技术领域
[0001] 本
发明涉及一种有机含氧化合物制低碳烯烃的反应-再生系统，还涉及一种减少有机含氧化合物制低碳烯烃的催化剂粉化损耗的方法。
背景技术
[0002] 有机含氧化合物、例如甲醇和/或二甲醚制低碳烯烃技术开辟了由
煤炭生产基本有机化工原料的新工艺路线，典型技术是甲醇制烯烃(MTO)，其以甲醇为原料生产烯烃混合物。通常而言，MTO成套技术由反应技术和分离技术组成。反应技术以催化剂研制和反应器开发设计为核心；而产品分布和纯度要求则是开发分离工艺的
基础。
[0003] MTO工艺的全过程可分为反应-再生系统和反应气分离系统两部分。反应部分只有气-固两相，该催化反应为放热反应。失活的催化剂需在
流化床再生器中燃炭再生，然后，返回流化床反应器中继续反应。反应器和再生器都设有移热装置。
[0004] MTO实际上是由
合成气经甲醇转化为低碳烯烃的工艺。国际上一些著名的石油和化学公司，如埃克森美孚公司(Exxon–Mobil)、巴斯夫公司(BASF)、环球石油公司(UOP)和海德鲁公司(Norsk Hydro)都投入大量资金和人员，进行了多年的研究。
[0005] 总体而言，有机含氧化合物制低碳烯烃技术已日益成熟，并达到了可大规模工业化或商业化的程度，特别是各种MTO工艺，其技术更加成熟，工业化经验更加丰富，目前，最具代表性的MTO工艺主要包括：UOP/Hydro工艺、大化所（DMTO）工艺和ExxonMobil工艺。
[0006] 目前，虽然MTO工艺已经成熟，但在MTO工艺进行大规模工业化或商业化的过程中也遇到了一些工程上的实际问题。MTO反应中催化剂易于积碳失活，需对催化剂进行连续反应、再生操作，在流化床结构的反应—再生体系中，催化剂颗粒的剧冷、剧热、相互碰撞和催化剂在设备表面运动产生的磨损，造成催化剂在使用过程中发生粉化损耗。例如，粒径小于10微米、特别是小于5微米的催化剂颗粒用常规的气-固分离装置、例如旋
风分离器已经很难将它们从产物气中分离出来，这些催化剂细颗粒和/或细粉被产物气带到产物分离工艺中下游工段，例如带到急冷塔、
水洗塔、急冷水旋液分离器以及各种换热器中时，会导致这些装置效率降低、操作异常，甚至是设备堵塞而不得不停车维修，这将会增大劳动强度和设备运行维修成本。因此，避免MTO产物气所挟裹的催化剂细颗粒和/或细粉进入产物分离工艺最好的办法就是减少在反应-再生系统中这些催化剂细颗粒和/或细粉的生成量，即减少催化剂在反应-再生过程中的粉化损耗。
[0007] US6166282公开了一种用于MTO工艺的快速流化床反应器，该文献详细描述了这种MTO反应器的内部结构，物料的分配和流向，尤其是催化剂在反应器中分离的形式，但未涉及如何避免催化剂的粉化损耗。
[0008] CN101811071B公开了甲醇制烯烃过程中失活催化剂烧炭再生的控制方法，该方法通过增加一个辅助
燃烧室控制再生燃烧介质的氧含量，从而提高失活催化剂的烧炭效率，进而提高失活催化剂的再生能
力，最终达到提高低碳烯烃收率的目的，但该文献也未涉及如何避免催化剂粉化损耗的问题。
[0010] 然而，至今，还没有找到一个减少催化剂在反应-再生过程中粉化损耗的好办法。本发明致力于解决上述技术问题，并力争找到解决上述问题的实用办法。
发明内容
[0011] 根据本发明的第一方面，提供一种有机含氧化合物制低碳烯烃的反应-再生系统，所述系统包括：反应器，在400-550℃下工作；再生器，在600-800℃下工作，失活催化剂在所述再生器中除碳再生；失活催化剂输送管道，连通所述反应器与所述再生器，用于使失活催化剂由所述反应器进入所述再生器中；再生催化剂输送管道，连通所述再生器与所述反应器，用于使再生催化剂由所述再生器进入所述反应器中，其特征在于：在所述失活催化剂输送管道和所述再生器之间还具有至少一个换热器，用于减少失活催化剂在进入所述再生器时的
温度和所述再生器
工作温度的差。
[0012] 通常，所述有机含氧化合物的实例可为甲醇和/或二甲醚；所述低碳烯烃的实例可为乙烯和/或丙烯。优选地，所述换热器是垂直排布的直管式加热器或夹套式加热器；所述反应器和/或再生器是流化床结构的反应器和/或再生器，其中，所述反应器和/或再生器内部具有用于气-固分离的旋风分离器和/或旋风分离器级联；
[0013] 优选地，失活催化剂在进入所述再生器时的温度和所述再生器工作温度的差小于200℃；所述催化剂是SAPO-34，其为具有(SiO4)和(AlO4)单元的
硅铝磷酸盐分子筛催化剂；
所述换热器的换热介质为所述再生器产生的热烟气。
[0014] 根据本发明的第二方面，提供一种减少有机含氧化合物制低碳烯烃的催化剂粉化损耗的方法，其特征在于：在失活催化剂输送管道和催化剂再生器之间设置至少一个换热器，减少失活催化剂在进入所述再生器时的温度和所述再生器工作温度的差。
[0015] 在上述方法中，所述失活催化剂在进入所述再生器时的温度和所述再生器工作温度的差优选小于250℃，更优选小于200℃，最优选小于180℃。
附图说明
[0016] 构成本发明
说明书一部分的说明书附图用来对本发明作进一步解释，本发明附图及其说明用于详细解释本发明，以使本领域普通技术人员更加清楚地理解本发明的实质，其并不构成对本发明保护范围的任何限制。
[0017] 图1是本发明有机含氧化合物制低碳烯烃的反应-再生系统的示意图。
具体实施方式
[0018] 通过以下参考附图的描述进一步详细解释本发明，但以下描述仅用于使本发明所属技术领域的普通技术人员能够更加清楚地理解本发明的原理和精髓，并不意味着对本发明进行任何形式的限制。附图中等同的或相对应的部件或特征用相同的标记数表示。
[0019] 如图1所示，通常，经MTO反应器上部扩大段内布置的若干组
串联的一级和二级旋风气-固分离器，MTO产物气与绝大多数待生（失活）催化剂颗粒相分离，待生（失活）催化剂颗粒经管道由所述反应器进入再生器中进行除碳再生（活化）；而MTO产物气则离开MTO反应器进入三级旋风气-固分离器，MTO产物气在三级旋风气-固分离器入口处的固体颗粒3
（携带的少量催化剂细颗粒和/或细粉）浓度通常为800-900mg/m，在三级旋风气-固分离
3
器出口处的浓度通常为150-300mg/m。因此，三级旋风气-固分离器可将绝大部分催化剂细颗粒和/或细粉分离出来，但仍然有一部分粒径在10微米以下、特别是在5微米以下的催化剂细颗粒和/或细粉，三级旋风气-固分离器是无法分离出来的，它们随MTO产物气进入产物分离工艺中下游工段，影响了产物分离工艺中下游工段的设备正常的运行。
[0020] 为了减少进入产物分离工艺中下游工段的催化剂细颗粒和/或细粉，最好的办法就是减少在反应-再生系统中这些催化剂细颗粒和/或细粉的生成量，即减少催化剂在反应-再生过程中的粉化损耗。
[0021] 通常，进入有机含氧化合物制低碳烯烃的反应-再生系统中的新鲜催化剂的粒径为40-150微米，理论上讲，这样粒径的固体颗粒完全可用常规的气-固分离设备、例如1-2级旋风机和/或旋风机级联分离出来。
[0022] 但在有机含氧化合物、例如甲醇和/或二甲醚制低碳烯烃的过程中，需要将反应器中积炭后的待生（失活）催化剂通过输送管线送入再生器中进行烧炭再生。由于再生器中的工作温度远高于反应器的工作温度，同时，由于输送管线较长，也存在待生（失活）催化剂在输送过程中逐渐降温的问题，因此，待生催化剂在进入再生器时的温度和再生器内的温度差别很大。剧烈的温差和频繁的再生过程将会产生巨大的热
应力，这对催化剂的物理性质有着较大的影响，是催化剂粉化破损的重要原因之一，此外，催化剂颗粒的相互碰撞和催化剂在设备表面运动产生的磨损，也是造成催化剂颗粒在使用过程中发生粉化破损的原因。
[0023] 催化剂粉化破损将导致1-2级气-固旋风分离器的分离效率下降，造成大量催化剂细颗粒和/或细粉被MTO产物气夹带至产物分离工艺中下游工段、例如水洗塔中，从而，大大增加了催化剂的损耗率。目前，催化剂的价格非常昂贵，大量的催化剂损耗不仅增加了后续工艺的难度，而且也提高了系统运行的经济成本。
[0024] 本发明首次提出：在待生（失活）催化剂的输送管道和再生器之间设置至少一个换热器，在待生（失活）催化剂进入再生器前，加热待生（失活）催化剂，以提高其温度，从而缩小待生（失活）催化剂和再生器器内部的温差，削弱待生催化剂在快速加热或升温过程中产生的过量
热应力，从而，避免因待生（失活）催化剂短时间内温度巨变产生巨大和过量热应力、导致催化剂粉化破损的问题，这样实际上就减少了催化剂细颗粒和/或细粉的生成量，从而降低了催化剂的粉化损耗，这对于有机含氧化合物制低碳烯烃的工业生产过程有着重要的意义。
[0025] 现在，结合图1和具体
实施例对本发明作进一步详细描述：如图1所示，反应原料从原料入口分布器2进入反应器的密相反应区1后和催化剂发生反应，产物气从反应器上部的出口5离开反应器，产物气夹带催化剂颗粒在上升过程中，绝大部分催化剂颗粒在反应器的沉降段4中被分离下来，其余的催化剂颗粒主要被1-2级气-固旋风分离器3分离下来。密相反应区1的催化剂经过反应后不断积炭，逐渐失活，积炭后的待生（失活）催化剂进入待生催化剂输送管道6，再经过换热器10被加热后进入再生器7中再生。待生催化剂上的积炭和再生气体发生反应，再生气体为压缩空气，再生器7中产生的废烟气通过出口9排出，而再生（活化）后的催化剂通过再生催化剂输送管道8进入反应器中，再次参与反应。
[0026] 在上述过程中，由于再生器7中产生的废烟气从出口9排出时的温度较高，最高时可超过800℃，其完全可作为换热器10所使用的换热介质，用于加热去往再生器7的待生（失活）催化剂，从而缩小待生（失活）催化剂在进入再生器7时的温度和再生器7中的工作温度的差，以避免待生催化剂在进入再生器7时因承受剧烈温差而内部产生巨大热应力，导致其自身被热应力粉化破损。
[0027] 优选地，经过上述换热器10加热，待生（失活）催化剂在进入再生器7时的温度和再生器7中的工作温度的差小于250℃，更优选小于200℃，最优选小于180℃，例如小于150℃。
[0028] 下面，通过示例性、而非限制性的具体实施例更加详细地解释本发明，以使本领域普通技术人员更加清楚地理解本发明的实质和精髓。
[0029] 实施例
[0030] 实施例1
[0031] 使用图1所示实验室规模的本发明系统和工艺进行甲醇制烯烃产物的反应-再生过程。
[0032] 本实施例1所采用的换热器10是由耐高温
合金材料制作的夹套式加热器，加热介质来源于再生器7的废烟气，其温度为800℃。
[0033] 本实施例1所采用的工艺参数及其实验结果表示在下面表1中。
[0034] 实施例2
[0035] 除了改变工艺参数外，重复实施例1的实验过程，本实施例2所采用的工艺参数及其实验结果也表示在下面表1中。
[0036] 实施例3
[0037] 除了改变工艺参数外，重复实施例1的实验过程，本实施例3所采用的工艺参数及其实验结果也表示在下面表1中。
[0038] 对比实施例1
[0039] 除了将图1所示的加热器10删除、对待生催化剂不进行加热外，重复实施例1的实验过程，本对比实施例1所采用的工艺参数及其实验结果也表示在下面表1中。
[0040] 表1
[0041]
[0042] 由上面表1可知：本发明系统和方法有效减少了1-3级旋风气-固分离器无法分离的粒径大多在1-10微米之间的催化剂细颗粒和/或细粉的数量，证明：本发明工艺和方法明显减缓了催化剂在反应-再生过程的粉化破损量，从而大大减轻了MTO产物气分离工艺中下游工段的分离负荷，避免了MTO产物气分离工艺中下游工段设备运行异常的问题，同时还提高了催化剂的使用寿命。
[0043] 本说明书所用的术语和表述方式仅被用作描述性、而非限制性的术语和表述方式，在使用这些术语和表述方式时无意将已表示和描述的特征或其组成部分的任何等同物排斥在外。
[0044] 尽管已表示和描述了本发明的几个实施方式，但本发明不被限制为所描述的实施方式。相反，本领域普通技术人员应当意识到在不脱离本发明原则和精神的情况下可对这些实施方式进行任何变通和改进，本发明的保护范围由所附的
权利要求及其等同物所确定。
