一種節(jié)能型甲醇轉(zhuǎn)化制汽油的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種甲醇轉(zhuǎn)化制汽油的方法，具體涉及一種節(jié)能型甲醇轉(zhuǎn)化制汽油的 工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)具有富煤、貧油和少氣的能源結(jié)構(gòu)，尤其是石油的供需矛盾日益嚴(yán)重。煤制油 技術(shù)符合我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整方向，是緩解石油能源短缺問題最有效的途徑。煤制油技術(shù) 分為直接液化和間接液化，其中間接液化包括費(fèi)托(F-T)合成和甲醇制汽油(MTG)兩種技 術(shù)，與煤直接液化和煤間接液化F-T合成技術(shù)相比，甲醇制汽油具有工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟可 靠和汽油收率高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)考慮到近年來煤化工產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，使得煤制甲醇產(chǎn)能過 剩問題日益嚴(yán)重。因此，甲醇制汽油技術(shù)的成功開發(fā)和工業(yè)化應(yīng)用不但緩解了國(guó)內(nèi)石油短 缺和甲醇過剩等問題，而且豐富了煤制的技術(shù)路線，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 目前，工業(yè)甲醇轉(zhuǎn)化制汽油技術(shù)主要采用美國(guó)?？松?美孚公司開發(fā)的固定床兩 步法MTG工藝和賽鼎工程有限公司與煤化所合作開發(fā)的固定床一步法MTG工藝。前者是先將 甲醇在Cu/A1203催化劑上脫水形成二甲醚，然后將二甲醚在ZSM-5的催化作用下轉(zhuǎn)化為高辛 烷值的汽油產(chǎn)品；而后者是甲醇在改性ZSM-5分子篩上直接轉(zhuǎn)化為汽油產(chǎn)品。甲醇轉(zhuǎn)化制汽 油為強(qiáng)放熱反應(yīng)，為了控制反應(yīng)溫度，上述兩種工藝需采用大量的循環(huán)氣對(duì)原料甲醇進(jìn)行 稀釋，大大增加了循環(huán)能耗和循環(huán)設(shè)備投資。其中兩步法工藝雖然能夠使反應(yīng)熱分別經(jīng)二 甲醚合成和汽油合成兩個(gè)反應(yīng)得到分步釋放，但其采用的二甲醚反應(yīng)器為固定床絕熱反應(yīng) 器，由于二甲醚反應(yīng)也為強(qiáng)放熱反應(yīng)，使得二甲醚反應(yīng)器極易發(fā)生飛溫現(xiàn)象，其較高的反應(yīng) 溫度導(dǎo)致甲醇合成二甲醚的轉(zhuǎn)化率較低，在實(shí)際生產(chǎn)中，其循環(huán)氣量也較高。因此，如何有 效的控制反應(yīng)溫度、降低循環(huán)能耗和循環(huán)設(shè)備投資，成為工業(yè)甲醇轉(zhuǎn)化制汽油技術(shù)急需解 決的難題，也成為眾多科研機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)。
[0004] 專利CN103865563A公開了一種低能耗的甲醇合成汽油的方法，該方法將分離出的 水蒸氣最為熱載體與甲醇混合作為反應(yīng)器進(jìn)口原料，該工藝雖然節(jié)省了現(xiàn)有工藝中的以低 碳烴為主的循環(huán)氣，但過多的水蒸汽不但易造成ZSM-5催化劑中鋁的流失，進(jìn)而使得活性中 心數(shù)減少，而且作為產(chǎn)物的水會(huì)影響甲醇的轉(zhuǎn)化率，使得汽油收率降低。專利 CN103254924A公開了一種多段冷激發(fā)甲醇合成汽油的工藝方法，該發(fā)明將進(jìn)料甲醇分為兩 股，第一股氣化后與循環(huán)氣混合進(jìn)入反應(yīng)器頂部，第二股以液態(tài)冷激的形式自中部分段進(jìn) 入反應(yīng)器中，該工藝在一定程度上降低了循環(huán)氣量和循環(huán)能耗，但是冷激進(jìn)料的方式使得 反應(yīng)原料在催化劑床層中分布不均勻，極易出現(xiàn)由于進(jìn)料口處的甲醇較多而導(dǎo)致局部飛溫 的現(xiàn)象，同時(shí)冷激進(jìn)料會(huì)增加設(shè)備結(jié)構(gòu)和溫度控制體系的復(fù)雜程度，很難保證實(shí)際生產(chǎn)的 穩(wěn)定運(yùn)行。
[0005] 綜上所述，考慮到現(xiàn)有MTG工藝中存在的反應(yīng)易飛溫、循環(huán)能耗和循環(huán)設(shè)備投資大 等問題，而現(xiàn)有研究機(jī)構(gòu)針對(duì)上述問題的創(chuàng)新存在的一定工業(yè)化應(yīng)用限制，故開發(fā)一種反 應(yīng)溫度穩(wěn)定、循環(huán)能耗低和循環(huán)投資少的節(jié)能型新MTG工藝具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意 義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有MTG工藝中存在的反應(yīng)易飛溫、循環(huán)氣量大和循環(huán)設(shè)備 投資高的缺點(diǎn)，而開發(fā)一種反應(yīng)溫度穩(wěn)定、循環(huán)能耗低和循環(huán)投資少的節(jié)能型甲醇轉(zhuǎn)化制 汽油的工藝。
[0007] 為達(dá)上述目的，本專利發(fā)明團(tuán)隊(duì)通過大量的小試研究和多年的MTG工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)， 在MTG反應(yīng)器前面設(shè)置了兩級(jí)MTG預(yù)反應(yīng)器，其中第一級(jí)預(yù)反應(yīng)器為恒溫反應(yīng)器，第二級(jí)預(yù) 反應(yīng)器為絕熱反應(yīng)器，通過兩級(jí)預(yù)反應(yīng)器的預(yù)反應(yīng)，使得甲醇制汽油的熱量得到分步釋放， 并且能夠提高了預(yù)、主反應(yīng)器溫度的可控性，避免了飛溫現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)能夠大大降低整 個(gè)MTG工藝的循環(huán)氣量，降低了循環(huán)能耗和循環(huán)設(shè)備投資，最后通過本團(tuán)隊(duì)對(duì)熱量的平衡和 換熱單元的設(shè)置，使得整個(gè)MTG的換熱效率更加合理，大大提高了整個(gè)工藝的熱效率，最終 開發(fā)出一種反應(yīng)溫度穩(wěn)定、循環(huán)能耗低和循環(huán)投資少的節(jié)能型新MTG工藝，該工藝具有更大 的工業(yè)化潛質(zhì)。
[0008] 本發(fā)明公開的一種節(jié)能型甲醇轉(zhuǎn)化制汽油的工藝，其具體如下：
[0009] (1)原料甲醇先經(jīng)過甲醇預(yù)熱器12與來自合成油廢鍋11的出口氣換熱后，進(jìn)入甲 醇?xì)饣?0進(jìn)行氣化，氣化甲醇通過甲醇過熱器9進(jìn)行過熱，最后經(jīng)第一預(yù)反應(yīng)器進(jìn)口氣換 熱器7與換熱介質(zhì)換熱后進(jìn)入第一預(yù)反應(yīng)器1中進(jìn)行預(yù)反應(yīng)；
[0010] (2)第一預(yù)反應(yīng)器1的出口氣先經(jīng)第一預(yù)反應(yīng)器出口氣換熱器8與換熱介質(zhì)換熱 后，自頂部進(jìn)入第二預(yù)反應(yīng)器2中進(jìn)行反應(yīng)，第二預(yù)反應(yīng)器2的反應(yīng)出口氣與來自循環(huán)氣壓 縮機(jī)6的循環(huán)氣混合后自頂部進(jìn)入合成油反應(yīng)器3中進(jìn)行反應(yīng)，合成油反應(yīng)器3的反應(yīng)出口 氣分為兩部分，其中一部分進(jìn)入合成油廢鍋11產(chǎn)生蒸汽，另一部分與來自甲醇?xì)饣?0的 氣化甲醇換熱后與合成油廢鍋11的出口氣混合進(jìn)入甲醇預(yù)熱器12中，與原料甲醇換熱后進(jìn) 入油氣水分離器4中；
[0011] (3)油氣水分離器4分離出的氣相自頂部排出后一部分作為燃料氣送入罐區(qū)，另一 部分經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)6增壓后進(jìn)入合成油反應(yīng)器3中，油氣水分離器分離出的工藝水自底部 排出，而分離出的油相產(chǎn)品排出后送往油品分離器5中，經(jīng)分離后得到汽油產(chǎn)品、重油產(chǎn)品 和液化石油氣(LPG)產(chǎn)品。
[0012] 如上所述的第一預(yù)反應(yīng)器1為管殼式恒溫反應(yīng)器，其中甲醇原料氣在裝填有預(yù)反 應(yīng)催化劑的列管中進(jìn)行反應(yīng)，而殼程里面裝填有液相換熱介質(zhì)，第一預(yù)反應(yīng)器1的反應(yīng)溫度 為320~340°C，反應(yīng)壓力為1.8~2.2MPa，甲醇原料的質(zhì)量空速為0.5-2.Oh一1。
[0013]如上所述的第二預(yù)反應(yīng)器2為絕熱固定床反應(yīng)器，其進(jìn)口氣溫度為280~300°C，進(jìn) 口壓力為1.75~2.15MPa，原料的質(zhì)量空速為1.0-2.5^
[0014]如上所述的第一預(yù)反應(yīng)器1和第一預(yù)反應(yīng)器2中所裝填的催化劑為成都天成碳一 化工有限公司生產(chǎn)的TCM-3型、西南化工研究設(shè)計(jì)院有限公司生產(chǎn)的CNM-3型和武漢科林精 細(xì)化工有限公司生產(chǎn)的WD-1型二甲醚催化劑，兩預(yù)反應(yīng)器中可裝填同一種或兩種催化劑。
[0015] 如上所述的合成油反應(yīng)器3為絕熱式固定床反應(yīng)器，進(jìn)口氣溫度為290~310°C，反 應(yīng)壓力為1 · 7~2 ·OMPa，甲醇質(zhì)量空速為0 · 8~1 · 31Γ1。
[0016]如上所述的合成油反應(yīng)器3的催化劑采用中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所開發(fā)的 JX6201型催化劑或托普索公司開發(fā)的GSK-10型催化劑。
[0017] 如上所述的合成油反應(yīng)器3出口氣分為兩部分，其中進(jìn)入合成油廢鍋11的出口氣 與進(jìn)入甲醇過熱器9的出口氣體積比為1.5~2.5。
[0018]如上所述的來自循環(huán)氣壓縮機(jī)6的循環(huán)氣與來自第二預(yù)反應(yīng)器2的出口氣的質(zhì)量 比為2~4,混合進(jìn)入合成油反應(yīng)器中進(jìn)行合成油反應(yīng)。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步在于：
[0020] (1)本發(fā)明在MTG合成油反應(yīng)器前面設(shè)置了兩級(jí)的預(yù)反應(yīng)器，將甲醇轉(zhuǎn)化制汽油 的反應(yīng)熱分布釋放，克服了現(xiàn)有兩步法和一步法MTG工藝中存在的反應(yīng)易飛溫和催化劑易 燒結(jié)的問題，使得反應(yīng)均在較低的溫度下平穩(wěn)進(jìn)行。
[0021] (2)本發(fā)明采用的第一預(yù)反應(yīng)器1為恒溫反應(yīng)器，且設(shè)置了低溫第二預(yù)反應(yīng)器2,通 過上述兩級(jí)的預(yù)反應(yīng)，能夠使得甲醇能夠更大程度的轉(zhuǎn)化