超重力反应下低碳烯烃、芳烃联产方法及装置与流程

本发明涉及低碳烯烃生产，是一种超重力反应下低碳烯烃、芳烃联产方法及装置。

背景技术：

1、低碳烯烃（乙烯、丙烯）是化学工业生产中重要的基础化工原料，也是衡量一个国家石油化学工业化发展水平的重要指标。目前，制取低碳烯烃的方法按原料可以划分为三类：石油路线、天然气路线和煤炭路线。采用轻油裂解方法，即石油路线来制取低碳烯烃的方法为世界上大多数国家所采用，约占烯烃产量的65%。据统计，2020年，我国乙烯产量2160万吨，同比增长5.25%，其下游产品包括聚乙烯（pe）、乙二醇、环氧乙烯、苯乙烯、聚氯乙烯（pvc）等，应用于包装、农业、建筑、电子电器、机械和汽车等行业。2020年丙烯国内需求可达3802万吨，2019-2021年全球丙烯年均新增产能421.6万吨/年，需求年均新增510万吨/年，年均产能增量少于需求增量88.34万吨/年，全球丙烯供需关系变紧。随着下游新材料产业的快速发展，乙烯丙烯的市场需求量也持续增加。另外一种重要的化工基础原料芳烃，主要来自炼油工业的催化重整装置，随着国民经济的发展和石油化工业的发展，对芳烃的需求也急剧增加。我国是全球最大的需求国，国内长期出现供不应求的局面，对外依存度一度超过60%，严重影响下游产品的原料安全。尤其是随着国内聚酯产业的飞速发展，我国需求量预计会持续上升。因此，开发新型的高选择性乙烯丙烯兼顾芳烃的生产技术具有广阔的应用前景。

2、轻烃（乙烷、丙烷、c4、c5、c6、抽余油、重整拔头油、戊烷油和加氢裂化石脑油等）是炼油厂一种低值副产物（芳潜含量低，辛烷值低，饱和蒸汽压高）。目前轻烃主要用于生产乙烯和丙烯等低碳烯烃，但要求原料中烯烃含量足够低（原料中烯烃含量高时，容易发生聚合反应，堵塞装置管线），同时反应过程能耗高（石脑油裂解生产乙烯，每吨乙烯能耗约19.3gj，轻柴油能耗25gj），反应温度高（蒸汽裂解生产烯烃的方法反应温度750℃左右）和收率低（低碳烯烃收率41%至43%）等。因此，随着炼化一体化和节能降耗的发展趋势，如何高效利用这部分轻烃资源成为很多企业亟待解决的问题。

3、低碳烯烃和芳烃需求量持续增加，轻烃资源急需合理高效利用的新技术，需要开发一种新型的轻烃高效利用得到烯烃和芳烃的技术。因此，提出一种简单的转化反应技术，符合当前炼油一体化和产品结构调整优化趋势。在适宜催化剂的催化作用下，轻烃转化过程中引入活性剂甲醇，降低活化的反应温度，得到高收率低碳烯烃和高选择性芳烃选择性液相产物。

4、公开号为cn111606771a的中国专利文献公开了一种甲醇与轻烃耦合裂解装置及方法，该装置包括提升管反应器和流化床反应器，提升管反应器的一端设有轻烃进料口和催化剂进口，另一端与流化床反应器连通，流化床反应器与提升管反应器连通的一端设有甲醇进料口，流化床反应器的远离提升管反应的一端与沉降器的入料口连通，沉降器的出料口与再生器连通，提升管反应器和流化床反应器采用串联的方式。反应过程中，轻烃与第一催化剂于提升管反应器内接触并发生裂解反应，生成低碳烯烃及其他产物，反应产物与反应后的第一催化剂经提升管反应器进入流化床反应器与流化床反应器内的甲醇接触并反应。在可选的实施方式中，当甲醇与轻烃耦合裂解装置包括再生器、第一再生斜管、第二再生斜管、第三再生斜管和第四再生斜管时，将再生器内的部分再生催化剂作为第一催化剂经第一再生斜管以及第二再生斜管输入提升管反应器与轻烃反应，生成低碳烯烃及其他产物，再生器内的部分再生催化剂作为第二催化剂经第三再生斜管以及第四再生斜管输入流化床反应器与经提升管反应器进入流化床反应器内的低碳烯烃和第一催化剂以及流化床反应器内的甲醇接触反应。该工艺方法采用了两个反应器，提升管反应器和流化床反应器串联的方式，流程较为复杂，反应温度较高，入口温度分别为680℃和630℃，出口温度分别为630℃和600℃，使得能耗高；烯烃收率较低，最高45.1wt%；且不能联产芳烃。

5、由上述分析可知，在现有的甲醇耦合轻烃改质生产低碳烯烃工艺中，工艺设备较为复杂，投资较高，操作难度也较大，控制系统要求较高，且反应温度较高，所得产物中烯烃收率较低，不能同时联产芳烃。

技术实现思路

1、本发明提供了一种超重力反应下低碳烯烃、芳烃联产方法及装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有甲醇耦合轻烃改质生产低碳烯烃工艺中工艺流程流程复杂、反应温度高、烯烃和芳烃收率低的问题。

2、本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种超重力反应下低碳烯烃、芳烃联产方法，按下述步骤进行：

3、第一步,将所需比例的甲醇、轻烃及载气在超重力条件下进行催化耦合改质反应，得到反应产物混合物；

4、第二步，反应产物混合物经换热后进行气液分离，得到气-液-液三相，气-液-液三相中的上层气相分离得到低碳烯烃，气-液-液三相中的下层液相分离得到富含芳烃的油相产物和液相水。

5、下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

6、上述第一步中，轻烃为单体烃乙烷、丙烷、丁烷、芳烃抽余油、重整拔头油、加氢裂化石脑油、戊烷油中的一种以上。

7、上述第一步中，载气为氢气或氮气。

8、上述第一步中，超重力条件为超5g至400g。

9、上述第一步中，催化耦合改质反应为催化反应，催化耦合改质反应催化剂为zsm-5分子筛、zsm-11分子筛、zsm-5/zsm-11共晶分子筛、mcm-56分子筛和β分子筛中的一种或几种。

10、上述第一步中，甲醇与轻烃的质量比为1:10至10:1。

11、上述第一步中，催化耦合改质反应温度为300℃至600℃，绝对压力为0.1至3mpa，总质量空速为0.5h-1至3h-1。

12、上述zsm-5分子筛的硅铝摩尔比sio2/al2o3为30至300，zsm-11分子筛的硅铝摩尔比sio2/al2o3为30至300，zsm-5/zsm-11共晶分子筛的硅铝摩尔比sio2/al2o3为30至300，cm-56分子筛的硅铝摩尔比sio2/al2o3为30至300，β分子筛的硅铝摩尔比sio2/al2o3为15至400。

13、本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种实施超重力反应下低碳烯烃、芳烃联产方法的装置，包括超重力反应器、换热器、烯烃分离器、气液分离器、油水分离器，超重力反应器内设置有催化剂床层，超重力反应器第一进料端固定连通有甲醇管线，超重力反应器第二进料端固定连通有载气管线，超重力反应器第三进料端固定连通有轻烃管线，超重力反应器出料端与换热器进料端固定连通有第一产品管线，换热器出料端与气液分离器进料端固定连通有第二产品管线，气液分离器第一出料端与油水分离器进料端固定连通有第三产品管线，油水分离器第一出料端固定连通有芳烃管线，油水分离器第二出料端固定连通有排水管线，气液分离器第二出料端与烯烃分离器进料端之间固定连通有第四产品管线，烯烃分离器第一出料端与轻烃管线之间固定连通有回流管线，烯烃分离器第二出料端固定连通有乙烯管线，烯烃分离器第三出料端固定连通有丙烯管线，烯烃分离器第四出料端固定连通有丁烯管线。

14、本发明的超重力反应下低碳烯烃、芳烃联产方法，在超重力反应条件下，反应系统传质传热和扩散系数得到增强，甲醇与轻烃发生催化耦合改质反应，反应条件温和（300℃至600℃）、设备装置、工艺流程简单，解决现有技术中工艺流程流程复杂、反应温度高、烯烃和芳烃收率低的问题。本发明所得烯烃收率高，同时可联产芳烃，气相中烯烃收率为42.9%至72.3%（乙烯+丙烯+丁烯），还可联产高选择性的芳烃，液相中芳烃收率21.9%至38.1%。该方法具有物料扩散快，传质传热效率、压降低、反应温度低、低碳烯烃收率高和联产芳烃的特点；该方法所用设备体积小，工艺流程简单，操作简便，投资少，便于推广和应用。此外，装置、工艺技术简单和投资小，反应条件温和，能耗低的优点。