔作为所述吸收剂使用,用于脱附二甲醚和甲醇。
本发明的上述工艺系统特别适用于实施上文所述的工艺方法。
本发明提供的技术方案具有如下有益效果:
本发明的工艺方法,步骤更为合理,能耗更低,且能由合成气高选 择性制备丙烯。
与现有技术相比,本发明采用第一反应器接第二反应器(固定床反 应器)两段转化工艺,将合成气高选择性地转化为丙烯,可省略现有技 术中常需设置的甲醇合成装置和甲醇精馏提纯工序,并且无需设置丙烯 合成装置中的二甲醚预反应器及其附属设备,这将使煤基甲醇制丙烯联 合装置能耗和投资大幅度降低。
本发明在第一段反应中优选采用浆态床反应器,可以实现等温操作 并使合成反应热及时移出,且大大提高了合成气的单程转化率。在紧接 的固定床反应器将甲醇/二甲醚转化为烯烃化过程中,由于经第一段反应 后得到的产物混合物I经第一分离装置分离后,得到以二甲醚为主的富 集二甲醚和甲醇的物料,甲醇的物料相对较少,从而能减缓第二段反应 中催化剂床层飞温烧结催化剂的情形。
第一段反应优选采用浆态床反应器,具有结构简单的特点,在优选 方案中,在床层中采用导热系数大、热容大的惰性液相热载体(例如液 体石蜡),又由于浆态床反应器的床层具有气一液一固三相处于高度湍动 状态的特点,导致反应热能迅速分散和传向冷却介质,使得床层能接近 于等温。本发明利用高一氧化碳含量的煤基合成气(例如H2/CO摩尔比值 为1-4)作为原料使用,无需前期处理,并可在不停车的情况下在线装卸 催化剂,合成气一步法制二甲醚,具有较大的工业价值。
本发明在第一段反应中,合成气一步法制二甲醚,具有流程简单、 设备投资少、能耗低、一氧化氮单程转化率高等优点。
附图说明
图1是一种实施方式中本发明工艺系统的示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案,下面结合实施例进一步阐述本 发明的内容,但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。
本发明提供的由合成气高选择性制丙烯的工艺方法,其主要步骤包 括如下步骤1)-4):
1)在第一反应器中,合成气在催化剂I催化下进行第一段反应,由 在催化剂I催化下,合成气反应生产甲醇,甲醇脱水生成二甲醚,从而 在第一反应器获得以二甲醚为主要反应产物的包含二甲醚、甲醇和未转 化合成气的产物混合物I;第一反应器为固定床反应器或浆态床反应器, 优选为浆态床反应器,浆态床反应器的床层中装载有惰性液相热载体, 例如液体石蜡等;
在进行第一段反应时,反应温度控制在180-300℃,优选200-290℃; 反应压力控制在2.0-9.0MPa,优选2.6-6.0MPa;合成气中H2/CO摩尔比 值较佳为1-4,优选1.2-3.4。合成气中除了CO和H2,还可含有或不含 有CO2、CH4、N2中一种或多种组分。在进行第一段反应时,所用的催化剂 I中包括具有催化合成气转化为甲醇的活性的催化剂及具有催化甲醇脱水形成二甲醚活性的催化剂,可以是分别具有上述一种活性的催化剂组 合而成,或采用兼具这两种活性的复合型多功能催化剂。这类催化剂在 现有技术中已有成熟产品或成熟生产工艺,该催化剂I具体可以采用现 有的相应催化剂,例如采用专利文献CN103949258B中的方法制备的催化 剂等。
2)将步骤1)所述的产物混合物I进行分离以得到富集未转化合成 气的物料及主要含有二甲醚的富集二甲醚和甲醇的物料。具体的分离过 程可以采用本领域已知的相应分离工艺。而较佳的,优选该分离主要包 括如下过程:
将步骤1)的第一反应器输出的产物混合物I换热冷却至40-80℃, 输入至第一闪蒸塔内进行分离,得到富集未转化合成气的闪蒸后气体及 主要含有二甲醚、甲醇和水的底部液体;
将所述闪蒸后气体冷却至40-45℃后送入吸收塔内,在4.5-5.0MPa 压力下与吸收塔塔顶流下的吸收剂逆流接触,从而去除闪蒸后气体中所 残留的二甲醚和甲醇,在吸收塔塔顶得到去除了残留的二甲醚和甲醇的 顶部气体,在吸收塔塔底得到含有二甲醚、甲醇和水的底部液体;优选 吸收塔塔顶得到的顶部气体全部或部分循环至所述第一反应器中参与反 应,以提高丙烯产率;
将吸收塔的底部液体和第一闪蒸塔的底部液体均送入第二闪蒸塔以 脱除水分,在第二闪蒸塔塔顶得到主要含有二甲醚的富集二甲醚和甲醇 的顶部物料,在第二闪蒸塔塔底得到富集水的底部物料,第二闪蒸塔内 温度优选控制为40-100℃;
第二闪蒸塔塔顶得到的顶部物料用于送至所述第二反应器参与所述 第二段反应。
吸收塔中所用的吸收剂,具体可以是脱盐水和/或来自第二闪蒸塔的 富集水的底部物料。在一些优选实施方式中,第二闪蒸塔塔底得到的底 部物料部分循环至所述吸收塔作为吸收剂使用,用于脱附二甲醚和甲醇, 部分则送至工艺蒸汽塔以获得蒸汽,作为步骤3)中所需的稀释剂使用。
3)将步骤2)中分离得到的主要含有二甲醚的富集二甲醚和甲醇的 物料用稀释剂稀释,送至第二反应器中在催化剂II催化下进行第二段反 应,二甲醚/甲醇在催化剂II催化下反应生成以丙烯为主的C2-C6低碳烯 烃,在第二反应器中得到以丙烯为主的C2-C6低碳烯烃及其他C1-C10烃类 产物(即除了C2-C6低碳烯烃之外的那些烃类产物)的产物混合物II;该 步骤中所用的稀释剂为蒸汽和/或循环烃。第二段反应所用的催化剂II 为具有催化二甲醚/甲醇转化为以丙烯为主的C2-C6低碳烯烃活性的催化 剂,这类催化剂在本领域中已有成熟产品或成熟制备工艺,该类催化剂 较佳为择形沸石催化剂,例如粒状择形沸石催化剂,优选为五元环型铝 硅酸盐沸石催化剂,进一步优选ZSM-5分子筛催化剂。该催化剂II可以 采用现有工艺自制或购买获得,例如市售南方化学MTPBOP-1催化剂或依 照专利CN104556134A公开的方法制备等。第二反应器具体为固定床反应 器,较佳为多段绝热式固定床反应器。
4)从步骤3)中得到的产物混合物II中分离出其中的丙烯,或进一 步分离出部分乙烯,剩余烃类组分的部分或全部作为循环烃循环至步骤 3),作为所述稀释剂使用。该步骤具体可以采用本领域现有的能从混合 烃类组分中分离出丙烯(或丙烯和乙烯)分离系统及分离工艺进行,例 如采用专利文献104784953B中的分离系统进行分离,不作赘述。
本发明还提供由合成气高选择性制丙烯的工艺系统,可参见图1。该 工艺系统特别适用于实施前文中所述的工艺方法,该工艺系统主要包括 第一反应器R1、第一分离装置100、第二反应器R2和第二分离装置T5。
其中,第一反应器R1用于接收合成气S1,并使其与预装于第一反应 器R1内的催化剂I接触,在催化剂I催化下进行第一段反应,形成以二 甲醚为主要反应产物的包含二甲醚、甲醇和未转化合成气的产物混合物I, 产物混合物I在图1中的物流编号为S2。第一反应器为固定床反应器或 浆态床反应器,优选为浆态床反应器
第一分离装置100用于将第一反应器R1得到的产物混合物I(S2) 进行分离,从而从中分离得到富集未转化合成气的物料S5及主要含有二 甲醚的富集二甲醚和甲醇的物料S8。第一分离装置100主要包括第一闪 蒸塔T1、吸收塔T2、第二闪蒸塔T3和工艺蒸汽塔T4。
其中,第一闪蒸塔T1用于接收经换热冷却的来自第一反应器R1的 产物混合物I(S2),并从产物混合物I(S2)中分离得到富集未转化合 成气的闪蒸后气体S4,以及得到主要含有二甲醚、甲醇和水的底部液体 S3;
吸收塔T2用于接收经冷却的来自第一闪蒸塔T1的闪蒸后气体S4, 并使其与吸收剂逆流接触,例如和由吸收塔顶部流下的吸收剂逆流接触, 使二甲醚和甲醇冷却,并除去其中残留的大部分二甲醚和甲醇,最终在 吸收塔塔顶得到去除了残留的二甲醚和甲醇的顶部气体S5,即富集未转 化合成气的物料;在吸收塔T2塔底得到含有二甲醚、甲醇和水的底部液 体S6。优选的一些实施方案中,吸收塔T2塔顶得到的顶部气体S5循环 至第一反应器R1中,其中主要含有CO和氢气,因而可继续参与第一段 反应;
第二闪蒸塔T3用于接收来自吸收塔T2塔底的底部液体S6以及接收 来自第一闪蒸塔T1的底部液体S3,并脱除这两种底部液体S3、S6中的 水分,从而最终在第二闪蒸塔T3塔顶得到以二甲醚主的富集二甲醚和甲 醇的物料S8,用于供应至第二反应器R2作为其原料,同时在第二闪蒸塔 T3塔底得到富集水的底部物料S7。
工艺蒸汽塔T4用于接收来自第二闪蒸塔T3的至少部分富集水的底 部物料S7,并将其转化为蒸汽S9,该蒸汽S9用于作为稀释剂使用,用 于稀释富集二甲醚和甲醇的物料S8。
较佳的一些实施方案中,第二闪蒸塔T3的部分富集水的底部物料S7 还用于循环至吸收塔T2作为吸收剂使用(图中未示出)。
第二反应器R2用于接收经稀释剂稀释的富集二甲醚和甲醇的物料 S8,并使该物料S8与预装于第二反应器R2中的催化剂II接触,在催化 剂II催化下进行第二段反应,形成以丙烯为主的C2-C6低碳烯烃及除C2-C6低碳烯烃外的其他C1-C10烃类产物(主要有高碳烯烃,饱和烷烃及芳烃等) 的产物混合物II,产物混合物II在图1中的编号为S10。其中用于稀释 的富集二甲醚和甲醇的物料的稀释剂为蒸汽和/或循环烃,例如来自工艺 蒸汽塔T4的蒸汽S9和来自第二分离装置T5的循环烃S11。第二反应器 R2为固定床反应器。
第二分离装置T5用于从第二反应器R2得到的产物混合物II(S10) 中分离出其中的丙烯,或同时还分离出部分乙烯,并将剩余烃类组分中 的部分或全部作为循环烃S11,用来稀释富集二甲醚和甲醇的物料,即作 为稀释剂使用。用于从产物混合物II中分离丙烯及其他烃类组分的第二 分离装置的组成并无特别限定,本领域能达到该目的的相应分离装置均 可以使用,例如可以采用专利文献CN104784953B中的分离系统进行分离。
本发明的工艺系统中所用的各个装置或元件例如固定床反应器、浆 态床反应器、闪蒸塔、工艺蒸汽塔、吸收塔等等,若未特别说明,均可 采用本领域所常用的具有相应功能的装置或元件,不作一一赘述。
实施例1
实施例1采用上文所述的工艺系统进行生产,该工艺系统具体可参 见图1,按照上述步骤1)-4)利用合成气高选择性制备丙烯。各物料数 据见表1和表2所示。
步骤1)中的第一段反应中所用的第一反应器采用单系列浆态床反应 器,床层中装载有液体石蜡作为惰性液相热载体,反应条件:反应温度 为260℃,反应压力为5.0MPa,合成气中H2/CO摩尔比值见下表1;
步骤3)中的第二段反应的反应条件:反应压力0.23MPa,反应温度 475℃,液体质量空速0.6h-1,反应体系中所用的水和物料S8(以二甲醚 为主的富集二甲醚和甲醇的物料)质量比为0.49。第二段反应中的第二 反应器为多段绝热式固定床反应器。
将步骤1)的第一反应器输出的产物混合物I换热冷却至55℃;
将第一闪蒸塔得到的闪蒸后气体冷却至45℃后送入吸收塔内,在 4.7MPa压力下与吸收塔塔顶流下的吸收剂逆流接触。
第二闪蒸塔内温度控制为50℃。
该实施例中第一段反应所用的催化剂I是采用专利文献 CN103949258B中实施例1制备的催化剂。
该实施例中第二段反应所用的催化剂II具体是是采用专利文献 CN104556134A中实施例1制备的催化剂。
表1第一反应段和后续分离过程中各物流产物数据
表2第二反应段和后续分离过程中各物流产物数据
对比例1
对比例1采用专利103980082B提供的实施例1工艺,将其第二反应 器中催化剂替换为本发明实施例1中第二反应器中所用催化剂。第二段 反应的反应条件保持一样,即:反应压力0.23MPa,反应温度475℃,液 体质量空速0.6h-1,水和甲醇/二甲醚质量比为0.49,进行对比试验。结 果见表3。结果表明采用本发明提供的技术可以显著提高丙烯产率。
表3产物收率结果对比
本领域技术人员可以理解,在本说明书的教导之下,可对本发明做 出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的 范围之内。
Claims (10)
1.一种由合成气高选择性制丙烯的工艺方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)在第一反应器中,在催化剂I催化下进行第一段反应,合成气反应生成甲醇,甲醇脱水生成二甲醚,在第一反应器获得以二甲醚为主要反应产物的包含二甲醚、甲醇和未转化合成气的产物混合物I;所述第一反应器为固定床反应器或浆态床反应器,优选为浆态床反应器,优选所述浆态床反应器的床层中装载有惰性液相热载体;
2)将步骤1)所述的产物混合物I进行分离以得到富集未转化合成气的物料及主要含有二甲醚的富集二甲醚和甲醇的物料;
3)将步骤2)中分离得到的所述富集二甲醚和甲醇的物料用稀释剂稀释,送至第二反应器中在催化剂II催化下进行第二段反应,形成以丙烯为主的C2-C6低碳烯烃及其他C1-C10烃类产物的产物混合物II;所述稀释剂为蒸汽和/或循环烃;所述第二反应器为固定床反应器;
4)从步骤3)中所述的产物混合物II中分离出其中的丙烯,剩余烃类组分的部分或全部作为循环烃循环至步骤3),作为所述稀释剂使用。
2.根据权利要求1所述的工艺方法,其特征在于,步骤1)中,所述合成气中主要含有CO和H2,任选的还含有CO2、CH4、N2中一种或多种;步骤1)中所述第一段反应的反应条件包括:反应温度为180-300℃,反应压力为2.0-9.0MPa,合成气中H2/CO摩尔比值为1-4;
优选的,所述第一段反应的反应条件中:反应温度为200-290℃,反应压力为2.6-6.0MPa,合成气中H2/CO摩尔比值为1.2-3.4。
3.根据权利要求1-2任一项所述的工艺方法,其特征在于,步骤3)中所述第二反应器为多段绝热式固定床反应器。
4.根据权利要求3所述的工艺方法,其特征在于,步骤3)中,所述第二段反应的反应条件包括:反应压力0.09-0.36MPa,反应温度420-520℃,液体质量空速0.3-3.0h-1,优选反应体系中所用的水与所述富集二甲醚和甲醇的物料的质量比为0.3-1.0;
优选的,所述第二段反应的反应条件中:反应压力0.12-0.26MPa,反应温度450-490℃,液体质量空速0.5-1.2h-1,所述水与所述富集二甲醚和甲醇的物料的质量比为0.4-0.75。
5.根据权利要求1-4任一项所述的工艺方法,其特征在于,步骤4)中,从所述产物混合物II中分离出其中的丙烯和部分乙烯,剩余烃类组分部分或全部作为循环烃循环至步骤3)作为所述稀释剂使用。
6.根据权利要求1-5任一项所述的工艺方法,其特征在于,步骤2)中,所述分离主要包括如下步骤:
将步骤1)的第一反应器输出的产物混合物I换热冷却至40-80℃,输入至第一闪蒸塔内进行分离,得到富集未转化合成气的闪蒸后气体及主要含有二甲醚、甲醇和水的底部液体;
将所述闪蒸后气体冷却至40-45℃后送入吸收塔内,在4.5-5.0MPa压力下与吸收塔塔顶流下的吸收剂逆流接触,从而去除闪蒸后气体中所残留的二甲醚和甲醇,在吸收塔塔顶得到去除了残留的二甲醚和甲醇的顶部气体,在吸收塔塔底得到含有二甲醚、甲醇和水的底部液体;优选吸收塔塔顶得到的顶部气体全部或部分循环至所述第一反应器中参与反应;
将吸收塔的底部液体和第一闪蒸塔的底部液体均送入第二闪蒸塔以脱除水分,在第二闪蒸塔塔顶得到所述主要含有二甲醚的富集二甲醚和甲醇的物料,在第二闪蒸塔塔底得到富集水的底部物料,第二闪蒸塔内温度优选控制为40-100℃;
第二闪蒸塔塔顶得到的所述富集二甲醚和甲醇的物料用于送至所述第二反应器参与所述第二段反应;
优选的,所述吸收塔中所用的所述吸收剂为脱盐水和/或来自第二闪蒸塔的所述富集水的底部物料;优选的,第二闪蒸塔塔底得到的底部物料部分循环至所述吸收塔作为所述吸收剂使用,部分送至工艺蒸汽塔以获得蒸汽作为所述步骤3)所需的稀释剂使用。
7.根据权利要求1-6任一项所述的工艺方法,其特征在于,步骤1)中所述催化剂I包括具有催化合成气转化为甲醇活性的催化剂以及具有催化甲醇脱水形成二甲醚活性的催化剂;该催化剂I为一种催化剂或多种催化剂组合而成,优选为同时具有上述两种活性的复合型催化剂;
步骤3)中所述催化剂II为具有催化甲醇和二甲醚形成C2-C6低碳烯烃活性的催化剂,优选为择形沸石催化剂,更优选为五元环型铝硅酸盐沸石催化剂,进一步优选ZSM-5分子筛催化剂。
8.一种由合成气高选择性制丙烯的工艺系统,其特征在,包括:
第一反应器,用于接收合成气并使其与催化剂I接触进行第一段反应,获得以二甲醚为主要反应产物的包含二甲醚、甲醇和未转化合成气的产物混合物I;所述第一反应器为固定床反应器或浆态床反应器,优选为浆态床反应器,优选所述浆态床反应器的床层中装载有惰性液相热载体;
第一分离装置,用于将所述第一反应器得到的所述产物混合物I进行分离,以得到富集未转化合成气的物料及主要含有二甲醚的富集二甲醚和甲醇的物料;
第二反应器,用于接收经稀释剂稀释的所述富集二甲醚和甲醇的物料并使其与催化剂II接触进行第二段反应,形成以丙烯为主的C2-C6低碳烯烃及其他C1-C10烃类产物的产物混合物II;所述稀释剂为蒸汽和/或循环烃;所述第二反应器为固定床反应器;
第二分离装置,用于从所述第二反应器得到的所述产物混合物II中分离出其中的丙烯和剩余烃类组分,且所述剩余烃类组分中的部分或全部作为循环烃用作稀释剂以稀释所述第一分离装置中得到的所述富集二甲醚和甲醇的物料。
9.根据权利要求8所述的工艺系统,其特征在,所述第一分离装置包括:
第一闪蒸塔,用于接收经换热冷却的来自所述第一反应器的所述产物混合物I,并从中分离得到富集未转化合成气的闪蒸后气体及主要含有二甲醚、甲醇和水的底部液体;
吸收塔,用于接收经冷却的来自所述第一闪蒸塔的所述闪蒸后气体,并使其与吸收剂逆流接触以去除其中残留的二甲醚和甲醇,以在吸收塔塔顶得到去除了残留的二甲醚和甲醇的顶部气体,在吸收塔塔底得到含有二甲醚、甲醇和水的底部液体;优选吸收塔塔顶得到的所述顶部气体全部或部分循环至所述第一反应器中;
第二闪蒸塔,用于接收来自吸收塔塔底的所述底部液体以及接收来自第一闪蒸塔的所述底部液体并脱除二者中的水分,以在第二闪蒸塔塔顶得到用于供应至所述第二反应器的富集二甲醚和甲醇的物料,在第二闪蒸塔塔底得到富集水的底部物料;
工艺蒸汽塔,用于接收来自所述第二闪蒸塔的至少部分所述富集水的底部物料并将其转化为用于作为所述稀释剂的蒸汽;
优选的,所述第二闪蒸塔的部分所述富集水的底部物料循环至所述吸收塔作为所述吸收剂使用。
10.根据权利要求8或9所述的工艺系统,其特征在,利用所述工艺系统实施权利要求1-7任一项所述的工艺方法。
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