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JPH0340013B2 - - Google Patents
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JPH0340013B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0340013B2
JPH0340013B2 JP58016339A JP1633983A JPH0340013B2 JP H0340013 B2 JPH0340013 B2 JP H0340013B2 JP 58016339 A JP58016339 A JP 58016339A JP 1633983 A JP1633983 A JP 1633983A JP H0340013 B2 JPH0340013 B2 JP H0340013B2
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Japan
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catalyst
bed
methanol
conversion
reactor
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明はメタノールからのオレフイン製法、特
にメタノールのエチレンへの接触転化法に関す
る。 伝統的に原料に使われている適当品質の石油入
手が限られているため又はナフサ分解設備が限ら
れているためオレフイン供給原料の漸増する要求
は周期的に石油化学原料の不足を引おこしてい
る。別の非石油源からのエチレン源はエチレンお
よび他のオレフイン要求に歩調を合わせる1手段
である。 石炭、天然ガス又は生物類からえられるメタノ
ールおよび(又は)ジメチルエーテルがZSM−
5ゼオライトの様な接触性ゼオライト類の使用に
よつてオレフインおよび芳香族類の様なより複雑
な炭化水素に転化できることは知られている。エ
チレンはこの接触転化法によつてえられるオレフ
イン系炭化水素の1種である。この反応は極めて
発熱的で初めに生成されたオレフインは更に反応
をうけて自動車ガソリン製造に有用な芳香族炭化
水素に生成され易い。 メタノールおよび(又は)ジメチルエーテルの
軽オレフインへの転化法について多くの特許文献
がある。故にHZSM−5ゼオライトを使う脂肪
族エーテルからの接触転化によるオレフイン製法
は米国特許第3894106号に記載されている。米国
特許第3979472号は低級アルコールとそのエーテ
ルのアンチモン酸化物とZM−5ゼオライトの混
合物による転化反応がエチレン、プロピレンおよ
び単核芳香族類の混合物を生成すると記載してい
る。米国特許第4025572号はZSM−5を不活性希
釈剤と混合してエチレン選択性を改良できること
を発表しているが、米国特許第4025575号は同様
の結果を供給物の低圧分圧使用によつてえてい
る。エチレンの選択性は少なくも約1ミクロンの
大結晶形ZSM−5ゼオライトのみ使用によつて
(米国特許第4025571号)又は上記ゼオライトと添
加金属との混合によつて(米国特許第4148835号)
も改良される。より良い選択性はゼオライト触媒
の結晶構造内部に無定形シリカを分散させること
によつてもえられる(米国特許第4060568号およ
び4100219号)。 これらの方法は特別うまくいき低級脂肪族アル
コールをオレフイン系炭化水素に転化するに非常
に有効であるが、この転化反応は特定反応体によ
つて種々の程度に発熱することがわかつている。
例えば低級アルコールの炭化水素生成物への転化
の発生熱量は次の範囲と推定できる。
The present invention relates to a process for producing olefins from methanol, and in particular to a process for the catalytic conversion of methanol to ethylene. The increasing demand for olefin feedstocks has periodically caused petrochemical feedstock shortages due to limited availability of petroleum of suitable quality traditionally used as feedstocks or limited naphtha cracking equipment. There is. Sources of ethylene from other non-petroleum sources are one means of keeping pace with ethylene and other olefin requirements. Methanol and/or dimethyl ether obtained from coal, natural gas or biological sources are ZSM-
It is known that more complex hydrocarbons such as olefins and aromatics can be converted through the use of catalytic zeolites such as 5 zeolite. Ethylene is one type of olefinic hydrocarbon obtained by this catalytic conversion method. This reaction is highly exothermic and the initially formed olefins are likely to undergo further reactions to form aromatic hydrocarbons useful in the production of motor vehicle gasoline. There is much patent literature on the conversion of methanol and/or dimethyl ether to light olefins. Thus, a process for producing olefins by catalytic conversion from aliphatic ethers using HZSM-5 zeolite is described in US Pat. No. 3,894,106. U.S. Pat. No. 3,979,472 describes the conversion reaction of lower alcohols and their ethers with a mixture of antimony oxide and ZM-5 zeolite to produce a mixture of ethylene, propylene and mononuclear aromatics. U.S. Pat. No. 4,025,572 discloses that ZSM-5 can be mixed with an inert diluent to improve ethylene selectivity, while U.S. Pat. I'm wearing it. Ethylene selectivity can be achieved by using only large crystalline ZSM-5 zeolites of at least about 1 micron (U.S. Pat. No. 4,025,571) or by mixing these zeolites with additive metals (U.S. Pat. No. 4,148,835).
will also be improved. Better selectivity can also be obtained by dispersing amorphous silica within the crystal structure of the zeolite catalyst (US Pat. Nos. 4,060,568 and 4,100,219). Although these methods have been particularly successful and very effective in converting lower aliphatic alcohols to olefinic hydrocarbons, the conversion reactions have been found to be exothermic to varying degrees depending on the particular reactants.
For example, the amount of heat generated in the conversion of a lower alcohol to a hydrocarbon product can be estimated to be in the following range.

【表】 反応が発熱であれば反応させるに外部熱源が不
要となるので望ましいが、大量の発生熱は複雑な
反応後に相当の内部冷却設備の実質的投資を要す
る。上表からメタノールの転化はこの点で著しく
発熱し、メタノールはより小さい発熱であるとわ
かる。更に結晶性アルミノシリケイトゼオライト
触媒の固有特性と効率のためメタノールの反応は
自己促進的で反応を完了させる触媒床中に甚しい
高温部分をつくるが、エタノールはその程度がよ
り少ない。断熱触媒床反応機中のこの非常発熱反
応は触媒老化速度を大きくし熱による触媒損傷を
おこす。更にこの高温は好ましくない生成物分布
をおこす。したがつてメタノールの有用生成物へ
の転化は触媒床のどの部分の温度も予め定めた限
度内に抑制する様十分熱分散させることが重要で
ある。 更に高圧における反応体転化には反応機容量と
付属装置をより効果的に使用することが一般によ
い工業実施法である。しかし装入メタノールを使
う高圧は多量の1,2,4,5−テトラメチルベ
ンゼン(デユレン)、好ましくない副成物を生じ
易いが、例えば450kPa以下の低圧は軽オレフイ
ン生成によい。 この方法の発生熱調節に種々の方法が使われて
いる。例えば米国特許第3931349号(軽炭化水素
稀釈液使用)、第4052479号(供給原料転化を5−
25%に抑制する様選んだ運転条件)および第
4238631号(上昇反応機と濃密流動触媒床)を参
照されたい。 米国特許第4035430号はメタノールをガソリン
沸とう範囲生成物に転化する場合の発生熱調節法
を記載している。供給原料を脱水触媒床中で平衡
混合物に変えた後それを大きさの順次増大する一
連のゼオライト触媒床にとおしメタノール、ジメ
チルエーテルおよび(又は)軽炭化水素で段階間
冷却して反応熱を除去する。どの床における温度
上昇も約28℃を超えず全温度上昇は約110℃を超
えない。各触媒床の相対大きさが反応の熱安定性
にどう影響するかについては詳細記述がない。更
にアルコール装入物を芳香族化合物ではなく主と
してオレフイン系炭化水素に転化する方法が成功
したかについて記述がない。 米国特許第2319620号には多数の触媒固定床が
炭化水素の吸熱接触分解用およびコークス化触媒
の定期的発熱再生用に使われている。炭化水素反
応体は固定触媒床の数と同数流に分割され各流は
1床のみをとおる。各床をとおる反応体流は軸方
向又は放射状内方向でもよい。米国特許第
2475855号も炭化水素の吸熱分解用の1連の固定
触媒床を使用している。この炭化水素流は1連の
床を放射流形に連続して流れる。放射流は内方向
又は外方向でもよい。コークス付着触媒はその場
で再生され再生中に生じた熱は各床内に吸収され
炭化水素の吸熱分解時放出される。蓄熱は床をと
おる反応体の温度上昇となるので、次の床に送る
混合物温度を下げるため噴射ノズルをとおし各床
間に炭化水素液の追加量を入れる。触媒床の大き
さは床間の追加反応体導入に見合う様流れ方向に
したがい増大される。この特許はその記載方法が
発熱反応に適用できること又は使用の放射流形が
他の流形よりも圧力損失の小さいことについてい
づれも示唆していない。 アルコールのオレフインへの転化における高圧
使用によつて処理装置の効率的使用が普通えられ
るが、低圧は生成物中に著しく多量の軽オレフイ
ンを生成する。したがつて低装入圧使用ができる
様装置の圧力損失を限定することが望ましい。 更にオレフイン選択性は供給アルコールエーテ
ルの部分転化によつてのみ向上することが認めら
れているが、例えばメタノール経費は未反応反応
体の回収再循環を必要とするため上記手段も大き
な経済的損失を含むこともよく認められる。 本発明はゼオライト触媒を1連の床に配置し各
床からの流出物を段階間冷却させて各床の温度上
昇を限定することによつてゼオライト触媒の存在
におけるメタノール単独又はその対応するエーテ
ルとの混合物の転化反応の発生熱が効果的に除去
でき安定した運転ができるという観察に基づく。
各触媒の圧力低下は反応混合物を各床に放射状に
とおすことによつて最小にできることも発見され
ている。更に未転化アルコールを脱水工程に、ま
た未転化エーテルを転化工程に再循環することに
よつて操作の著しい経済的改良ができることも発
見された。 本発明によつてメタノールを含む供給物を高温
において脱水触媒と接触させてエーテル豊富な生
成物としかつ上記生成物を、(i)5オングストロー
ムより大きい孔径、少なくとも12のシリカ対アル
ミナモル比および1乃至12の拘束指数をもつか、
又は(ii)大部分の孔径が6オングストローム以下で
あり酸素原子をもつ8員環によつてできた孔窓径
をもつか、いづれかの結晶性アルミノシリケイト
ゼオライトより成る触媒床と冷却域とを交互に複
数回とおして加温下において触媒と接触させてオ
レフイン系炭化水素への所定転化率をえる工程よ
り成り、各冷却域をとおすことによる反応混合物
の温度低下はその直前の触媒床中の温度上昇と実
質的に等しくしまた各触媒床をとおることによる
反応混合物の温度上昇はメタノールのエチレンへ
の転化の感度助変数よりも大きくないものとしか
つ触媒床数は所定転化反応における全断熱温度上
昇の感度助変数に対する比率に少なくも等しくす
る様なメタノールのオレフイン系炭化水素生成物
への転化法が提供されるのである。 エーテル豊富な生成物は軸方向に又は放射状に
ゼオライト触媒床にとおしてよくまたゼオライト
触媒床は固定床でも移動床でもよい。移動触媒床
の場合反応混合物流は触媒流と共流又は向流いづ
れでもよい。 この方法のオレフイン系炭化水素生成物は常に
未反応メタノールおよび(又は)エーテルをある
程度含んでいる。この未反応物質は適当に生成混
合物から分離し操作に再循還できる。メタノール
は脱水工程にまたエーテルは転化工程に戻され
る。 本発明によればメタノールは単独又はその対応
するエーテルと共に反応中、特にエーテル豊富な
中間体のオレフイン系炭化水素への転化中放出熱
を有効に調節できる仕様の反応機中でオレフイン
系炭化水素、特にエチレンに転化される。反応体
はメタノールとジメチルエーテルより成り、オレ
フイン系生成物は主としてエチレンであるとよ
い。 本発明の方法はメタノールのオレフイン系生成
物への転化に関するが、操作への供給流は少量の
他アルコール、例えばエタノール、プロパノール
およびイソプロパノールを含んでいてもよい。 方法第1工程においてメタノールは脱水触媒と
接触させられ水およびエーテル豊富な中間体生成
物を生成する。脱水触媒はアルコール反応体の分
子間脱水をして装入物よりも高い炭素対酸素比を
もつエーテル豊富な生成物とするどんな触媒でも
よい。 おこりうる脱水反応には単純エーテルおよびジ
メチルエーテルやジエチルエーテルの様な混合エ
ーテルを生成するものがある。これらの中間体は
対応するアルコール反応体の分子間脱水によつて
生成され、これらの縮合はすべて発熱反応であ
る。これらの脱水反応自体はガンマアルミナの様
なアルミナ組成物使用が一般に知られているが、
この分野で知られている他の酸性触媒も脱水に非
常に有効である。 メタノール装入物を使つて分子内脱水は不可能
でありしたがつて脱水反応はジメチルエーテル生
成にのみ発熱的に進行することは認められるであ
ろう。 本発明の方法は2連続触媒接触工程より成り、
2工程共発熱する。第1工程における発熱はメタ
ノールのジメチルエーテル、メタノールおよび水
より成るほぼ平衡混合物への転化抑制によつて制
限される。転化生成物又は第1工程流出物は発熱
のため約310乃至約400℃の温度であり、これは循
還熱交換流体との間接熱交換によつて第2工程ゼ
オライト触媒にしたがい約270乃至約430℃の温度
にうまく調節される。例えば熱交換流体は水又は
第1工程にとおされるメタノールでよい。 第2工程の接触転化反応はメタノール、ジメチ
ルエーテルおよび水より成る第1工程流出物をオ
レフイン豊富な生成物に転化する。操作は非常に
発熱反応で、ある結晶性ゼオライト、特にZSM
−5型結晶性ゼオライトおよび小孔結晶性ゼオラ
イトの存在で急激におこる。 一般に本発明において使われるZSM−5型ゼ
オライトは12以上のシリカ対アルミナ比をもちか
つ約1乃至約12の拘束指数(C.I.)をもつ結晶性
ゼオライトである。これらゼオライトおよび低級
脂肪族アルコール転化用触媒としての使用法は上
記米国特許、特に第3894106号、4025571号、
4058576号、および4148835号に記載されている。 好ましいゼオライトはZSM−5型ゼオライト、
例えばZSM−5、ZSM−11、ZSM−12、ZSM−
23、ZSM−35およびZSM−38であり、ZSM−5
が特に好ましい。 ZSM−5は米国特許第3702886号に記載されて
おり、またZSM−11は米国特許第3709979号に、
ZSM−12は米国特許第3832449号に、ZSM−23は
米国特許第4076842号に、ZSM−35は米国特許第
4016245号に、またZSM−38は米国特許第
4046859号にそれぞれ記載されている。 特に好ましい触媒は大結晶、即ち米国特許第
4025571号と4148835号に記載のとおり少なくも1
ミクロンの結晶径をもつZSM−5型ゼオライト
より成るものである。他の特に好ましい触媒はエ
チレン選択性改善のための追加成分、例えばゼオ
ライト結晶構造内に分散した無定形シリカを含む
ZSM−5より成るものである。この型の触媒は
米国特許第4060568号と4100219号に記載されてい
る。 ZSM−5ゼオライトの他に小孔結晶性アルミ
ノシリケイトゼオライトとしてこの分野で知られ
ている他のゼオライトも本発明において使用でき
る。この小孔ゼオライトは天然産又は人造のいづ
れでもよく、例えばエリオナイト、チヤバザイ
ト、ゼオライトT、ゼオライトZK−5および
ZSM−34がある。ゼオライトTは米国特許第
2950952号に、ゼオライトZK−5は米国特許第
3427195号に、またZSM−34は米国特許第
4079095号と4079096号にそれぞれ記載されてい
る。この種のゼオライトの結晶構造は大部分の孔
径が3オングストロームより大きく6オングスト
ロームより小さいゼオライトのため結晶内自由空
間に近づきまた出ることができる様なものであ
る。このゼオライトは更にほぼ酸素原子をもつ8
員環できる様な孔窓を特徴としている。もちろん
この8員環は結晶性アルミノシリケイトの陰イオ
ン性骨格をつくつている4面体の正規配列によつ
てつくられ酸素原子自体は4面体中心においてけ
い素又はアルミニウム原子に結合しているものな
のである。このゼオライトの特徴である孔は約
3.9オングストロームの均一直径孔をもつゼオラ
イトZSM−5の様に実質的に円形又は約3.6×5.2
オングストロームの孔をもつエリオナイトの様に
幾分楕円形でもよい。いづれの場合も小孔ゼオラ
イトは主として6オングストロームよりも小さい
孔径をもつのである。これらのゼオライト並びに
他の適当するゼオライトの孔径はAdvances in
Chemistry Series。101巻、155−170(1971)に
W.M.メイヤーとD.H.オルソンによる“ゼオライ
ト組織”に記載されている。 本発明によれば第1工程からのエーテル豊富な
流出物の高オレフイン系炭化水素生成物への転化
反応は段階間冷却をする連続多段階断熱反応機中
で行なわれる。冷却は直接又は間接法でもよい。
ゼオライト触媒は各段階に固定床又は移動床とし
て設けられる。各床中の触媒量は装入物の高オレ
フイン系生成物への転化中反応熱が放出される際
各床をとおして均一温度上昇がおこる様にする。
各床をとおしての温度上昇と各床の触媒量は装入
物の望む全転化率、メタノールのオレフインへの
転化の全断熱温度上昇および上記転化の感度助変
数に基づくのである。連続する各床中に触媒を入
れまた反応熱除去の段階間冷却を与えることによ
つて安定操作がえられガソリン沸とう範囲の炭化
水素への好ましくない転化は避けられる。 化学反応と与えられた触媒に対する感度助変数
は一定であり反応速度の温度へのアレニウス依存
度および反応速度が関係温度範囲にわたりほぼ直
線であると仮定することによつて近づけうる。故
に感度助変数は 式: θ=RTo2/E (但しθは感度助変数を表わし、Rはガス常数を
表わし、Toは初期温度を表わし、Eは活性化エ
ネルギーを表わす)から計算できる。メタノール
のエチレンへの転化におけるθは約18℃に等し
い。 発熱化学反応が断熱反応機中で行なわれる場合 式: XA=ΔTCp/(−ΔH) (但しXAは転化率を表わし、ΔTは断熱温度上昇
を表わし、ΔHは反応熱を表わし、Cpは入る反応
体モル当りの供給流の比熱単位で表わした供給流
の比熱を表わす)から転化度がえられる。ΔTに
ついて解けば ΔT=XA(−ΔH)/Cp 故に比転化度と与えられた供給組成物における
発熱反応の全断熱温度上昇は供給物比熱と反応熱
から計算できる。 断熱触媒床中で行なわれた場合流速、触媒段
階、供給物組成又は装入温度の変動に調節でき余
り敏感でない発熱反応における床内の温度上昇は
感度助変数θに限定する必要がある。反応の全断
熱温度上昇が感度助変数より大きい場合、調節で
きる条件のもとで望む転化率をえるには多段触媒
床を使用しなければならない。必要な最小床数は
ΔT合計/θに等しい。全断熱温度上昇の感度助変 数に対する比が整数でない場合必要最小床数とし
て次の大きい整数をとるべきである。 本発明によれば第2工程反応機をとおる反応混
合物は各触媒床を軸流形で又は好ましくは放射流
形で流れてもよい。放射流形は流れ方向の大断面
積と小床厚さのため各触媒床をとおして圧力低下
が小さくなる。固定床又は移動床いづれにも放射
流形が使用できる。 第2反応域からの流出物はエチレン、水、未転
化メタノールおよび未転化ジメチルエーテルを含
むガス流である。少量の軽パラフインおよび炭素
原子3乃至10をもつ他の炭化水素も低濃度で含ま
れる。流出物を凝縮機にとおして未反応メタノー
ルの大部分を含む水相、C5+炭化水素を含む液
相および生成エチレン、他の軽炭化水素および未
転化ジメチルエーテルを含むガス相の3相が生成
される。 メタノールを脱水触媒と接触させると平衡混合
物がえられる。 2CH3OHCH3OCH3+H2 …(1) ゼオライト触媒はメタノールとジメチルエーテ
ルをオレフイン生成物に転化する。 2CH3OH→CH2=CH2+2H2O CH3OCH3→CH2=CH2+H2O …(2) …(3) これらの反応はすべて発熱反応なので第2反応
域で転化されたメタノールはそこで更に熱を生ず
る。メタノールとDMEは高エチレン選択性をえ
る様この操作では僅か1部分(<90%)が炭化水
素に転化される。メタノールとDMEの転化が90
%以上になると、増加量はガソリン沸とう範囲の
炭化水素、例えば芳香族化合物に転化される。非
常にオレフイン系生成物を望む場合転化反応は望
むエチレン量生成に限られることは認められるで
あろう。約30乃至約90%の転化率が普通使われ
る。 望むオレフイン生成物をえるため部分転化操業
をしなければならないので、流出物は相当量の未
転化メタノールとジメチルエーテルを含む。した
がつて未反応装入物を生成流から回収しそれを初
めの操作工程に戻してこの操作の経済性を改善す
ることがよい工業的実施法である。この方法は低
脂肪族アルコールを高オレフイン生成物に転化す
る知られた方法に使われている。未反応アルコー
ルと未反応エーテルが別に回収されこの操作に再
循還されるが、両循還流はいづれの場合も新装入
物と混合される。しかし本発明の好ましい形態に
よればもし回収アルコールが操作への新装入物
に、即ち脱水触媒を含む第1反応域での処理に再
循還されまた回収エーテルがゼオライト触媒を含
む第2反応域で処理される様第1反応域からえら
れた平衡混合物に再循還されるならば大きな利益
がえられる。循還エーテルを新装入物から分離し
それをアルコール−エーテル−水平衡混合物と混
合し一方循還アルコールは触供給アルコールと混
合することによつて多くの操業利益がえられる。
式(1)から明らかなとおりアルコールとエーテルの
再循還は脱水反応機中でアルコールのエーテルと
水への転化の増加となる。また上記のとおり再循
還流をそれぞれに向けることにより供給物のより
多くがオレフイン生成物に転化された場合アルコ
ールの場合程熱を放出しないエーテルとして第2
反応域に入るのでこの反応域における熱負荷が減
少する。発生反応熱は次のとおり:
[Table] Although it is desirable if the reaction is exothermic because it eliminates the need for an external heat source, the large amount of heat generated requires a substantial investment in significant internal cooling equipment after a complex reaction. From the table above it can be seen that the conversion of methanol is significantly exothermic at this point, with methanol being less exothermic. Additionally, due to the inherent properties and efficiency of crystalline aluminosilicate zeolite catalysts, the reaction of methanol is self-promoting and creates significant hot spots in the catalyst bed to complete the reaction, whereas ethanol is less so. This extremely exothermic reaction in an adiabatic catalyst bed reactor increases the rate of catalyst aging and causes thermal catalyst damage. Furthermore, this high temperature causes an undesirable product distribution. Therefore, it is important that the conversion of methanol to useful products be sufficiently thermally dispersed so that the temperature of any part of the catalyst bed is kept within predetermined limits. Furthermore, it is generally good industrial practice to use reactor capacity and ancillary equipment more effectively for reactant conversion at higher pressures. However, high pressures using charged methanol tend to produce large amounts of 1,2,4,5-tetramethylbenzene (durene), an undesirable by-product, while low pressures, for example below 450 kPa, are good for producing light olefins. Various methods have been used to control the heat generated in this process. For example, U.S. Pat.
(Operating conditions selected to suppress it to 25%) and
See No. 4238631 (rising reactor and dense fluidized catalyst bed). US Pat. No. 4,035,430 describes a method for controlling the heat generated when converting methanol to gasoline boiling range products. After converting the feedstock to an equilibrium mixture in a dehydrating catalyst bed, it is passed through a series of zeolite catalyst beds of increasing size with interstage cooling with methanol, dimethyl ether, and/or light hydrocarbons to remove the heat of reaction. . The temperature rise in any bed does not exceed approximately 28°C and the total temperature rise does not exceed approximately 110°C. There is no detailed description of how the relative size of each catalyst bed affects the thermal stability of the reaction. Furthermore, there is no mention of the success of converting the alcohol charge primarily into olefinic hydrocarbons rather than aromatics. In US Pat. No. 2,319,620, multiple fixed beds of catalysts are used for endothermic catalytic cracking of hydrocarbons and for periodic exothermic regeneration of coking catalysts. The hydrocarbon reactant is divided into as many streams as there are fixed catalyst beds, with each stream passing through only one bed. Reactant flow through each bed may be axial or radially inward. US Patent No.
No. 2475855 also uses a series of fixed catalyst beds for endothermic cracking of hydrocarbons. This hydrocarbon stream flows continuously in a radial fashion through a series of beds. The radial flow may be inward or outward. The coked catalyst is regenerated in situ and the heat generated during regeneration is absorbed within each bed and released during endothermic decomposition of the hydrocarbons. Since heat storage results in an increase in the temperature of the reactants passing through the bed, an additional amount of hydrocarbon liquid is introduced between each bed through the injection nozzle to lower the temperature of the mixture sent to the next bed. The size of the catalyst bed is increased in the flow direction to account for the introduction of additional reactants between the beds. This patent does not suggest that the method described is applicable to exothermic reactions or that the radial flow configuration used has a lower pressure drop than other flow configurations. Although the use of high pressures in the conversion of alcohols to olefins usually provides efficient use of processing equipment, low pressures produce significantly higher amounts of light olefins in the product. Therefore, it is desirable to limit the pressure loss of the device so that low charging pressures can be used. Furthermore, although it has been observed that olefin selectivity can only be improved by partial conversion of the feed alcohol ether, this approach also incurs significant economic losses since, for example, methanol costs require recovery and recycling of unreacted reactants. It is also often recognized that The present invention combines methanol alone or its corresponding ether in the presence of a zeolite catalyst by placing the zeolite catalyst in a series of beds and cooling the effluent from each bed between stages to limit the temperature rise of each bed. This is based on the observation that the heat generated in the conversion reaction of the mixture can be effectively removed and stable operation can be achieved.
It has also been discovered that the pressure drop across each catalyst can be minimized by passing the reaction mixture radially through each bed. It has also been discovered that significant economic improvements in operation can be made by recycling unconverted alcohol to the dehydration step and unconverted ether to the conversion step. In accordance with the present invention, a methanol-containing feed is contacted with a dehydration catalyst at an elevated temperature to produce an ether-rich product and the product is characterized in that: (i) a pore size greater than 5 angstroms, a silica to alumina molar ratio of at least 12; with a constraint index of 12 or
or (ii) alternating cooling zones with catalyst beds consisting of any crystalline aluminosilicate zeolite with a predominant pore size of 6 angstroms or less and a pore size defined by eight-membered rings with oxygen atoms. The reaction mixture is brought into contact with a catalyst under heating several times to achieve a predetermined conversion rate to olefinic hydrocarbons, and the temperature reduction of the reaction mixture by passing through each cooling zone is equal to the temperature in the catalyst bed just before that. and the temperature rise of the reaction mixture through each catalyst bed shall be no greater than the sensitivity parameter for the conversion of methanol to ethylene, and the number of catalyst beds shall be equal to the total adiabatic temperature rise for a given conversion reaction. There is provided a method for converting methanol to olefinic hydrocarbon products such that the ratio of methanol to the sensitivity parameter is at least equal to the ratio of . The ether-rich product may be passed axially or radially through the zeolite catalyst bed, and the zeolite catalyst bed may be a fixed bed or a moving bed. In the case of a moving catalyst bed, the reaction mixture stream can be cocurrent or countercurrent with the catalyst stream. The olefinic hydrocarbon product of this process always contains some unreacted methanol and/or ether. This unreacted material can be suitably separated from the product mixture and recycled to the operation. The methanol is returned to the dehydration step and the ether to the conversion step. According to the invention, methanol alone or together with its corresponding ether reacts with olefinic hydrocarbons, in particular in a reactor with specifications that allow effective regulation of the heat released during the conversion of the ether-rich intermediate to olefinic hydrocarbons. Specifically, it is converted to ethylene. The reactants may consist of methanol and dimethyl ether, and the olefinic product may be primarily ethylene. Although the process of the present invention involves the conversion of methanol to olefinic products, the feed stream to the operation may also contain small amounts of other alcohols, such as ethanol, propanol, and isopropanol. In the first step of the process, methanol is contacted with a dehydration catalyst to produce a water- and ether-rich intermediate product. The dehydration catalyst can be any catalyst that provides intermolecular dehydration of the alcohol reactant to an ether-rich product having a higher carbon to oxygen ratio than the feed. Dehydration reactions that can occur include those that produce simple ethers and mixed ethers such as dimethyl ether and diethyl ether. These intermediates are produced by intermolecular dehydration of the corresponding alcohol reactants, and all of these condensations are exothermic reactions. It is generally known that these dehydration reactions use alumina compositions such as gamma alumina, but
Other acidic catalysts known in the art are also very effective for dehydration. It will be appreciated that intramolecular dehydration was not possible using the methanol charge and the dehydration reaction proceeded exothermically only to form dimethyl ether. The method of the invention consists of two successive catalyst contacting steps,
Both processes generate heat. The exotherm in the first step is limited by the inhibition of conversion of methanol to a near-equilibrium mixture of dimethyl ether, methanol, and water. The conversion product or first stage effluent is at a temperature of about 310 to about 400°C due to the exotherm, which is heated to a temperature of about 270 to about 400°C by indirect heat exchange with the circulating heat exchange fluid according to the second stage zeolite catalyst. Well regulated to a temperature of 430℃. For example, the heat exchange fluid may be water or methanol passed through the first step. A second step catalytic conversion reaction converts the first step effluent consisting of methanol, dimethyl ether and water to an olefin-rich product. The operation is a highly exothermic reaction and some crystalline zeolites, especially ZSM
- It occurs rapidly in the presence of type 5 crystalline zeolite and small-pore crystalline zeolite. Generally, the ZSM-5 type zeolite used in the present invention is a crystalline zeolite with a silica to alumina ratio of 12 or greater and a constraint index (CI) of about 1 to about 12. These zeolites and their use as catalysts for the conversion of lower aliphatic alcohols are described in the above-mentioned U.S. patents, particularly Nos. 3,894,106 and 4,025,571;
4058576 and 4148835. Preferred zeolites are ZSM-5 type zeolites,
For example, ZSM-5, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-
23, ZSM-35 and ZSM-38, and ZSM-5
is particularly preferred. ZSM-5 is described in U.S. Pat. No. 3,702,886, and ZSM-11 is described in U.S. Pat. No. 3,709,979.
ZSM-12 is covered by U.S. Patent No. 3832449, ZSM-23 is covered by U.S. Patent No. 4076842, and ZSM-35 is covered by U.S. Patent No.
4016245, and ZSM-38 is U.S. Patent No.
Each is described in No. 4046859. Particularly preferred catalysts are large crystals, i.e., U.S. Pat.
At least one as described in Nos. 4025571 and 4148835
It is made of ZSM-5 type zeolite with a crystal diameter of microns. Other particularly preferred catalysts include additional components for improving ethylene selectivity, such as amorphous silica dispersed within the zeolite crystal structure.
It consists of ZSM-5. This type of catalyst is described in US Pat. Nos. 4,060,568 and 4,100,219. In addition to ZSM-5 zeolite, other zeolites known in the art as small-pore crystalline aluminosilicate zeolites can also be used in the present invention. This small-pore zeolite can be either naturally occurring or artificial, such as erionite, chiabazite, zeolite T, zeolite ZK-5 and
There is ZSM-34. Zeolite T has U.S. Patent No.
No. 2950952, zeolite ZK-5 is U.S. Patent No.
3427195, and ZSM-34 is U.S. Patent No.
4079095 and 4079096, respectively. The crystal structure of this type of zeolite is such that the pore size of most of the zeolites is greater than 3 angstroms and smaller than 6 angstroms, allowing access to and exit from the intracrystalline free space. This zeolite also has almost 8
It is characterized by a hole window that can form a member ring. Of course, this eight-membered ring is created by the regular arrangement of tetrahedra that make up the anionic skeleton of crystalline aluminosilicate, and the oxygen atom itself is bonded to a silicon or aluminum atom at the center of the tetrahedron. . The pores that characterize this zeolite are approximately
A substantially circular or approximately 3.6 x 5.2 zeolite, such as ZSM-5, with uniform diameter pores of 3.9 angstroms.
It may also be somewhat oval, such as erionite, which has angstrom pores. In both cases, small pore zeolites primarily have pore sizes smaller than 6 angstroms. The pore sizes of these zeolites as well as other suitable zeolites are determined in Advances in
Chemistry Series. 101, 155-170 (1971)
Described in "Zeolite Organization" by WM Mayer and DH Olson. According to the invention, the conversion reaction of the ether-rich effluent from the first step to highly olefinic hydrocarbon products is carried out in a continuous multistage adiabatic reactor with interstage cooling. Cooling can be direct or indirect.
The zeolite catalyst is provided in each stage as a fixed bed or a moving bed. The amount of catalyst in each bed is such that a uniform temperature increase occurs throughout each bed as the heat of reaction is released during the conversion of the charge to high olefinic product.
The temperature rise through each bed and the amount of catalyst in each bed are based on the desired total conversion of the charge, the total adiabatic temperature rise of the conversion of methanol to olefins, and the sensitivity parameters of the conversion. By including the catalyst in each successive bed and providing cooling between stages of reaction heat removal, stable operation is achieved and undesirable conversion to gasoline boiling range hydrocarbons is avoided. The sensitivity parameters for a chemical reaction and a given catalyst are constant and can be approximated by assuming the Arrhenius dependence of the reaction rate on temperature and that the reaction rate is approximately linear over the relevant temperature range. Therefore, the sensitivity parameter can be calculated from the formula: θ=RTo 2 /E (where θ represents the sensitivity parameter, R represents the gas constant, To represents the initial temperature, and E represents the activation energy). θ in the conversion of methanol to ethylene is approximately equal to 18°C. When an exothermic chemical reaction is carried out in an adiabatic reactor, the formula: The degree of conversion is obtained from the specific heat of the feed stream expressed in units of specific heat of the feed stream per mole of reactant entering. Solving for ΔT: ΔT=X A (−ΔH)/Cp Therefore, the total adiabatic temperature rise for an exothermic reaction for a given feed composition and specific conversion can be calculated from the feed specific heat and the heat of reaction. In exothermic reactions which are less sensitive to variations in flow rate, catalyst stage, feed composition or charge temperature when carried out in an adiabatic catalyst bed, the temperature rise within the bed must be limited to the sensitivity parameter θ. If the total adiabatic temperature rise of the reaction is greater than the sensitivity parameter, multiple catalyst beds must be used to obtain the desired conversion under controllable conditions. The minimum number of beds required is equal to ΔT sum/θ. If the ratio of the total adiabatic temperature rise to the sensitivity parameter is not an integer, the next larger integer should be taken as the required minimum number of beds. According to the invention, the reaction mixture passing through the second stage reactor may flow through each catalyst bed in axial flow or preferably in radial flow. The radial flow configuration has a large cross-sectional area in the flow direction and a small bed thickness, resulting in a small pressure drop through each catalyst bed. Radial flow types can be used with either fixed or moving beds. The effluent from the second reaction zone is a gas stream containing ethylene, water, unconverted methanol, and unconverted dimethyl ether. Small amounts of light paraffin and other hydrocarbons having 3 to 10 carbon atoms are also present in low concentrations. The effluent is passed through a condenser to form three phases: an aqueous phase containing most of the unreacted methanol, a liquid phase containing C 5 + hydrocarbons, and a gaseous phase containing the produced ethylene, other light hydrocarbons, and unconverted dimethyl ether. be done. Contacting methanol with a dehydration catalyst results in an equilibrium mixture. 2CH 3 OHCH 3 OCH 3 +H 2 ...(1) Zeolite catalyst converts methanol and dimethyl ether to olefin products. 2CH 3 OH→CH 2 =CH 2 +2H 2 O CH 3 OCH 3 →CH 2 =CH 2 +H 2 O …(2) …(3) Since all these reactions are exothermic, the methanol converted in the second reaction zone generates more heat there. Only a portion (<90%) of methanol and DME is converted to hydrocarbons in this operation, resulting in high ethylene selectivity. Conversion of methanol and DME is 90
%, the increased amount is converted to gasoline boiling range hydrocarbons, such as aromatics. It will be appreciated that if a highly olefinic product is desired, the conversion reaction will be limited to producing the desired amount of ethylene. Conversion rates of about 30 to about 90% are commonly used. Because a partial conversion operation must be performed to obtain the desired olefin product, the effluent contains significant amounts of unconverted methanol and dimethyl ether. It is therefore good industrial practice to recover the unreacted feed from the product stream and return it to the initial operating step to improve the economics of the operation. This process is used in known processes for converting low aliphatic alcohols to high olefin products. Unreacted alcohol and unreacted ether are separately recovered and recycled to the operation, but both recycled streams are in each case mixed with fresh charge. However, according to a preferred form of the invention, if the recovered alcohol is recycled to the new charge to the operation, i.e. to treatment in the first reaction zone containing the dehydration catalyst, and the recovered ether is recycled to the second reaction zone containing the zeolite catalyst. Significant benefits can be obtained if the equilibrium mixture obtained from the first reaction zone is recycled to be processed in the first reaction zone. Many operational benefits are obtained by separating the recycled ether from the fresh charge and mixing it with the alcohol-ether-water equilibrium mixture while mixing the recycled alcohol with the feed alcohol.
As is clear from equation (1), recycling of alcohol and ether increases the conversion of alcohol to ether and water in the dehydration reactor. Also, if more of the feed is converted to the olefin product by directing the recycle streams to each as described above, the secondary ethers, which do not release as much heat as in the case of alcohols, are
Since it enters the reaction zone, the heat load in this reaction zone is reduced. The heat of reaction generated is:

【表】 2反応域中の転化後第2反応域からの流出物は
凝縮機に送られる3相に分けられる。これは実質
的に未反応メタノールと未反応ジメチルエーテル
を全部明白な別相に有効に分ける。水相と炭化水
素相の不混和2液相がガス相と共にえられる。未
反応アルコールは水相に入りまた未反応エーテル
はガス相に入る。水相は多量の水を含みその大部
分は新装入物に加えるとよくないので、この相の
含水量を減少した後この水少量と混合した回収ア
ルコールを再循還する。蒸発および水蒸気ストリ
ツピングの様な方法がこの水除去に使われる。未
転化エーテルはガス相中に操作からのエチレンそ
の他の炭化水素生成物と共にあるので、エーテル
をこのガス相から除去してそれを再循還する必要
がある。これはガス相を圧縮機にとおし圧力をあ
げた後ガス相をそれからジメチルエーテルを選択
吸収させるに有効な吸収液と接触させて除去でき
る。メタノール又は水はいづれもエチレンその他
の生成ガスからジメチルエーテルを選択的に吸収
するので、これらは吸収液として便利に使用でき
る。 吸収液がメタノール転化に入り好ましくない副
作用を避けるためDMEを再循還させる前吸収液
からジメチルエーテルを分離することが好まし
い。分離はジメチルエーテルを含む吸収液を簡単
に減圧によつて分離ができる放出塔にとおして分
離できる。 今や付図を参考とし実施例によつて本発明を詳
述する。 付図1は本発明の方法を実施する概略図であ
る。 図2は図1と同じ図であるが、但し別の段階間
冷却法を使用するものである。 図3は図1と同じ図であるが、但し触媒床に放
射流をとおし使用するものである。 図4は図2と同じ図であるが、但し触媒床に放
射流をとおし使用するものである。 図5は触媒床に放射流をとおす4とおりのちが
つた方式図である。 図6は図3と同じであるが触媒再生装置をもつ
図である。 図7は図1のものと同じであるが未転化反応体
の分離再循還装置をもつ図である。 図8,9および10は方法の第2工程における
温度対触媒床長さをプロツトし操作の温度特性を
示す図である。 先づ図1において水約50重量%を含む供給メタ
ノールは線2をとおり操作に入る。これは線4か
らの未反応メタノール豊富な再循還水流および線
6からの未反応ジメチルエーテル(DME)豊富
な再循還流と混合される。混合流は熱交換機8に
おいて反応温度285〜370℃に熱せられ線10をへ
て脱水反応機12に送られ、ここでメタノール、
DMEおよび水の本質的平衡混合物に変えられる。
この平衡混合物は脱水反応機を出て線14をとお
り熱交換機16中で270〜370℃に調節された後線
18をへて多段式ZSM−5固定床断熱反応機2
4に入る。 次いで混合物は第1段触媒床と接触し炭化水素
が生成されまた転化反応の発熱によつて反応体と
生成物混合物の温度が上昇する。混合物は第1段
触媒床を出て間接熱交換によつて第1段触媒床に
入る反応体混合物と実質的に等温度に冷却され
る。次いで冷却された反応体と生成物混合物は第
2段触媒床に入り更に反応体転化かおこり更に熱
が発生し再び反応体と生成物混合物の温度上昇と
なる。この混合物は第2段触媒床を出てまた間接
熱交換によつて第1段触媒床に入る際の温度とほ
ぼ同じ温度に冷却される。この転化、発熱および
冷却操作が最終触媒床(第N段)に達するまで繰
返される。終りから2番目(第N−1段)を出た
混合物は間接熱交換により冷却されて第N段触媒
床に入る。第N段触媒床を出るとメタノールと
DMEの望む転化率がえられ加熱された生成物と
反応体流は反応機を出て線32をへて熱交換機3
4中で冷却され線36をへて生成物回収装置38
に入る。 冷却された生成物と反応体混合物は、(1)炭化水
素液相、(2)未反応メタノールの大部分および
DME少量を含む水相、および(3)大部分の生成軽
オレフイン炭化水素と大部分の未反応DMEを含
むガス相の3相である。 水相は水蒸気ストリツピング、蒸発および蒸留
の様な種々の分離法によつて線4をへて再循還水
流となる。これは脱水工程で生ずる生水相よりも
高濃度のメタノールを含む。この循還流はまた水
相中に初めあつたDMEの大部分も含む。再循還
水流の望む組成をえるための上記分離法全部を使
用する必要はないだろう。水相のこの処理はメタ
ノールの炭化水素への転化で生成された水と線2
の供給メタノール中に初めからあつた水の大部分
を回収しこれらの物質は線40により系から除去
され僅かに少量(<0.5重量%)のメタノールと
DMEを含む水性生成物となる。 凝縮後に残るガス相は圧縮され吸収機に送られ
未反応DMEが回収される。適当する吸収剤はメ
タノール、供給メタノールおよび水であるが、そ
れぞれ効率がちがう。DME豊富な溶液は線42
と6をへて脱水反応機又は線42と44をへて多
段式固定床反応機のいづれかに戻すに適当な
DME豊富流をえるためストリツプされる。吸収
機からのDMEを僅かに含む部分はエチレン、プ
ロピレン、ブテン類およびガソリン部分回収の普
通のオレフイン工場で使われるものと同じオレフ
イン回収装置に線46をへて送られる。 別法としてガス相は圧縮し蒸留装置におくり前
のとおり再循還のため種々炭化水素とDMEを回
収できる。 炭化水素液相は軽オレフイン生成物回収のため
安定化できる。安定化された液体はオレフイン回
収装置から回収されたガソリン沸点範囲成分と混
合して最終ガソリン又はガソリン混合原料をつく
ることができる。 図1はDME再循還流を処理する2方法を示し
ている。脱水反応機に未反応DMEが全部供給さ
れる図が記載されている。しかしある場合線42
中の未反応DMEを線44と18により直接多段
式固定床反応機に供給することが望ましい。この
最後の操作の利点は、(1)脱水反応機中のメタノー
ルのDMEと水への転化率増加、および(2)供給物
のより多い部分が炭化水素に転化されたときメタ
ノール程に熱を発生しないDMEとして入ること
による多段式反応機における負荷熱減少である。
この負荷熱減少は多段式反応機の安定性を増加す
る。更にこの再循還法の詳細は付図7について下
記する。 図1に示した段階間間接冷却の代りに段階間に
おいて、(1)供給液、(2)水、又は(3)低圧水蒸気(例
えば450KPaの操作水蒸気)で直接冷却すること
によつて望む冷却ができる。この別法は図2にこ
の系の多段式反応機のみを示しているが系の他の
部分は図1のそれと同じである。図2において脱
水工程からのメタノール、DMEと水の混合物は
線118をへて反応機124に入り最終生成物は
線132をへて出る。種々の源泉からえられた冷
却用液は線190をへて直接に各段階間直接冷却
域に入る。操作への供給物からえられた多数の液
体が冷却用に使用できる。脱水反応機12への装
入物、即ち線2,4および6から入つた混合流が
使用できる。直接冷却用の他の可能な供給液源は
線2からのメタノール、線4からの循還水相、線
6と42からの循還DME又は脱水反応機からの
凝縮生成物(線14からの冷却された液)があ
る。他の直接冷却用液源は水と低圧(450KPa)
操作流である。水又は水蒸気と1操作流を使う段
階間直接冷却の主要な差異は注入される直接冷却
のあとの段階でオレフインに転化されるであろう
反応体を操作流が含んでいることである。 上記の多段式断熱反応機の次の好ましい運転条
件は小規模反応機からえた結果に基づく。高操作
圧が軽オレフインの収率を低下することはよく知
られている。したがつて多段式反応機の入口圧力
は520KPa以下、好ましくは380KPaとすべきで
ある。全段階を1容器内におさめれば経済的に好
ましいが重要ではない。段階間冷却は段階間の混
合域に液注入装置と散布器が使われる。各段階の
固定触媒床は直径1.5乃至6m、好ましくは2.5乃
至4.5mである。圧力低下と経済的考察から空間
速度(全供給物基準のWHSV)は0.2〜2範囲と
すべきである。好ましい操作温度はZSM−5型
ゼオライトに対しては約270乃至約370℃でありま
た小孔ゼオライトに対しては約315乃至約485℃で
ある。触媒老化に対しては各段階の導入温度上昇
で補償できる。米国特許第4025571号と4148835号
に記載の様に多床反応機中に大結晶(少なくも約
1ミクロン)ZSM−5ゼオライトより成る触媒
を使用するとよい。ZSM−5型触媒のヘキサン
分解活性(アルフア値)を減少するには水蒸気処
理をしなくても予めしてもよい。ここに記載の操
作条件のもとではアルフア値は20以上の必要があ
る。触媒にはまた米国特許第4060568号と4100219
号に記載のとおりエチレン選択性改良成分、例え
ば結晶内シリカを追加してもよい。もちろん他の
適当触媒も使用できる。 メタノールとDMEの全転率は30乃至約90%に
制限するとよい。高転化率においては好ましい温
度範囲においてさえかなり多量のメタノールが芳
香族化合物に転化されるであろう。部分転化確保
のため反応機形状および操作条件が不安定又は敏
感反応機運転(即ち操作条件の僅かな変動によつ
ておこる過度の温度上昇、従つて望む軽オレフイ
ン生成物の過度の転化)とならないことが大切で
ある。この反応機の安定操作のため各床の温度上
昇は大体感度助変数値、即ち殆んどの場合約10乃
至約25℃、しばしば約18℃以下に制限する必要が
ある。固定床の最小数は上記のとおり全断熱温度
上昇と感度助変数から計算でき、普通2乃至15、
しばしば4乃至10である。一般に床数が多い程ど
の固定床への供給物温度変動に対しても系のうけ
る影響はより小さい。しかし経済的考察によれば
一定温度変動内としたより少数床の使用がどの床
からの流出物もZSM−5ゼオライトにおいて約
370℃を、又は小孔ゼオライトにおいて約485℃を
超えないものとするであろう。 この方法への供給メタノールの含水量は名目0
乃至約70重量%、好ましくは約20乃至約50重量%
で変えうる。メタノールと水のどんな“当量”供
給物も使用できる。問題のメタノールと水の供給
物および操作生成物から回収された適当再循還流
が与えられたメタノールと水供給物の脱水触媒と
の接触でえられた平衡混合物と実質的に同じ組成
をもつゼオライト触媒反応機への供給物を生成す
る場合メタノールと水供給物は与えられたメタノ
ールと水供給物に“当量”であるということがで
きる。 図3に示されている図は上記図1のものと同じ
であるが、但しこの場合多段床反応機の個々の触
媒床において反応混合物が放射状に流れるデザイ
ンになつている。この反応機形状によつてガス状
反応混合物は各触媒床を放射状にとおり、各床内
の触媒は有孔環状籠に入れられている。 この様な籠を使うので反応混合物は反応機中の
環状空間から有孔籠の外面をとおり触媒体を中心
に向けて流れる。触媒籠の上下は閉じられている
ので反応体と生成物混合物は触媒床中軸方向には
流れることができずまた混合物を次の冷却段階に
はこぶ中心管へ近道もできない。反応混合物が触
媒をとおる際その少なくも1部はオレフイン系生
成物に転化され発熱して混合物温度を上昇させ
る。各籠の内面も有孔板であり中心管を区切つて
いる。したがつて反応混合物は内面の孔をとおり
加熱された混合物を冷却段階に導びく中心管中に
流れる。 反応混合物は線220と222をへて外環22
4中の第1段階に入り中心に向つて流れ第1段触
媒床226と接触する。炭化水素が生成された反
応体と生成物混合物温度は操作の発熱によつて流
れ方向に上昇する。混合物は第1段階224を出
て中心管228をへてコイル230中の冷却剤と
の間接熱交換によつて冷却され第1段の供給温度
と実質的に同温度となる。次いで冷却された反応
体と生成物混合物は外環から第2段階に再び入
る。反応体と生成物混合物は第2段触媒床と接触
して更に反応体は転化され更に熱を生ずる。上記
と同様の転化、発熱および冷却操作をくり返して
最終触媒N段階まで達する。N触媒床を出ればメ
タノールとDMEの望む転化率がえられる。高温
生成物と反応体流は反応機を出て線232をへて
熱交換機234中で冷却され一部凝縮し線236
をへて生成物回収機238に入り図1について上
記したとおり更に処理される。上の図1のとおり
多段階反応機に向ける未反応DMEの再循還法は
図7について下記する。 図に示す間接段階間冷却の代りに直接冷却によ
つて望む冷却効果をこえることもできる。この直
接冷却は図2について上記したと同様の方法でで
きるが、図3の放射流形態について図4に図示し
ている。 図3と4に示す図のどの段階についても4放射
流方向が使用可能である。図5はこれらの方向を
1固定触媒床について示している。放射流は図5
aと5bに示すとおり外面から内方へ流れてもよ
く、また図5cと5dに示すとおり中心から外方
へ流れてもよい。また図5aと5cのとおり共流
でも又は図5bと5dのとおり向流でもよい。図
5a型は図3,4および6に示されているが、他
の3型のいづれもその型が特によい場合には使用
できる。図5cの流形は図5a流形使用装置の配
管を少し修正することによつて適当できるが、図
5bと5d流形は甚しい配管変更を要することは
認められるであろう。基本設計においてさえ図5
aと5c流形は異常の設計又は配管問題はない
が、図5bと5dのものは望む放射流形とするた
め反応容器に外部からの配管が必要である。 この方法に使用のゼオライト触媒は定期的に再
生しなければならないので、触媒が1連の触媒床
をとおり重力で移動し最終床から再生のため別域
に回収された後この系の第1床に戻される様設備
できる。図6は放射流と移動床多段式反応機の組
合せ図である。図はあらゆる点で図3について上
記した処と、触媒再生設備のある以外は同じであ
るので、図の触媒再生法のみについて記述する。
図6の再生機450で再生されたゼオライト触媒
は線452をとおり、線454から入る必要な追
加供給触媒と共に送られて第1段の触媒籠に触媒
を供給するホツパー456をとおつて多段式反応
機の頂部424に入る。触媒は重力流によつて下
降し通路458をとおつて次の段階に移る。触媒
は一般に反応混合物と全体にわたる共流関係にお
いて段から段に流れる。反応混合物は各触媒床を
放射流形状にとおるが、“全体にわたる共流関係”
および同様の字句は新供給物が先づ新触媒又は新
再生触媒と接触し各段階をへて除々に触媒によつ
て望む生成物に転化され、触媒は除々に絶えず失
活し最後に望む所定転化率における反応混合物と
失活した触媒の両方が多段式反応機の下端から出
る様な流れの記述に使われる。N段からの触媒流
はホツパー460に集められ線462により触媒
再生機450に送られる。別に各段からの触媒が
直接触媒再生機450に送られてもよい。この場
合各段の触媒再生は別々に行なわれる。移動床中
の触媒循還は失活速度によつて、順に使用特定触
媒と運転条件によつて連続又は間欠的にできる。
移動床多段式放射流反応機は固定床放射流反応機
のあらゆる利点をもちまた連続反応機運転手段と
もなる。これに反し固定床多段式反応機は別の再
生運動サイクルを要する。 別法においては供給物とゼオライト触媒が互い
に一般に全体をとおして向流関係において流れる
様供給流を多段式反応機の底から入れることがで
きる。これは“最高濃度”供給原料が“最低”活
性触媒と接触し“最低濃度”供給原料が“最高”
活性触媒と接触し、かくて共流方式の第1床でし
ばしばおこる過度の高反応速度問題をなくする様
な向流の普通の利点がえられる。 段階間間接冷却は図6に示されている。しかし
図4の関係で静止触媒床について上に記載のとお
り直接段階間冷却も可能である。図6において触
媒活性は段数の増すにつれて減少し1段目は最高
活性触媒を受け入れN段目は最低活性触媒をもつ
ので、2段目の装入温度は普通1段目のそれより
高く、装入温度は段数と共に増し、即ちN段目は
最高温度で操作される。しかし安定鈍感な反応機
運転をするため共流における様に別段内生成物と
反応体混合物温度を各段階の装入温度に近く調節
することが望ましい。 小規模等温反応機でえた結果に基づいて多段式
放射流反応機の次の好ましい運転条件が開発され
ている。軽オレフインの高収率をえるに低圧運転
が大切なので多段式反応機装入圧力は380KPa以
下、好ましくは275KPa以下とすべきである。全
ゼオライト触媒段階を1容器内におさめることは
普通経済的には好ましいが重要ではない。段階間
冷却には液注入方式と段階間の混合域中の隔板を
もつた拡散機がある。この反応機の直径は約1.2
乃至約4.5m、好ましくは約1.8乃至約2.8mが必要
である。放射状触媒床の厚さは約0.3乃至約1.2
m、好ましくは約0.6mが必要である。中心管直
径は約0.3乃至約1.0mとすべきである。圧力低下
と経済的考察によれば空間速度(全供給物基準、
WHSV)は約0.5乃至約5.0、好ましくは約1.5乃
至約3.5/時とする必要がある。 反応混合物をゼオライト触媒床に放射流形で送
る場合えられる圧力低下は同量の触媒と反応体の
同じ転化率において軸流形を実施した場合よりも
かなり小さい。実際放射流反応機内の圧力低下は
係数3であり同じWHSVにおいて操作した普通
の軸流充填床反応機を使つた場合よりも1桁程度
小さい。逆に与えられた触媒容量と許容圧力低下
に対して放射流反応機の生産量は普通の軸流充填
床反応機を使うよりも著しく大きい。より高いよ
り小径反応機を建造することがより経済的なので
L/D比が1/2より小さい放射流大径固定床(パ
ンケーキ反応機)が好ましい。 好ましい運転温度はZSM−5型ゼオライトに
ついては約270乃至約370℃の範囲また小孔ゼオラ
イトについては約315乃至約485℃の範囲である。
この放射流反応機における触媒老化の補償は各段
階への反応体と生成物流の装入温度を変えて調節
できる。 上記のとおり移動床反応機における触媒活性は
頂部から底まで(即ち第1段からN段まで)次第
に減少し相対活性は系をとおしての触媒循還速度
による。触媒循還速度が非常に小さくまた第1段
とN段目の触媒活性に著しい差がおこる場合に最
適状態が実現される。この場合あとの段階の相対
冷却は減少できるので各段階の供給物温度は段階
数増加と共に上昇する。この形態における温度は
一般に第1段において285℃から変り最終段階に
おいて355℃程度に高くなる。 図6において反応体と触媒移動は共流である、
即ち新供給物は最活性触媒と出合う。反応機の安
定性考察からこの方式の望ましい変更法は向流運
転であり、この場合供給流は反応機底から入りN
段目の最低活性触媒と出合う。反応体と生成物流
が上方に進み次第により活性な触媒と出合うにつ
れて反応体濃度が減少する。 放射流反応機中で使われる適当する触媒、転化
率および供給組成物は一般に図1と2に示す軸流
反応機に使う上記のものと同じである。 代表的運転条件における50:50(重量:重量)
メタノール−水供給物は50%転化に6段階が必要
である。反応機中反応が進むにつれて反応体濃度
は減少ししたがつて各段階の触媒量は反応体流の
方向に従がい増加する。(床当りの温度上昇はほ
ぼ一定)、固定床放射流反応機(例えば図3に示
すとおり)の段階間間接冷却使用の場合6床の解
媒量の相対割合は1.0:1.10:1.21:1.32:1.49:
1.78である。触媒籠の半径寸法は一定であるので
上の比率は各段階の高さの比となる。最小と最大
高さの実用限度は生産能力と供給流不良分布によ
つて定まる。軸長さは約0.6乃至約3m、好まし
くは約0.9乃至約1.2mがよい。移動床反応機形態
の各段階における触媒の相対割合は触媒の失活性
で決まり与えられた触媒に特定のものである。 さて図7において約50重量%までの水を含む新
供給メタノールは線502から入り線504から
の未反応メタノールの豊かな水性生成物再循還流
と混合される。この循還流は下記のあとの工程で
回収される。混合流は線506をへて熱交換機5
08中で反応温度(285〜370℃)に加熱され線5
10をへてガンマアルミナの固定床514をもつ
脱水反応機512に送られる。混合物はアルミナ
の接触作用によつてメタノール、ジメチルエーテ
ル(DME)と水の本質的平衡混合物に変えられ
線516で反応機を出る。下記吸収−放出操作で
回収された未反応DMEの循還流は線518をと
おり線516からの平衡混合物と線520中で混
合される。えた混合物は熱交換機522において
必要に応じ第2反応域に適した反応温度(270〜
370℃)に加熱又は冷却される。次いで混合物は
線524をへてZSM−5触媒をもつ反応機52
6中に流れる。反応機526は多数の触媒床と反
応混合物の段階間冷却部をもつ。床は固定床でも
移動床でもよい。反応混合物は軸方向に又は放射
状にこれらの各床を流れてもよい。上記のとおり
段階間冷却は直接又は間接法でできる。 反応機526から出る未転化メタノール、未転
化ジメチルエーテル、エチレン、他の炭化水素お
よび水蒸気より成る流出ガスは線532をへて凝
縮機534に入り、ここでメタノール、水蒸気お
よびC5+炭化水素は凝縮する。凝縮混合物と非
凝縮ガスは線536をへて分離機538に入り混
合物は3相に分けられる。反応機526を出て分
離機538で3相に分けられる流出物の代表的組
成(重量%)は次のとおりである: メタノール ジメチル エーテル 水 CO、CO2、H2合計 メタン エタン エチレン プロパン プロピレン イソブタン n−ブタン ブテン類 C5 + 8.7 8.1 70.0 <0.1 0.1 <0.1 3.3 0.6 2.1 0.6 0.2 1.0 5.1 分離機538中の最下層はメタノールの炭化水
素への転化により生成された水、供給物中に含ま
れていた水および未反応のメタノールと少量のジ
メチルエーテルより成る水層である。水層とガス
層の間の第2層はC5 +炭化水素、即ち高分子量脂
肪族および芳香族炭化水素より成る炭化水素であ
る。最上層はガスで水蒸気で飽和した軽炭化水
素、主としてエチレンおよび実質的未反応ジメチ
ルエーテル部分より成る。 先づ水層は引出され線540をへて送られる。
この水相中に水の不要量があるので、その1部は
線542をへて水蒸気ストリツパー544に送ら
れる。 ストリツパー544に入れられた水蒸気はスト
リツパーをとおり流下する水相部分から未反応メ
タノールと僅かのDMEを除去する。分離された
生成物は線546をへて線504中で残りの水相
部分と合流し線502に送られ上記のとおり新供
給メタノールと混合される。未反応メタノールと
DMEを分離された水はストリツパー544から
線548をへて捨てられる。ストリツパーに向け
られた水相部分の線504で再循還させる量をこ
の方法の効率的運転に望ましい量に限る様変更さ
れることは認められるであろう。先づ大体におい
てストリツパーに向けられる水相量中少なくとも
メタノールとDMEの炭化水素への転化で生ずる
水量を線548をとおして廃棄させるべきであ
る。DME回収に使われる吸収液の性質の様な操
作の変数は水相ストリツピングをより多く又はよ
り少なく指示するだろう。このストリツピング操
作は操作と生成物が必要とする様調節できる。 C5 +炭化水素を含む液体炭化水素相は分離機5
38から線550をへてとり出され回収又は更に
処理するため次の装置に送られる。例えばこの部
分はガソリン混合に有用な部分として使用でき
る。 分離機538中の第3相は実質的に生成エチレ
ン全量と共に軽炭化水素、微量のCO、CO2、H2
および比較的多量のジメチルエーテルを含むガス
相である。このガス相は線552をへて出され圧
縮機554によつて約1500KPaに圧縮され線5
56をへて例えばバールサドル、ラシツヒ環又は
ポール環が詰められた塔床560をもつガス吸収
塔558に送られる。線562から水が吸収塔5
58に入れられた水は塔を上昇するガスと向流流
下してガスからジメチルエーテルを効果的に除去
する。水にとけて回収されたDMEは塔558か
ら線564に出て放出塔566に入れられここで
減圧されてジメチルエーテルは水から分離され
る。放出塔566をとおつた水は線562をへて
吸収塔558に再使用循環される。必要ならば線
568をへて水が吸収系に追加される。 分離されたジメチルエーテルは放出塔566か
ら線518をへて線520に再循還され、ここで
上記のエチレン豊富な生成物に転化のため脱水反
応機512から出たメタノール、ジメチルエーテ
ルおよび水の平衡混合物と合併される。 部分的に精製されたエチレン流は線570をへ
て吸収塔558から出されガス工場572に送ら
れる。望む純度のエチレンがガス工場から線57
4をへて回収されプロピレンやブテン類の様な重
炭化水素は線576をへてガス工場から出る。ガ
ス工場はまたCO、CO2、H2、CH4およびC2H6
去の役をする。 次の実施例は本発明を例証するものである。 実施例 1 メタノールのオレフイン系炭化水素への転化反
応は非常に発熱的でありアンモニア合成又はメタ
ノール製造とちがつてなんの熱力学的平衡制限も
ない。したがつて高温は与えられた触媒床中の転
化反応又は温度上昇を制限しない。流量、触媒状
態、供給物組成および装入温度の変動を調節でき
過度に敏感でない反応において各床における温度
上昇は大体感度助変数値、即ち約18℃に限定する
必要がある。 下記表に反応機性能上許容できるこのΔT/
床の影響をまとめて示している。考えられた状態
は脱水反応機に水50重量%とメタノール50重量%
の供給物を装入した後転化反応機中ゼオライト触
媒の4、6および8段床による安定50%全転化率
である。対応する床当り温度上昇はそれぞれ27、
18および13.6℃とした。上記式を用いるとこのメ
タノール供給物50%転化からのオレフイン生成の
全断熱温度上昇は約108℃である。これは全触媒
が単一床にあつたならば初めの供給物装入温度
293℃に対して流出温度が約401℃となるであろう
ことを意味する。この様な温度上昇は操業不安定
となり高沸点生成物の実質的量の生成となるので
好ましくないだろう。更に触媒老化補償のため必
要な供給物装入温度の除々の上昇は更にこの不安
定操業を悪化する。表は多段床と間接段階間冷
却、流出温度320℃(4段)、311℃(6段)およ
び307℃(8段)において芳香族化合物への転化
なくオレフイン系生成物がえられることを示して
いる。
Table: After conversion in the two reaction zones, the effluent from the second reaction zone is divided into three phases which are sent to a condenser. This effectively separates essentially all of the unreacted methanol and unreacted dimethyl ether into distinct separate phases. Two immiscible liquid phases, an aqueous phase and a hydrocarbon phase, are obtained along with a gaseous phase. Unreacted alcohol enters the water phase and unreacted ether enters the gas phase. Since the aqueous phase contains a large amount of water, most of which is not good to add to the fresh charge, the recovered alcohol mixed with this small amount of water is recycled after the water content of this phase is reduced. Methods such as evaporation and steam stripping are used to remove this water. Since unconverted ether is present in the gas phase along with ethylene and other hydrocarbon products from the operation, it is necessary to remove the ether from this gas phase and recycle it. This can be removed by passing the gas phase through a compressor to increase the pressure and then contacting the gas phase with an absorption liquid effective to selectively absorb dimethyl ether. Methanol or water can be conveniently used as absorption liquids because both selectively absorb dimethyl ether from ethylene and other product gases. It is preferred to separate the dimethyl ether from the absorption liquid before the absorption liquid enters methanol conversion and the DME is recycled to avoid undesirable side effects. Separation can be carried out by passing the absorption liquid containing dimethyl ether through a discharge column that can be easily separated by reducing pressure. The invention will now be explained in detail by means of examples with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic diagram for implementing the method of the present invention. FIG. 2 is the same diagram as FIG. 1, but using a different interstage cooling method. FIG. 3 is the same diagram as FIG. 1, but using radial flow through the catalyst bed. FIG. 4 is the same diagram as FIG. 2, but using radial flow through the catalyst bed. FIG. 5 is a diagram of four different schemes for passing radial flow through the catalyst bed. FIG. 6 is the same as FIG. 3 but with a catalyst regeneration device. FIG. 7 is a diagram similar to that of FIG. 1, but with a separation and recycling system for unconverted reactants. Figures 8, 9 and 10 plot the temperature versus catalyst bed length in the second step of the process to illustrate the temperature profile of the operation. First, in FIG. 1, the feed methanol containing about 50% water by weight enters the operation along line 2. This is mixed with a recycle stream rich in unreacted methanol from line 4 and a recycle stream rich in unreacted dimethyl ether (DME) from line 6. The mixed stream is heated to a reaction temperature of 285 to 370°C in a heat exchanger 8 and sent through a line 10 to a dehydration reactor 12, where methanol,
It is converted into an essentially equilibrium mixture of DME and water.
This equilibrium mixture exits the dehydration reactor, passes through line 14, is adjusted to 270-370°C in heat exchanger 16, and then passes through line 18 to multi-stage ZSM-5 fixed bed adiabatic reactor 2.
Enter 4. The mixture then contacts the first stage catalyst bed to produce hydrocarbons and to increase the temperature of the reactant and product mixture due to the exotherm of the conversion reaction. The mixture exits the first stage catalyst bed and is cooled by indirect heat exchange to be substantially isothermal with the reactant mixture entering the first stage catalyst bed. The cooled reactant and product mixture then enters the second stage catalyst bed where further reactant conversion occurs and further heat is generated, again raising the temperature of the reactant and product mixture. The mixture exits the second stage catalyst bed and is cooled by indirect heat exchange to approximately the same temperature as it entered the first stage catalyst bed. This conversion, exothermic and cooling operation is repeated until the final catalyst bed (stage N) is reached. The mixture exiting the penultimate stage (N-1st stage) is cooled by indirect heat exchange and enters the Nth stage catalyst bed. Upon exiting the Nth stage catalyst bed, methanol and
Once the desired conversion of DME has been achieved, the heated product and reactant streams exit the reactor via line 32 to heat exchanger 3.
4 and passed through line 36 to product recovery device 38
to go into. The cooled product and reactant mixture contains (1) a hydrocarbon liquid phase, (2) a large portion of unreacted methanol and
There are three phases: an aqueous phase containing a small amount of DME, and (3) a gaseous phase containing most of the produced light olefin hydrocarbons and most of the unreacted DME. The aqueous phase becomes a recycled water stream through line 4 by various separation methods such as steam stripping, evaporation and distillation. It contains a higher concentration of methanol than the raw aqueous phase resulting from the dehydration process. This circulation also contains most of the DME that was initially in the aqueous phase. It may not be necessary to use all of the above separation methods to obtain the desired composition of the recycled water stream. This treatment of the aqueous phase combines the water produced in the conversion of methanol to hydrocarbons with line 2
Most of the water initially present in the methanol feed is recovered and these materials are removed from the system via line 40, leaving only a small amount (<0.5% by weight) of methanol and
This results in an aqueous product containing DME. The gas phase remaining after condensation is compressed and sent to an absorber to recover unreacted DME. Suitable absorbents are methanol, feed methanol and water, each with varying efficiencies. DME rich solution is line 42
and 6 to either the dehydration reactor or to the multi-stage fixed bed reactor via lines 42 and 44.
Stripped to provide DME-rich flow. The DME-laden portion from the absorber is sent via line 46 to an olefin recovery unit similar to that used in conventional olefin plants for ethylene, propylene, butenes, and gasoline partial recovery. Alternatively, the gas phase can be compressed and sent to a distillation unit for recycling to recover the various hydrocarbons and DME. The hydrocarbon liquid phase can be stabilized for light olefin product recovery. The stabilized liquid can be mixed with gasoline boiling range components recovered from the olefin recovery unit to form the final gasoline or gasoline blend stock. Figure 1 shows two methods of processing DME recirculation streams. A diagram is shown in which all unreacted DME is supplied to the dehydration reactor. But if there is line 42
It is desirable to feed the unreacted DME therein directly to the multistage fixed bed reactor via lines 44 and 18. The advantages of this last operation are (1) increased conversion of methanol to DME and water in the dehydration reactor, and (2) less heat than methanol when a larger portion of the feed is converted to hydrocarbons. This is the load heat reduction in the multi-stage reactor due to the DME entering as non-generated DME.
This load heat reduction increases the stability of the multistage reactor. Further details of this recycling method are provided below with respect to FIG. Instead of the interstage indirect cooling shown in Figure 1, the desired cooling can be achieved by direct cooling between stages with (1) feed liquid, (2) water, or (3) low pressure steam (e.g., 450 KPa operating steam). I can do it. For this alternative method, only the multistage reactor of this system is shown in FIG. 2, but the rest of the system is the same as that of FIG. In FIG. 2, the methanol, DME and water mixture from the dehydration step enters reactor 124 via line 118 and the final product exits via line 132. Cooling fluids obtained from various sources enter directly into the interstage direct cooling zone via line 190. A number of liquids obtained from the feed to the operation can be used for cooling. The charge to dehydration reactor 12, ie the mixed stream entering from lines 2, 4 and 6, can be used. Other possible feed liquid sources for direct cooling are methanol from line 2, recycled aqueous phase from line 4, recycled DME from lines 6 and 42 or condensed product from the dehydration reactor (line 14). (cooled liquid). Other direct cooling fluid sources are water and low pressure (450KPa)
It is a flow of operation. The major difference between interstage direct cooling using water or steam and one working stream is that the working stream contains reactants that are injected and will be converted to olefins in a subsequent stage of direct cooling. The following preferred operating conditions for the multistage adiabatic reactor described above are based on results obtained from small scale reactors. It is well known that high operating pressures reduce the yield of light olefins. Therefore, the inlet pressure of the multistage reactor should be less than 520 KPa, preferably 380 KPa. Although it is economically preferable to include all stages in one container, it is not critical. For interstage cooling, liquid injection devices and spargeers are used in the mixing zone between stages. The fixed catalyst bed in each stage has a diameter of 1.5 to 6 m, preferably 2.5 to 4.5 m. Due to pressure drop and economic considerations, the space velocity (WHSV on a total feed basis) should be in the range of 0.2 to 2. Preferred operating temperatures are from about 270°C to about 370°C for ZSM-5 type zeolites and from about 315°C to about 485°C for small pore zeolites. Catalyst aging can be compensated for by increasing the inlet temperature at each stage. Catalysts consisting of large crystal (at least about 1 micron) ZSM-5 zeolite may be used in multi-bed reactors as described in U.S. Pat. Nos. 4,025,571 and 4,148,835. In order to reduce the hexane decomposition activity (alpha value) of the ZSM-5 type catalyst, steam treatment may be performed in advance. Under the operating conditions described here, the alpha value must be greater than 20. The catalyst also includes U.S. Patent Nos. 4,060,568 and 4,100,219.
Ethylene selectivity-improving components, such as intracrystalline silica, may be added as described in No. Of course other suitable catalysts can also be used. The total conversion of methanol and DME should be limited to 30 to about 90%. At high conversions, even in the preferred temperature range, a significant amount of methanol will be converted to aromatics. To ensure partial conversion, the reactor geometry and operating conditions do not result in unstable or sensitive reactor operation (i.e., slight variations in operating conditions may cause excessive temperature increases and therefore excessive conversion of the desired light olefin product). That is important. For stable operation of the reactor, the temperature rise in each bed must be limited to approximately the value of the sensitivity parameter, ie, in most cases about 10 to about 25°C, often about 18°C. The minimum number of fixed beds can be calculated from the total adiabatic temperature rise and sensitivity parameters as described above, and is usually between 2 and 15.
Often 4 to 10. Generally, the greater the number of beds, the less sensitive the system is to fluctuations in feed temperature to any fixed bed. However, economic considerations suggest that the use of a smaller number of beds within a constant temperature fluctuation will reduce the effluent from any bed to approximately
It will not exceed 370°C, or about 485°C in small pore zeolites. The methanol feed to this process has a nominal water content of 0
From about 70% by weight, preferably from about 20 to about 50% by weight
You can change it with Any "equivalent" feed of methanol and water can be used. a zeolite having substantially the same composition as the equilibrium mixture obtained by contacting the methanol and water feed with the dehydration catalyst given the appropriate recycle stream recovered from the methanol and water feed and the products of the operation in question; When producing the feeds to the catalytic reactor, the methanol and water feeds can be said to be "equivalent" to a given methanol and water feed. The diagram shown in FIG. 3 is the same as that of FIG. 1 above, but in this case with a radial flow design of the reaction mixture in the individual catalyst beds of the multi-bed reactor. This reactor geometry allows the gaseous reaction mixture to pass radially through each catalyst bed, with the catalyst within each bed being enclosed in a perforated annular cage. When such a cage is used, the reaction mixture flows from the annular space in the reactor through the outer surface of the perforated cage toward the center of the catalyst. Since the top and bottom of the catalyst cage are closed, the reactant and product mixture cannot flow axially through the catalyst bed nor can the mixture take a shortcut to the hump center tube for the next cooling stage. As the reaction mixture passes through the catalyst, at least a portion thereof is converted to olefinic products, generating an exotherm and raising the temperature of the mixture. The inner surface of each cage is also a perforated plate that separates the central tube. The reaction mixture thus flows through the internal holes into the central tube which leads the heated mixture to a cooling stage. The reaction mixture passes through lines 220 and 222 to outer ring 22.
4 and flows toward the center and comes into contact with the first stage catalyst bed 226. The temperature of the reactant and product mixture in which hydrocarbons are produced increases in the flow direction due to the exotherm of operation. The mixture exits the first stage 224 through the central tube 228 and is cooled by indirect heat exchange with the coolant in the coil 230 to substantially the same temperature as the first stage feed temperature. The cooled reactant and product mixture then reenters the second stage through the outer ring. The reactant and product mixture is contacted with a second stage catalyst bed for further conversion of the reactants and generation of additional heat. The same conversion, heat generation and cooling operations as above are repeated until the final catalyst N stage is reached. Upon exiting the N catalyst bed, the desired conversion of methanol and DME is achieved. The hot product and reactant streams exit the reactor through line 232 and are cooled and partially condensed in heat exchanger 234 in line 236.
The product then enters product collector 238 for further processing as described above with respect to FIG. A method for recycling unreacted DME to the multi-stage reactor as shown in Figure 1 above is described below with reference to Figure 7. Instead of the indirect interstage cooling shown in the figure, the desired cooling effect can also be achieved by direct cooling. This direct cooling can be accomplished in a manner similar to that described above with respect to FIG. 2, but is illustrated in FIG. 4 for the radial flow configuration of FIG. Four radial flow directions are available for any stage in the diagrams shown in FIGS. 3 and 4. FIG. 5 shows these directions for one fixed catalyst bed. The radiation flow is shown in Figure 5.
It may flow inwardly from the outer surface, as shown in FIGS. 5c and 5b, or outwardly from the center, as shown in FIGS. 5c and 5d. It may also be cocurrent as in Figures 5a and 5c, or countercurrent as in Figures 5b and 5d. Although the Figure 5a type is shown in Figures 3, 4 and 6, any of the other three types can be used if that type is particularly good. It will be appreciated that while the flow form of Figure 5c can be adapted with minor modifications to the piping of equipment using the flow form of Figure 5a, the flow forms of Figures 5b and 5d require significant piping changes. Even in the basic design, Figure 5
Flow types a and 5c do not have any unusual design or piping problems, but those in Figures 5b and 5d require external piping to the reaction vessel to achieve the desired radial flow type. Since the zeolite catalyst used in this process must be periodically regenerated, the catalyst is moved by gravity through a series of catalyst beds and recovered from the last bed to another area for regeneration before the first bed of the system. We can prepare the equipment to be returned to you. FIG. 6 is a combination diagram of a radial flow and moving bed multi-stage reactor. Since the figure is the same in all respects as described above with respect to FIG. 3, except for the catalyst regeneration equipment, only the catalyst regeneration method in the figure will be described.
The zeolite catalyst regenerated in the regenerator 450 of FIG. 6 is sent along a line 452 along with the necessary additional feed catalyst entering from a line 454 through a hopper 456 that supplies catalyst to the first stage catalyst basket for a multi-stage reaction. Enter the top 424 of the machine. The catalyst moves down by gravity flow through passage 458 to the next stage. The catalyst generally flows from stage to stage in overall co-current relationship with the reaction mixture. The reaction mixture passes through each catalyst bed in a radial flow, with a “cocurrent relationship throughout”.
and similar phrases mean that the fresh feed is first contacted with fresh or freshly regenerated catalyst and through each stage is gradually converted by the catalyst to the desired product, the catalyst being gradually and constantly deactivated until finally the desired product is converted to the desired product. Both the reaction mixture at conversion and the deactivated catalyst are used to describe the flow as it exits the lower end of the multistage reactor. Catalyst stream from stage N is collected in hopper 460 and sent by line 462 to catalyst regenerator 450. Separately, the catalyst from each stage may be sent directly to the catalyst regenerator 450. In this case, the catalyst regeneration of each stage is carried out separately. Catalyst recycling through the moving bed can be continuous or intermittent depending on the rate of deactivation, which in turn depends on the particular catalyst used and operating conditions.
A moving bed multi-stage radial flow reactor has all the advantages of a fixed bed radial flow reactor and also provides a means of continuous reactor operation. Fixed bed multi-stage reactors, on the other hand, require a separate regeneration movement cycle. Alternatively, the feed stream can be introduced from the bottom of the multistage reactor so that the feed and zeolite catalyst flow in generally countercurrent relationship to each other throughout. This means that the “highest concentration” feedstock contacts the “lowest” active catalyst and the “lowest concentration” feedstock contacts the “highest” active catalyst.
The usual advantages of countercurrent flow, such as contacting the active catalyst and thus eliminating the excessively high reaction rate problems that often occur in the first bed of cocurrent systems, are obtained. Interstage indirect cooling is illustrated in FIG. However, direct interstage cooling is also possible as described above for stationary catalyst beds in connection with FIG. In Figure 6, the catalyst activity decreases as the number of stages increases, with the first stage having the most active catalyst and the Nth stage having the least active catalyst. The input temperature increases with the number of stages, ie the Nth stage is operated at the highest temperature. However, for stable and insensitive reactor operation, it is desirable to control the product and reactant mixture temperatures in separate stages close to the charging temperature of each stage, as in cocurrent. Based on the results obtained with the small-scale isothermal reactor, the following preferred operating conditions for the multistage radial flow reactor have been developed. Since low pressure operation is important to obtain a high yield of light olefins, the charging pressure of the multistage reactor should be 380 KPa or less, preferably 275 KPa or less. Containing all zeolite catalyst stages within one vessel is usually economically preferred but not critical. Interstage cooling includes liquid injection systems and diffusers with partitions in the mixing zone between stages. The diameter of this reactor is approximately 1.2
From about 4.5 m to about 4.5 m, preferably from about 1.8 to about 2.8 m is required. The thickness of the radial catalyst bed is about 0.3 to about 1.2
m, preferably about 0.6 m. The center tube diameter should be about 0.3 to about 1.0 m. According to the pressure drop and economic considerations, the space velocity (on a total feed basis,
WHSV) should be about 0.5 to about 5.0, preferably about 1.5 to about 3.5/hour. The pressure drop obtained when the reaction mixture is delivered in radial flow mode to the zeolite catalyst bed is considerably lower than when operating in axial flow mode at the same conversion of the same amount of catalyst and reactants. In fact, the pressure drop in the radial flow reactor is a factor of 3, which is about an order of magnitude lower than when using a conventional axial packed bed reactor operated at the same WHSV. Conversely, for a given catalyst capacity and permissible pressure drop, the throughput of a radial flow reactor is significantly higher than using a conventional axial flow packed bed reactor. Radial flow large diameter fixed beds (pancake reactors) with L/D ratios less than 1/2 are preferred since it is more economical to build taller smaller diameter reactors. Preferred operating temperatures range from about 270°C to about 370°C for ZSM-5 type zeolites and from about 315°C to about 485°C for small pore zeolites.
Compensation for catalyst aging in this radial flow reactor can be adjusted by varying the charging temperature of the reactant and product streams to each stage. As mentioned above, catalyst activity in a moving bed reactor decreases progressively from top to bottom (ie, from stage 1 to stage N), with relative activity depending on the rate of catalyst circulation through the system. Optimum conditions are achieved when the catalyst circulation rate is very low and there is a significant difference in the catalyst activity of the first and Nth stages. In this case the relative cooling of the subsequent stages can be reduced so that the feed temperature of each stage increases with increasing number of stages. The temperature in this configuration generally varies from 285°C in the first stage to as high as 355°C in the final stage. In Figure 6, the reactants and catalyst transfer are cocurrent;
That is, the fresh feed encounters the most active catalyst. Considering the stability of the reactor, a desirable modification of this method is countercurrent operation, in which case the feed flow enters from the bottom of the reactor and the N
Encounter with the lowest active catalyst in the stage. Reactant concentration decreases as the reactant and product streams advance upward and encounter more active catalyst. Suitable catalysts, conversion rates and feed compositions used in the radial flow reactor are generally the same as those described above for use in the axial flow reactor shown in FIGS. 1 and 2. 50:50 (weight:weight) under typical operating conditions
The methanol-water feed requires 6 stages for 50% conversion. As the reaction proceeds in the reactor, the reactant concentration decreases and the amount of catalyst at each stage increases with the direction of reactant flow. (Temperature rise per bed is almost constant), and when indirect cooling is used between stages in a fixed bed radial flow reactor (for example, as shown in Figure 3), the relative ratio of desolvation amount for 6 beds is 1.0: 1.10: 1.21: 1.32 :1.49:
It is 1.78. Since the radial dimension of the catalyst cage is constant, the above ratio is the ratio of the heights of each stage. Practical limits for minimum and maximum height are determined by production capacity and feed flow failure distribution. The axial length is about 0.6 to about 3 m, preferably about 0.9 to about 1.2 m. The relative proportions of catalyst in each stage of the moving bed reactor configuration are determined by catalyst deactivation and are specific to a given catalyst. Now in FIG. 7, fresh methanol feed containing up to about 50% water by weight enters from line 502 and is mixed with an aqueous product recycle stream rich in unreacted methanol from line 504. This recycle stream is recovered in the subsequent steps described below. The mixed stream passes through line 506 to heat exchanger 5
08 to the reaction temperature (285-370℃) and line 5
10 to a dehydration reactor 512 having a fixed bed 514 of gamma alumina. The mixture is converted by the catalytic action of the alumina into an essentially equilibrium mixture of methanol, dimethyl ether (DME) and water and exits the reactor at line 516. A recycle stream of unreacted DME recovered from the absorption-desorption operation described below passes through line 518 and is mixed in line 520 with the equilibrium mixture from line 516. The resulting mixture is heated in a heat exchanger 522 to a reaction temperature suitable for the second reaction zone (270 to
370℃) or cooled. The mixture then passes through line 524 to reactor 52 with a ZSM-5 catalyst.
It flows during 6. Reactor 526 has multiple catalyst beds and interstage cooling of the reaction mixture. The floor may be a fixed bed or a moving bed. The reaction mixture may flow axially or radially through each of these beds. As mentioned above, interstage cooling can be done by direct or indirect methods. Effluent gas from reactor 526 consisting of unconverted methanol, unconverted dimethyl ether, ethylene, other hydrocarbons, and water vapor enters condenser 534 via line 532 where methanol, water vapor, and C 5 + hydrocarbons are condensed. do. The condensed mixture and non-condensed gases pass through line 536 to separator 538 which separates the mixture into three phases. A typical composition (wt %) of the effluent leaving reactor 526 and separated into three phases in separator 538 is as follows: Methanol Dimethyl Ether Water CO, CO 2 , H 2 Total Methane Ethane Ethylene Propane Propylene Isobutane n-Butane Butenes C 5 + 8.7 8.1 70.0 <0.1 0.1 <0.1 3.3 0.6 2.1 0.6 0.2 1.0 5.1 The bottom layer in separator 538 contains water produced by the conversion of methanol to hydrocarbons, which is present in the feed. The aqueous layer consists of unreacted water, unreacted methanol, and a small amount of dimethyl ether. The second layer between the water and gas layers is C 5 + hydrocarbons, ie hydrocarbons consisting of high molecular weight aliphatic and aromatic hydrocarbons. The top layer consists of light hydrocarbons saturated with gas and water vapor, primarily ethylene and a substantial portion of unreacted dimethyl ether. First, the aqueous layer is drawn off and sent through line 540.
Since there is an unnecessary amount of water in this aqueous phase, a portion of it is sent via line 542 to a steam stripper 544. The steam introduced into the stripper 544 removes unreacted methanol and traces of DME from the aqueous phase portion flowing down through the stripper. The separated product is passed through line 546 to join the remaining aqueous phase portion in line 504 and to line 502 where it is mixed with fresh methanol feed as described above. unreacted methanol and
The DME separated water is discharged from stripper 544 via line 548. It will be appreciated that the amount of aqueous phase portion directed to the stripper recycled in line 504 may be varied to limit the amount desired for efficient operation of the process. First, at least the volume of water phase directed to the stripper resulting from the conversion of methanol and DME to hydrocarbons should be disposed of through line 548. Operational variables such as the nature of the absorbent used for DME recovery will dictate more or less aqueous phase stripping. This stripping operation can be adjusted as the operation and product require. The liquid hydrocarbon phase containing C5 + hydrocarbons is transferred to separator 5
38 via line 550 and sent to the next device for collection or further processing. For example, this portion can be used as a useful portion for gasoline blending. The third phase in separator 538 contains substantially all of the ethylene produced, as well as light hydrocarbons and trace amounts of CO, CO2 , and H2.
and a gas phase containing relatively large amounts of dimethyl ether. This gas phase exits through line 552 and is compressed by compressor 554 to approximately 1500 KPa.
56 to a gas absorption column 558 having a column bed 560 packed with, for example, Bar saddles, Laschichi rings or Paul rings. Water flows from line 562 to absorption tower 5
The water admitted to 58 flows countercurrently with the gas ascending the column, effectively removing dimethyl ether from the gas. The recovered DME dissolved in water exits column 558 in line 564 and enters discharge column 566 where the dimethyl ether is separated from the water under reduced pressure. Water passing through the discharge tower 566 is recycled via line 562 to the absorption tower 558 for reuse. Water is added to the absorption system via line 568 if necessary. The separated dimethyl ether is recycled from discharge column 566 via line 518 to line 520 where it is recycled to the equilibrium mixture of methanol, dimethyl ether and water exiting dehydration reactor 512 for conversion to the ethylene-rich product described above. will be merged with A partially purified ethylene stream leaves absorption column 558 via line 570 and is sent to gas plant 572. Ethylene of the desired purity is delivered from the gas plant via line 57.
Heavy hydrocarbons such as propylene and butenes recovered via line 4 exit the gas plant via line 576. Gas plants also serve for CO, CO 2 , H 2 , CH 4 and C 2 H 6 removal. The following examples illustrate the invention. Example 1 The conversion reaction of methanol to olefinic hydrocarbons is highly exothermic and, unlike ammonia synthesis or methanol production, there are no thermodynamic equilibrium constraints. Therefore, high temperatures do not limit the conversion reaction or temperature increase in a given catalyst bed. In reactions that are not overly sensitive and allow for control over variations in flow rates, catalyst conditions, feed composition, and charge temperature, the temperature rise in each bed should be limited to approximately the value of the sensitivity parameter, ie, about 18°C. The table below shows the allowable ΔT/
The effects of the floor are shown together. The considered condition is 50% water and 50% methanol in the dehydration reactor.
Stable 50% total conversion with 4, 6 and 8 beds of zeolite catalyst in the post-conversion reactor charged with feed of . The corresponding temperature rise per floor is 27, respectively.
The temperatures were 18 and 13.6°C. Using the above equation, the total adiabatic temperature rise for olefin production from 50% conversion of this methanol feed is about 108°C. This is the initial feed charge temperature if all catalysts were in a single bed.
This means that the outflow temperature will be approximately 401°C compared to 293°C. Such a temperature increase would be undesirable as it would lead to operational instability and production of substantial amounts of high boiling products. Furthermore, the gradual increase in feed charge temperature required to compensate for catalyst aging further exacerbates this unstable operation. The table shows that with multistage beds and indirect interstage cooling, olefinic products can be obtained without conversion to aromatics at outlet temperatures of 320°C (4th stage), 311°C (6th stage) and 307°C (8th stage). ing.

【表】 与えられた供給物稀釈度(この場合50/50)に
対し使用多段の多い程(対応して床当り温度上昇
が小さい程)反応機性能はより安定である。この
点は第1段の装入温度に5、7および10℃の変動
を与えることによつて示される。段階間冷却は間
接であり、この間接熱交換機中の冷却剤は288℃
に保たれた。表に示すとおりえられた転化率か
ら8段式は6段式よりも安定度あまり大きくなく
かなり大きな投資を要するので6段式、即ち18℃
温度上昇/床が最適である。この反応の感度助変
数は50/50メタノール−水供給物を50%全転化率
において処理する場合の6段式の各床においてえ
られる温度上昇と大体同じである。この6段式の
温度状態は図8に示されている。 図9は表に示した4段反応機の7℃変動の温
度状態を図示している。“X”温度状態は基準条
件(変動なし)においてえられる。この図から7
℃変動は第1段階における過度の温度上昇(温度
370℃以上)となりかなりの量の不要生成物がで
きる。 実施例 本実施例は高オレフイン系生成物を生成しなが
ら安定操業をえるに必要な最少数のゼオライト触
媒床における供給物組成と全転化率の影響を示す
ものである。 表は転化率50%と80%における種々の供給物
組成に必要なZSM−5ゼオライト触媒の最少段
階数をまとめて示している。この表の供給物組成
は多段床ゼオライト触媒系に入るメタノール、
DMEおよび水より成る平衡混合物を与える脱水
反応機に入る水中のメタノール重量%として表わ
している。
Table: For a given feed dilution (50/50 in this case), the more stages used (and the correspondingly smaller temperature rise per bed), the more stable the reactor performance. This point is demonstrated by varying the first stage charge temperature by 5, 7 and 10°C. The interstage cooling is indirect, and the coolant in this indirect heat exchanger is 288℃
was maintained. From the conversion rate obtained as shown in the table, the stability of the 8-stage type is not much higher than that of the 6-stage type, and it requires a considerably large investment.
Elevated temperature/floor is best. The sensitivity parameter for this reaction is approximately the same as the temperature rise obtained in each bed of a six-stage system when processing a 50/50 methanol-water feed at 50% total conversion. The temperature state of this six-stage system is shown in FIG. FIG. 9 illustrates the temperature state of the four-stage reactor shown in the table with a 7°C fluctuation. The "X" temperature state is obtained at reference conditions (no fluctuations). From this figure 7
°C fluctuation is caused by excessive temperature rise (temperature
370℃ or higher), producing a considerable amount of unnecessary products. EXAMPLE This example illustrates the effect of feed composition and total conversion on the minimum number of zeolite catalyst beds required to achieve stable operation while producing high olefinic products. The table summarizes the minimum number of ZSM-5 zeolite catalyst stages required for various feed compositions at 50% and 80% conversion. The feed composition in this table is methanol entering the multi-bed zeolite catalyst system;
It is expressed as weight percent methanol in water entering the dehydration reactor giving an equilibrium mixture of DME and water.

【表】 代表的な50%転化率における50/50(重量%)
メタノール水供給物の場合6段が必要である。反
応機中反応が進むにつれて反応体濃度は減少し、
したがつて各段階の触媒量は反応体流の方向に次
第に増加する。(床当り温度上昇一定)上記実施
例の間接段階間冷却による6床の相対割合は
1.0:1.10:1.21:1.32:1.44:1.78となる。6段
反応機の代表的温度状態は図8に示されている。
床当りの均一温度上昇、反応混合物を第1段への
装入温度まで戻す段階間冷却および反応混合物が
連続6段階をとおる際の触媒床厚さ増加に注目す
べきである。同様に80%転化率をうる10段方式は
次の割合:1.0:1.09:1.20:1.33:1.5:1.72:
2.00:2.41:3.00:3.98の10床が必要であろう。 上述のとおり段階間冷却の種々の変更法が可能
である。表に6段方式における種々の好ましい
冷却剤相対量を示している。水と供給物による冷
却において床厚さ増加は上に詳述したとおりと本
質的に同じでよい。水蒸気冷却には厚さ割合はよ
り大きくなる。
[Table] 50/50 (wt%) at typical 50% conversion rate
Six stages are required for the methanol water feed. As the reaction progresses in the reactor, the reactant concentration decreases,
The amount of catalyst in each stage therefore increases progressively in the direction of reactant flow. (Constant temperature rise per bed) The relative proportion of the 6 beds with indirect interstage cooling in the above example is
1.0:1.10:1.21:1.32:1.44:1.78. Typical temperature conditions for a six-stage reactor are shown in FIG.
Note the uniform temperature rise per bed, the interstage cooling of the reaction mixture back to the first stage charge temperature, and the increase in catalyst bed thickness as the reaction mixture passes through the six successive stages. Similarly, the 10-stage method that achieves 80% conversion rate is as follows: 1.0: 1.09: 1.20: 1.33: 1.5: 1.72:
Ten beds of 2.00:2.41:3.00:3.98 would be required. Various variations of interstage cooling are possible as described above. The table shows various preferred relative amounts of coolant in a six stage system. In water and feed cooling, the bed thickness increase may be essentially the same as detailed above. For steam cooling, the thickness fraction is larger.

【表】 実施例 本実施例に高含水量の供給物の影響を示してい
るが、但し供給物組成以外は実施例の4段方式
のものと同じである。 図10は脱水反応機に67/33(重量)H2O/
MeOH供給物を装入の場合の水稀釈度と温度変
動の影響を示している。この系の安定操業条件に
おける全転化率は50%である。床当りの温度上昇
は再び約18℃である。この系の温度状態は図10
に示されている。“X”曲線は4床の各温度上昇
が同じ基本の場合のものである。第1段階への装
入温度の10℃変動についてえられた温度曲線もこ
の図に示されている。この4段方式の出発温度が
図8の6段方式よりも低いことに注目すべきであ
る。 図10は10℃変動が基本の場合に比べると第1
段流出温度を著しく高くするが、それは実施例
の4段方式の7℃変動においてえた第1段流出温
度よりもずつと低いことを示している。実際高含
水量供給物を使えば10℃変動は第1段流出温度を
限度370℃を超えさせないのである。図2と図1
0を比較すれば高含水メタノール供給原料は連続
多段床方式の第1段装入温度のより大きな変動を
処理できしかも副反応をおこし易い高温を避けう
ることがわかる。 実施例 触媒床をとおる反応流体の圧力低下はエルガン
の式: dp/dZ=G2/Dpgc〓・1−ε/ε3 〔1.75+150(1−ε)μ/φDpG〕 を使つて計算できる。圧力低下による密度変化に
ついて理想気体法則を適用し上式を積分して (式中、G=質量流量 φ=形係数 Dp=触媒粒子径 ρ=ガス密度 gc=定数 ε=空隙率 μ=粘度 Po=装入圧 M=分子量 T=ガスの平均温度 R=ガス定数 Z=流れ方向の距離 となる)。この式は軸流反応機内の圧力低下を放
射流反応機のそれと比較するに使用できる。 両反応機への供給物を同じメタノール−水混合
物とし次の操業条件を用いた: WHSV 装入温度 空隙率 3/時(全体) 293℃ 0.38 上式により充填高さ3フイートの固定床反応機
の圧力低下は2.76KPaであるが、同等の能力をも
ち厚さ0.3mの放射流反応機の圧力低下は
0.21KPaとなる。 上の結果からメタノールのオレフインへの転化
を放射流反応機で行なえば軸流反応機でえられる
圧力低下より1桁位小さくできることが明白であ
る。 実施例 反応:2CH3OHCH3OCH3+H2O は平衡限定反応である。ルシヤテリー原理からジ
メチルエーテルのメチルアルコールへの添加は転
化率を減少する。この影響は温度315℃、圧力
310kPaの脱水反応機にちがつた2供給流を入れ
ることによつて示される。 の場合、脱水反応機にDMEを循還しない 供給物 入るモル量 出るモル量 MeOH 50g 1.56 0.45 DME 0g 0.0 0.56 H2O 50g 2.78 3.33の場合、脱水反応機にDME循環 供給物 入るモル量 出るモル量 MeOH 50g 0.78 0.47 DME 25g 0.54 0.70 H2O 50g 2.78 2.94 MeOH 転化率=1−入るC/出るC の場合 =1−0.45/1.56=71.2% の場合 =1−0.47/0.78=39.7% 本実施例は脱水反応機に入る供給流にジメチル
エーテルを添加すればその反応機中でなされるメ
チルアルコール転化率を減少することを示してい
る。
Table: Example This example shows the effect of a high water content feed, except for the feed composition, which is the same as the four-stage system of the example. Figure 10 shows 67/33 (weight) H 2 O/
The effect of water dilution and temperature variation when charging MeOH feed is shown. The total conversion rate of this system under stable operating conditions is 50%. The temperature rise per bed is again approximately 18°C. The temperature state of this system is shown in Figure 10.
is shown. The "X" curve is for the same basic temperature rise for each of the four beds. The temperature curve obtained for a 10°C variation of the charging temperature to the first stage is also shown in this figure. It should be noted that the starting temperature of this four-stage system is lower than the six-stage system of FIG. Figure 10 shows that compared to the case where the basic fluctuation is 10°C,
Although the stage outflow temperature is significantly increased, it is gradually lower than the first stage outflow temperature obtained in the 7° C. fluctuation of the four-stage system of the example. In fact, with a high water content feed, a 10°C variation will not cause the first stage effluent temperature to exceed a limit of 370°C. Figure 2 and Figure 1
0, it can be seen that the high water content methanol feedstock can handle larger fluctuations in the first stage charging temperature of a continuous multi-bed system, while avoiding high temperatures that tend to cause side reactions. EXAMPLE The pressure drop of the reaction fluid across the catalyst bed is determined using Ergin's equation: dp/dZ=G 2 /D pgc 〓・1−ε/ε 3 [1.75+150(1−ε) μ/φD p G] Can calculate. Applying the ideal gas law to the density change due to pressure drop and integrating the above equation, (In the formula, G = mass flow rate φ = shape factor D p = catalyst particle diameter ρ = gas density g c = constant ε = porosity μ = viscosity Po = charging pressure M = molecular weight T = average temperature of gas R = gas constant Z = distance in the flow direction). This equation can be used to compare the pressure drop in an axial flow reactor to that in a radial flow reactor. The feed to both reactors was the same methanol-water mixture and the following operating conditions were used: WHSV Charging Temperature Porosity 3/hr (overall) 293°C 0.38 A fixed bed reactor with a 3-foot packing height according to the above equation. The pressure drop is 2.76KPa, but the pressure drop of a radial flow reactor with the same capacity and a thickness of 0.3m is
It becomes 0.21KPa. From the above results, it is clear that the conversion of methanol to olefins in a radial flow reactor can reduce the pressure drop by an order of magnitude compared to that obtained in an axial flow reactor. Examples Reaction: 2CH 3 OHCH 3 OCH 3 +H 2 O is an equilibrium limited reaction. Due to the Lusciaterie principle, addition of dimethyl ether to methyl alcohol reduces the conversion. This effect is caused by a temperature of 315℃ and a pressure of
This is illustrated by introducing two different feed streams into a 310 kPa dehydration reactor. In the case of , the mole amount of the feed that enters the dehydration reactor without recycling DME The mole amount that comes out MeOH 50g 1.56 0.45 DME 0g 0.0 0.56 H 2 O 50g 2.78 In the case of 3.33, the mole amount of the DME recycled feed that enters the dehydration reactor The mole amount that comes out Quantity MeOH 50g 0.78 0.47 DME 25g 0.54 0.70 H 2 O 50g 2.78 2.94 MeOH Conversion rate = 1-Incoming C/Outgoing C = 1-0.45/1.56=71.2% In case of =1-0.47/0.78=39.7% This implementation The example shows that adding dimethyl ether to the feed stream entering a dehydration reactor reduces the methyl alcohol conversion made in the reactor.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図1は本発明の方法実施の概略図である。図2
は本発明の図1と同じ方法であるが段階間冷却に
別法を用いる方式図である。図3は本発明の図1
と同じ方法であるが触媒床に放射流をとおす方式
図である。図4は本発明の図2と同じ方法である
が触媒床に放射流をとおす方式図である。図5は
本発明に使用する触媒床に放射流をとおす異なる
4方式の図である。図6は本発明の図3と同じ方
法であるが触媒再生機を含む概略図である。 以上各図中番号、8,16,34,208,2
16,234,408,416,434…熱交換
機、12,212,412…脱水反応機、24,
224,424…多段式反応機、226,426
…触媒籠、230,430…段階間冷却装置、3
8,238,438…生成物回収装置、450…
触媒再生機。 図7は本発明の図1と同じ方法であるが、未転
化反応体の分離再循還方式を含む概略図である。 図中、512…脱水反応機、526…多段式反
応機、538…分離機、544…ストリツパー、
554…圧縮機、558…吸収塔、566…放出
塔、572…ガス工場。 図8は本発明の多段式断熱反応機中の温度特性
を示す曲線図で横軸に床長さ割合をとり縦軸に温
度(℃)をとつている。図9は本発明の50:50
H2O:MeOH装入、4段方式において7℃変動、
間接段階間冷却における温度特性図である。横軸
縦軸は図8のとおりである。図10は本発明の
67:33 H2O:MeOH装入、4段方式において10
℃変動、間接段階間冷却における温度特性図であ
る。横軸縦軸は図8のとおりである。
FIG. 1 is a schematic illustration of the implementation of the method of the invention. Figure 2
1 is a schematic diagram of the present invention using the same method as in FIG. 1 but using a different method for interstage cooling. Figure 3 is Figure 1 of the present invention.
This is the same method as above, but with a radial flow passing through the catalyst bed. FIG. 4 is a diagram of the same method as FIG. 2 of the present invention, but with radial flow passing through the catalyst bed. FIG. 5 is a diagram of four different ways of passing radial flow through the catalyst bed for use in the present invention. FIG. 6 is a schematic diagram of the same method as FIG. 3 of the present invention, but including a catalyst regenerator. Numbers in each figure above: 8, 16, 34, 208, 2
16,234,408,416,434...heat exchanger, 12,212,412...dehydration reactor, 24,
224,424...multistage reactor, 226,426
...Catalyst cage, 230,430...Interstage cooling device, 3
8,238,438...Product recovery device, 450...
Catalyst regenerator. FIG. 7 is a schematic diagram of the same method as FIG. 1 of the present invention, but including separation and recycling of unconverted reactants. In the figure, 512... dehydration reactor, 526... multistage reactor, 538... separator, 544... stripper,
554...Compressor, 558...Absorption tower, 566...Discharge tower, 572...Gas factory. FIG. 8 is a curve diagram showing the temperature characteristics in the multistage adiabatic reactor of the present invention, with the horizontal axis representing the bed length ratio and the vertical axis representing the temperature (° C.). Figure 9 shows the 50:50 ratio of the present invention.
H 2 O: MeOH charging, 7°C fluctuation in 4-stage system,
It is a temperature characteristic diagram in indirect interstage cooling. The horizontal and vertical axes are as shown in FIG. Figure 10 shows the present invention.
67:33 H2O :MeOH charging, 10 in 4-stage system
FIG. 3 is a temperature characteristic diagram of temperature fluctuation and indirect interstage cooling. The horizontal and vertical axes are as shown in FIG.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 メタノールを含む供給物を加温下において脱
水触媒と接触させてエーテル豊富な生成物とした
後上記生成物を(i)5オングストロームより大きい
孔径、少なくも12のシリカ対アルミナモル比およ
び1乃至12の拘束指数をもつか、又は(ii)大部分の
孔径が6オングストロームより小さくかつ酸素原
子をもつ8員環によりできた孔窓径をもつか、い
づれかの結晶性アルミノシリケイトゼオライトよ
り成る触媒床と冷却域とに交互に複数回とおしな
がらエーテル豊富な生成物を上記触媒と加温下に
おいて接触させてオレフイン系炭化水素生成物の
所定転化率をえる工程より成り、かつ反応混合物
の各冷却域をとおすことによる温度低下は直前の
触媒床における温度上昇と実質的に等しくし、反
応混合物の各触媒床をとおることによる温度上昇
はメタノールのエチレンへの転化の感度助変数よ
り大きくないものとしかつ触媒床数は所定転化率
における全断熱温度上昇の感度助変数に対する比
率に少なくも等しいことを特徴とするメタノール
のオレフイン系炭化水素への転化法。 2 反応混合物が各ゼオライト触媒床を軸方向に
とおる特許請求の範囲第1項に記載の方法。 3 反応混合物が各触媒床を放射状にとおる特許
請求の範囲第1項に記載の方法。 4 各ゼオライト触媒床が固定床である特許請求
の範囲第1項から3項までのいづれかに記載の方
法。 5 各ゼオライト触媒床が移動床である特許請求
の範囲第1項から3項までのいづれかに記載の方
法。 6 反応混合物流が触媒流と共流である特許請求
の範囲第5項に記載の方法。 7 反応混合物流が触媒流と向流である特許請求
の範囲第5項に記載の方法。 8 オレフイン系炭化水素生成物がその各成分に
分けられ、未反応メタノールが脱水触媒に再循環
されまた未反応エーテルがゼオライト触媒床に再
循環される特許請求の範囲第1項から7項までの
いづれかに記載の方法。
Claims: 1. After contacting a methanol-containing feed with a dehydration catalyst at elevated temperatures to produce an ether-rich product, the product is then purified by: Any crystalline aluminosilicate having an alumina molar ratio and a constraint index of 1 to 12, or (ii) a pore window size in which the majority of the pores are smaller than 6 angstroms and are formed by eight-membered rings with oxygen atoms. contacting the ether-rich product with said catalyst under heat, passing the product alternately through a bed of zeolite and a cooling zone to achieve a desired conversion of the olefinic hydrocarbon product; The temperature decrease as the mixture passes through each cooling zone is substantially equal to the temperature increase in the immediately preceding catalyst bed, and the temperature increase as the reaction mixture passes through each catalyst bed is less than the sensitivity parameter of the conversion of methanol to ethylene. A process for the conversion of methanol to olefinic hydrocarbons, characterized in that it is not large and the number of catalyst beds is at least equal to the ratio of the total adiabatic temperature rise to a sensitivity parameter at a given conversion rate. 2. The method of claim 1, wherein the reaction mixture passes axially through each zeolite catalyst bed. 3. The method of claim 1, wherein the reaction mixture passes radially through each catalyst bed. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein each zeolite catalyst bed is a fixed bed. 5. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein each zeolite catalyst bed is a moving bed. 6. The method of claim 5, wherein the reaction mixture stream is co-current with the catalyst stream. 7. The method of claim 5, wherein the reaction mixture stream is countercurrent to the catalyst stream. 8. Claims 1 to 7 in which the olefinic hydrocarbon product is separated into its components, unreacted methanol is recycled to the dehydration catalyst and unreacted ether is recycled to the zeolite catalyst bed. Any method described.
JP58016339A 1982-02-05 1983-02-04 Method for converting methanol to olefin Granted JPS58146515A (en)

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