本发明涉及低碳烯烃制备，具体地涉及一种蜗壳反应器、反应系统及其应用和生产低碳烯烃的方法。
背景技术：
1、乙烯、丙烯等低碳烯烃是化学工业中重要的基础有机原料，随着国民经济的发展，现代化学工业对低碳烯烃的需求日渐攀升，供需矛盾日益突出。近年来，以煤或天然气合成的甲醇为原料，生产低碳烯烃，已证实完全适用于聚烯烃等产品的生产，逐渐发展成为非石油资源生产低碳烯烃产品的核心技术。甲醇在mto反应过程中，会经历到反应中间体的步骤，主要为多甲基苯，而从反应中间体转化为烯烃的反应速率是非常快的。目前，主要的甲醇转化制烯烃反应器包括鼓泡流化床、密相流化床、快速流化床等，但这些反应器的mto反应产物中低碳烯烃选择性难以进一步提高。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了提高mto反应产物中低碳烯烃选择性，提供一种蜗壳反应器、反应系统及其应用和生产低碳烯烃的方法，具有能够实现快速反应的同时实现气固快速高效的分离减少副反应发生，达到mto反应产物中低碳烯烃选择性的提高的目的。
2、为了实现上述目的，本发明一方面提供一种蜗壳反应器，所述蜗壳反应器包括：
3、错流入口部，包括催化剂下料口、原料分布器和剂料接触空间，所述催化剂下料口进入的催化剂和通过所述原料分布器喷入的原料能够在所述剂料接触空间错流接触反应并得到含有生成含有目标产物的反应气；以及
4、蜗壳部，包括内外嵌套的内圆筒和外壳体，所述内圆筒的圆筒腔形成为二次分离空间，所述内圆筒与所述外壳体之间的环形间隙腔室形成为与所述剂料接触空间连通的一次分离空间，所述蜗壳部的顶壁形成有与所述二次分离空间连通的产品气出口，所述蜗壳部的底端形成有催化剂第一出口；
5、其中，所述内圆筒上贯穿设置有导流通道，所述一次分离空间内的反应气能够沿所述导流通道流向所述内圆筒的内周壁流动以形成围绕所述内圆周的中心轴线的绕轴旋流。
6、优选地，所述导流通道为在所述内圆筒的筒壁上由内而外形成的冲孔；
7、更优选，冲孔的开口方向背对气体来流方向。
8、优选地，所述内圆筒的外筒壁上形成有作为冲孔余料的导流盖板，所述导流盖板呈翘起状遮盖在所述导流通道的外侧；
9、更优选，所述导流盖板翘起方向与气体来流方向相逆；
10、进一步优选，所述导流盖板与所述内圆筒的筒壁切线夹角α为15°～50°，更进一步优选20°～45°。
11、优选地，所述导流通道的通道出口设置为使得通过所述导流通道的气流沿切线方向流向所述内圆筒的内周壁；
12、更优选，所述导流通道与所述内圆筒的筒壁切线夹角φ为10°～45°，进一步优选φ为20°～35°。
13、优选地，所述导流通道设置在所述内圆筒的顶部周壁上；
14、更优选，所述导流通道为多个并沿周向间隔分布。
15、优选地，所述错流入口部连接于所述蜗壳部的顶部，所述一次分离空间的横截面面积沿所述内圆筒的轴向由上而下逐渐减小。
16、优选地，所述原料分布器沿所述蜗壳部的周壁切向方向伸出，所述催化剂下料口与所述原料分布器呈夹角设置；
17、更优选，所述原料分布器出口的中心延长线与所述催化剂下料口的中心延长线呈锐角设置，进一步优选垂直设置。
18、优选地，所述剂料接触空间的下壁面设置为斜面；
19、更优选，斜面与水平面的夹角β为40°～70°，进一步优选45°～60°。
20、优选地，所述外壳体底部形成为缩口结构，该缩口结构倾斜向下且底端开口形成为所述催化剂第一出口；
21、更优选，该缩口结构的壁面与水平面的夹角为θ为30°～70°，进一步优选40°～65°。
22、优选地，所述内圆筒底部设置有环状锥形板，该环状锥形板底端形成的出口连通所述催化剂第一出口；
23、更优选，所述环状锥形板与水平面夹锐角γ为30°～70°，进一步优选40°～65°且γ≤θ。
24、优选地，所述内圆筒与所述外壳体之间设置有使催化剂堆积在所述一次分离空间底部形成料封的料封件。
25、优选地，所述料封件为设置在所述缩口结构的内壁面上和/或所述环状锥形板外壁面上的环状凸起。
26、优选地，所述外壳体的半径为r2，所述内圆筒半径为r1，优选r2≤1.7r1。
27、优选地，所述一次分离空间内部设置有换热构件。
28、优选地，所述蜗壳部底端设置有与所述催化剂第一出口连通的催化剂收料段，所述催化剂收料段的底部设置有催化剂第二出口。
29、本发明另一方面提供一种反应系统，该反应系统包括本发明所述的蜗壳反应器，还包括：
30、连通所述催化剂第二出口的催化剂分配单元，所述催化剂分配单元用于将来自催化剂收料段的催化剂分配成待生剂和循环剂；
31、连通所述催化剂分配单元的沉降单元，循环剂进入所述沉降单元待分配；
32、连通所述催化剂分配单元的再生单元，用于将待生剂再生得到再生剂；
33、所述沉降单元和所述再生单元各自连通混合单元，所述混合单元连通所述催化剂下料口，
34、其中，再生剂与来自所述沉降单元的循环剂在所述混合单元混合后作为待反应的下料催化剂，通过所述催化剂下料口送入所述蜗壳反应器；
35、优选地，该反应系统还包括：连通所述原料分布器的预热单元，用于将原料进行预热处理后进入所述蜗壳反应器。
36、优选地，所述催化剂分配单元包括出料分配器；所述再生单元包括具有提升管的再生器；所述沉降单元包括循环剂沉降器；所述混合单元包括混合器；
37、更优选地，所述再生器的提升管和所述循环剂沉降器的进料口各自连通所述出料分配器的出料口，所述再生器的出料口和所述循环剂沉降器的出料口各自连通所述混合器的进料口。
38、本发明所述的蜗壳反应器或本发明所述的反应系统在气-固催化反应中的应用，优选在短接触时间气固流态化催化反应中的应用，更优选在生产低碳烯烃中的应用。
39、本发明中提供一种生产低碳烯烃的方法，该方法在本发明所述的反应系统中进行，包括：
40、催化剂通过所述催化剂下料口进入错流入口部与从所述原料分布器水平喷出甲醇原料在所述剂料接触空间错流接触，反应得到含有低碳烯烃的反应气体；
41、颗粒态催化剂在所述一次分离空间被分离并从所述催化剂第一出口排出；
42、细粉态催化剂随气流通过所述导流通道进入所述二次分离空间在围绕所述内圆周的中心轴线的绕轴旋流的作用下被分离并从所述催化剂第一出口排出，反应气从所述产品气出口排出；
43、通过催化剂第一出口排出的催化剂进入所述催化剂分配单元，被分配成循环剂和待生剂，循环剂送入所述沉降单元待分配，待生剂送入所述再生单元再生得到再生剂，再生剂与来自所述沉降单元的循环剂混合后作为待反应的下料催化剂返回所述蜗壳反应器。
44、优选地，甲醇原料进入所述蜗壳反应器前进行预热，预热温度为100℃～200℃。
45、优选地，甲醇原料通过所述原料分布器喷出的气速5m/s～50m/s，优选10m/s～40m/s。
46、优选地，下料催化剂和甲醇原料的气固接触时间为0.1s～1.5s，优选为0.1s～0.3s。
47、优选地，剂料接触反应条件为：温度为350℃～500℃，反应压力为0.01mpa～1mpa。
48、优选地，所述一次分离空间的温度250～350℃，更优选260℃～310℃。
49、优选地，所述二次分离空间的温度为150～250℃，更优选165℃～200℃。
50、通过上述技术方案，本发明的蜗壳反应器使得原料和催化剂发生气固错流短接触反应，进入一次分离空间后降气速使颗粒态催化剂脱出气流实现一次分离，在导流通道分流、导流作用下，进入二次分离空间进一步去除携带的细粉态催化剂，大幅度缩短催化剂在设备中的停留时间，实现快速反应的同时实现气固快速高效的分离减少副反应发生，达到提高目标产物选择性的目的，特别地，在生产低碳烯烃的应用中，气固相的快速反应、快速分离能够有效减少催化反应过程中c4及c5+的烃类产物生成，从而显著提高反应产物中的c2＝、c3＝低碳烯烃选择性。
1.一种蜗壳反应器，其特征在于，所述蜗壳反应器包括：
2.根据权利要求1所述的蜗壳反应器，其中，所述导流通道(9)为在所述内圆筒的筒壁上由内而外形成的冲孔；
3.根据权利要求2所述的蜗壳反应器，其中，所述内圆筒的外筒壁上形成有作为冲孔余料的导流盖板，所述导流盖板呈翘起状遮盖在所述导流通道(9)的外侧；
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的蜗壳反应器，其中，所述导流通道(9)的通道出口设置为使得通过所述导流通道(9)的气流沿切线方向流向所述内圆筒的内周壁；
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的蜗壳反应器，其中，所述导流通道(9)设置在所述内圆筒的顶部周壁上；
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的蜗壳反应器，其中，所述错流入口部连接于所述蜗壳部的顶部，所述一次分离空间(4)的横截面面积沿所述内圆筒的轴向由上而下逐渐减小。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的蜗壳反应器，其中，所述原料分布器(2)沿所述蜗壳部的周壁切向方向伸出，所述催化剂下料口(1)与所述原料分布器(2)呈夹角设置；
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的蜗壳反应器，其中，所述剂料接触空间(3)的下壁面设置为斜面；
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的蜗壳反应器，其中，所述外壳体底部形成为缩口结构(6)，该缩口结构(6)倾斜向下且底端开口形成为所述催化剂第一出口(13)；
10.根据权利要求9所述的蜗壳反应器，其中，所述料封件(10)为设置在所述缩口结构(6)的内壁面上和/或所述环状锥形板外壁面上的环状凸起。
11.根据权利要求1-10中任意一项所述的蜗壳反应器，其中，所述外壳体的半径为r2，所述内圆筒半径为r1，优选r2≤1.7r1；
12.一种反应系统，其特征在于，该反应系统包括权利要求1-11中任意一项所述的蜗壳反应器(12)，还包括：
13.根据权利要求12所述的反应系统，其中，
14.权利要求1-11中任意一项所述的蜗壳反应器或权利要求12或13所述的反应系统在气-固催化反应过程中的应用，优选在短接触时间气固流态化催化反应中的应用，更优选在生产低碳烯烃中的应用。
15.一种生产低碳烯烃的方法，其特征在于，该方法在权利要求12或13所述的反应系统中进行，包括：
16.根据权利要求15所述的方法，其中，
