催化轻汽油醚化装置及方法与流程

本发明涉及石油化工领域，特别涉及一种催化轻汽油醚化装置及方法。

背景技术：

催化轻汽油作为石油催化裂化的产物之一，常用于制备车用汽油。然而，催化轻汽油中含有大量的c4～c6烯烃，这不仅影响其使用性能，还会在阳光的作用下和汽车尾气中的二氧化氮(no2)生成弥漫于对流层的光化学烟雾，造成环境污染。目前，通常采用甲醇或乙醇对催化轻汽油中的c4～c6烯烃进行醚化来降低烯烃含量，同时提高汽油的辛烷值和氧含量，增强汽油的安定性，降低汽油的蒸汽压。基于上述可知，提供一种催化轻汽油醚化装置是十分必要的。

现有技术提供了一种催化轻汽油醚化装置，如附图1所示，该装置包括：按照液体流动方向依次连通的原料预热器a、第一醚化反应器b、冷却器c、第二醚化反应器d。第一醚化反应器b用于在高温状态下提高醚化反应的反应速率，第二醚化反应器d用于在低温状态下提高催化轻汽油中c4～c6烯烃的转化率。应用时，催化轻汽油与甲醇或乙醇所组成的醚化原料进入原料预热器a内进行预热；预热后的醚化原料进入第一醚化反应器b内，生成一级醚化产物；一级醚化产物进入冷却器c内进行冷却；冷却后的一级醚化产物进入第二醚化反应器d，生成二级醚化产物，出料。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术所提供的催化轻汽油醚化装置包含四种设备，增加了设备成本、操作费用、装置能耗以及占地面积。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种催化轻汽油醚化装置及方法，可以解决上述技术问题。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种催化轻汽油醚化装置，所述装置包括：由上至下顺次设置的第一反应段、换热段以及第二反应段；

所述换热段用于预热醚化原料，且冷却来自于所述第一反应段的一级醚化产物；

所述第一反应段用于使预热后的醚化原料反应生成一级醚化产物；

所述第二反应段用于使冷却后的一级醚化产物反应生成二级醚化产物。

在一种可能的设计中，所述第一反应段包括：顶部封闭的上壳体、第一催化剂床层；

所述第一催化剂床层设置在所述上壳体内。

在一种可能的设计中，所述第一反应段还包括：与所述换热段连通，并用于对所述预热后的醚化原料进行分布的进料分布器；

所述进料分布器设置在所述上壳体内，并位于所述第一催化剂床层的上方。

在一种可能的设计中，所述进料分布器包括：主管、多个支管；

多个所述支管均与所述主管连通，且沿所述主管的轴向间隔设置；

所述支管上设置有多个流体通孔，且两端口均封闭；

所述主管的一个端口封闭，另一端口与所述换热段连通。

在一种可能的设计中，所述换热段包括：中壳体、上隔板、下隔板、多个用于输送所述一级醚化产物的换热管；

所述中壳体的壁上设置有壳程进口与壳程出口，且所述壳程出口通过外管与所述主管的另一端口连通；

所述上隔板、所述下隔板分别设置在所述中壳体的上端和下端；

多个所述换热管竖直设置在所述上隔板与所述下隔板之间，且上、下端口分别与所述第一反应段、所述第二反应段导通。

在一种可能的设计中，所述换热段还包括：多个第一筛网、多个第二筛网；

所述第一筛网设置在所述上隔板上，并与对应的所述换热管的上端口导通；

所述第二筛网设置在所述下隔板上，并与对应的所述换热管的下端口导通。

在一种可能的设计中，所述第二反应段包括：下壳体、第二催化剂床层；

所述第二催化剂床层设置在所述下壳体内；

所述下壳体的底部设置有出料口，且顶部与所述中壳体连通。

在一种可能的设计中，所述出料口处设置有第三筛网。

在一种可能的设计中，所述第二催化剂床层与所述第三筛网之间填充有多个惰性瓷球。

另一方面，提供了一种催化轻汽油醚化方法，所述方法包括：

向换热段内输送醚化原料，并将所述醚化原料与来自于第一反应段的一级醚化产物进行热交换，以预热所述醚化原料，同时冷却所述一级醚化产物；

利用所述第一反应段，将预热后的醚化原料生成一级醚化产物；

利用第二反应段，将冷却后的一级醚化产物生成二级醚化产物，并排出。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的催化轻汽油醚化装置，通过换热段预热醚化原料，冷却来自于第一反应段的上一轮一级醚化产物，通过第一反应段使预热后的醚化原料生成当前轮一级醚化产物以及通过第二反应段使冷却后的当前轮一级醚化产物生成二级醚化产物，使得该装置既具有将醚化原料转化成一级醚化产物、二级醚化产物的功能，又具有预热醚化原料、冷却一级醚化产物的功能。可见，该装置仅通过第一反应段、换热段、第二反应段的配合作用即可实现对催化轻汽油的醚化处理，避免了额外使用加热器、冷却器等设备，不仅节省了设备成本、操作费用，且降低了能量消耗，减少了占地面积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术催化轻汽油醚化装置结构示意图；

图2是本发明实施例提供的催化轻汽油醚化装置结构示意图；

图3是本发明实施例提供的进料分布器结构示意图；

图4是本发明实施例提供的换热段俯视图；

图5a是本发明实施例提供的上、下隔板在中壳体上的一种安装示意图；

图5b是本发明实施例提供的上、下隔板在中壳体上的另一种安装示意图；

图6是本发明实施例提供的换热段的局部放大示意图；

图7是本发明实施例提供的第二反应段的局部放大示意图。

附图标记分别表示：

a-原料预热器；

b-第一醚化反应器；

c-冷却器；

d-第二醚化反应器；

1-第一反应段；

101-上壳体；

102-第一催化剂床层；

103-进料分布器；

103a-主管；

103b-支管；

103c-第一固定板；

103d-第二固定板；

103e-第三固定板

103f-连接头；

2-换热段；

201-中壳体；

201a-壳程进口；

201b-壳程出口；

202-上隔板；

203-下隔板；

204-换热管；

205-外管；

206-第一筛网；

206a-框架；

206b-筛条；

206c-盖板；

207-第二筛网；

208a-上限位件；

208b-下限位件；

209a-第一密封圈；

209b-第二密封圈；

2010a-第一弹性挡圈；

2010b-第二弹性挡圈；

2011a-第三密封圈；

2011b-第四密封圈；

2012-第一连接件；

2012a-支撑板；

2012b-螺柱；

2012c-螺母；

2012d-垫片；

3-第二反应段；

3a-出料口；

301-下壳体；

302-第二催化剂床层；

303-第三筛网；

303a-筒体；

303b-顶板；

304-惰性瓷球；

305-第二连接件；

305a-垫板；

305b-管体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

需要说明的是，本发明实施例中，醚化原料指的是催化轻汽油与甲醇或乙醇组成的混合物。催化轻汽油中的c4～c6烯烃与甲醇或乙醇的醚化反应为一种在液相状态下进行的可逆、放热反应。其中，正、逆反应的速率常数随温度的增大而增大，但逆反应的速率常数增长幅度大于正反应的速率常数增长幅度，故在对醚化原料进行醚化处理之前，需对醚化原料进行预热，以提高正反应速率；待醚化反应达到平衡后，冷却醚化原料以及醚类化合物(即一级醚化产物)，之后继续对一级醚化产物进行醚化处理，以提高醚化原料中c4～c6烯烃的转化率。

另外，本发明实施例所涉及的一级醚化产物与二级醚化产物的成分相同，均包括醚化原料、醚类化合物，但二级醚化产物的醚类化合物含量大于一级醚化产物的醚类化合物含量。

第一方面，本发明实施例提供了一种催化轻汽油醚化装置，如附图2所示，该装置包括：由上至下顺次设置的第一反应段1、换热段2以及第二反应段3；换热段2用于预热醚化原料，且冷却来自于第一反应段1的一级醚化产物；第一反应段1用于使预热后的醚化原料反应生成一级醚化产物；第二反应段3用于使冷却后的一级醚化产物反应生成二级醚化产物。

需要说明的是，第一反应段1、换热段2与第二反应段3由上至下顺次贯通。

下面就本发明实施例提供的催化轻汽油醚化装置的工作原理以及效果给予描述：

应用时，向换热段2内输送醚化原料，醚化原料在换热段2内与上一轮一级醚化产物(即来自于第一反应段1的一级醚化产物)，进行热交换，以预热醚化原料，并冷却上一轮一级醚化产物。

预热后的醚化原料进入至第一反应段1内，进行醚化反应，生成当前轮一级醚化产物。待醚化反应达到平衡后，该当前轮一级醚化产物进入至换热段2内，并与下一轮醚化原料进行热交换，进而降低自身温度。

冷却后的当前轮一级醚化产物进入至第二反应段3内，进一步进行醚化反应，生成二级醚化产物，待醚化反应达到平衡后，二级醚化产物从第二反应段3内排出。

本发明实施例提供的催化轻汽油醚化装置，通过换热段2预热醚化原料，冷却来自于第一反应段1的上一轮一级醚化产物，通过第一反应段1使预热后的醚化原料生成当前轮一级醚化产物以及通过第二反应段3使冷却后的当前轮一级醚化产物生成二级醚化产物，使得该装置既具有将醚化原料转化成一级醚化产物、二级醚化产物的功能，又具有预热醚化原料、冷却一级醚化产物的功能。可见，该装置仅通过上述第一反应段1、换热段2、第二反应段3的配合作用即可实现对催化轻汽油的醚化处理，避免了额外使用加热器、冷却器等设备，不仅节省了设备成本、操作费用，且降低了能量消耗，减少了占地面积。

第一反应段1可设置成多种结构，只要既使预热后的醚化原料反应生成一级醚化产物，又可保证一级醚化产物进入至换热段2内即可，举例来说，如附图2所示，第一反应段1包括：顶部封闭的上壳体101、第一催化剂床层102；第一催化剂床层102设置在上壳体101内。

上述第一反应段1的结构简单，便于生产、加工。

其中，上壳体101的结构可为多种，例如，可由球形的封头与筒体焊接而成。

另外，第一催化剂床层102可通过栅板设置在上壳体101的内壁上，也可直接堆积在换热段2的顶部，即第一反应段1的底部(参见附图2)。为了节省加工成本，本发明实施例优选后一种实施方式，可避免在上壳体101内安装栅板。

为了减少一级醚化产物的生成成本，第一催化剂床层102中的催化剂颗粒可选用阳离子交换树脂。该类催化剂便于制备获取，且具有良好的催化效果。

上述第一催化剂床层102的高度与上壳体101的内径的比值可设置为3～8，举例来说，该比值可设置为3、4、5、6、7、8等。通过如此设置，既可有效地对进入至第一催化剂床层102内的醚化原料进行醚化处理，又可避免催化剂的浪费。

进一步地，为了使预热后的醚化原料均匀分布在第一催化剂床层102的顶部，提高第一催化剂床层102的利用率，本发明实施例中，如附图2所示，第一反应段1还包括：与换热段2连通，并用于对预热后的醚化原料进行分布的进料分布器103；进料分布器103设置在上壳体101内，并位于第一催化剂床层102的上方。

其中，进料分布器103在上壳体101内的安装位置可设置为：位于上壳体101中封头与筒体的焊接线下方300mm～500mm(例如300mm、400mm、500mm等)，同时位于第一催化剂床层102上方800mm～1000mm(例如800mm、900mm、1000mm等)。通过如此设置，既可减少预热后的醚化原料对第一催化剂床层102的冲击，又有利于预热后的醚化原料进入至第一催化剂床层102内。

更进一步地，在基于结构简单的前提下，如附图3所示，进料分布器103包括：主管103a、多个支管103b；多个支管103b均与主管103a连通，且沿主管103a的轴向间隔设置；支管103b上设置有多个流体通孔，且两端口均封闭；主管103a的一个端口封闭，另一端口与换热段2连通。

通过如此设置，来自于换热段2内的预热后的醚化原料先通过主管103a的另一端口进入至主管103a内，然后通过多个支管103b的流体通孔落入至第一催化剂床层102的顶部，这有利于醚化原料在第一催化剂床层102顶部的均匀分布，可提高醚化原料在第一催化剂床层102中的反应转化率。

其中，流体通孔可设置在支管103b的上侧壁或/和下侧壁上。在本发明实施例中，流体通孔设置在支管103b的下侧壁上，既能实现预热后的醚化原料流入至第一催化剂床层102内，又便于支管103b的加工。

上述流体通孔的孔径可为3mm～8mm(例如3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm等)，并以每平方横截面积150个～250个(例如150个、170个、190个、210个、230个、250个等)均匀地分布在上壳体101内腔中。通过如此设置，既可保证支管103b的强度，又便于醚化原料均匀流入至第一催化剂床层102内。

本发明实施例中，主管103a的一个端口可通过第一固定板103c设置在上壳体101内(参见附图3)。其中，第一固定板103c可焊接在上壳体101的内壁上，或与焊接在上壳体101内壁上的耳板螺栓连接。

关于主管103a与第一固定板103c的连接方式，可设置成多种，举例来说，主管103a的一个端口可通过金属丝或金属条缠绕的方式固定在第一固定板103c上；或者，第一固定板103c上竖直设置两个夹持板，主管103a的一个端口位于两个夹持板之间，并在两个夹持板的上部横插紧固螺栓，以使紧固螺栓与主管103a的顶部相抵；再或者，通过u型螺栓固定在第一固定板103c上。

上述三种连接方式均便于主管103a的拆装，在实施时，可根据具体情况进行选择。可以理解的是，主管103a可安装在第一固定板103c的上表面或下表面上，例如，本发明实施例中，安装在上表面上(参见附图3)。

同样地，本发明实施例中，多个支管103b的两端口也可分别通过第二固定板103d、第三固定板103e固定在上壳体101内(参见附图3)。其中，第二固定板103d、第三固定板103e可焊接在上壳体101的内壁上，或与焊接在上壳体101内壁上的耳板螺栓连接。

另外，支管103b的两端口和第二固定板103d、第三固定板103e的连接方式均可设置成与主管103a和第一固定板103c相同的连接方式。可以理解的是，支管103b的两端口可分别安装在第二固定板103d、第三固定板103e顶壁或底壁上，例如，本发明实施例中，安装在下表面上(参见附图3)。

为了便于更换主管103a、支管103b，如附图3所示，进料分布器103还包括：多组连接头103f，且每组连接头103f由两个对称设置在主管103a上的连接头103f组成；多组连接头103f均与主管103a连通，并沿主管103a的轴向间隔分布；支管103b包括第一支管与第二支管，第一支管与第二支管分别与对应的连接头103f可拆卸连接并导通。

可以理解的是，一组连接头103f对应连接一根支管103b。

其中，连接头103f可焊接在主管103a上，或与主管103a一体化成型；第一支管与第二支管分别与对应的连接头103f螺纹连接，或者法兰连接。

用于预热醚化原料，并冷却来自于第一反应段1的一级醚化产物的换热段2可设置成多种结构，本发明实施例中，为了提高醚化原料与一级醚化产物的热交换率，换热段2包括：用于预热醚化原料的壳程、以及用于冷却一级醚化产物的管程。

进一步地，在基于结构简单的前提下，如附图2所示，换热段2包括：中壳体201、上隔板202、下隔板203、多个用于输送一级醚化产物的换热管204；中壳体201的壁上设置有壳程进口201a与壳程出口201b，且壳程出口201b通过外管205与主管103a的另一端口连通；上隔板202、下隔板203分别设置在中壳体201的上端和下端；多个换热管204竖直设置在上隔板202与下隔板203之间，且上、下端口分别与第一反应段1、第二反应段3导通。

通过如此设置，醚化原料通过壳程进口201a进入至中壳体201内，与依靠自身重力从第一反应段1内落入至换热管204内的上一轮一级醚化产物进行热交换；然后，预热后的醚化原料通过壳程出口201b，并经外管205流入至进料分布器103内，进行分布，进而落入至第一催化剂床层102内；同时，冷却后的一级醚化产物也依靠自身重力落入至第二反应段3内。

需要说明的是，换热管204的内部空间构成换热段2的管程；换热管204与中壳体201之间的空间构成换热段2的壳程，且壳程进口201a用于进料。另外，外管205位于中壳体201、上壳体101的外部。

其中，中壳体201设置成筒状结构，以使中壳体201的结构与上壳体101筒体部分的结构相适配，便于中壳体201与上壳体101连接并导通，进而使换热管204的上端口与第一反应段1导通。

为了进一步提高醚化原料与一级醚化产物的对流换热效果，壳程进口201a与壳程出口201b位于中壳体201相对的两个侧壁上，且壳程进口201a、壳程出口201b分别位于中壳体201的下端、上端(参见附图2)。通过如上设置，使得壳程内醚化原料的流向与管程内上一轮一级醚化产物的流向相反，有利于对流换热。

上述上隔板202、下隔板203的结构与中壳体201的结构相适配，举例来说，若中壳体201为筒状结构，则上隔板202、下隔板203为圆盘形结构，以使上隔板202、下隔板203可与中壳体201的内壁相抵，一方面避免换热段2壳程内的醚化原料从上隔板202与中壳体201之间的缝隙中进入至第一反应段1内，从下隔板203与中壳体201之间的缝隙中进入至第二反应段3内；另一方面避免第一反应段1内的一级醚化产物从上隔板202与中壳体201之间的缝隙中进入至换热段2的壳程内。

可以理解的是，上隔板202与下隔板203上均设置有多个竖直通孔，且上隔板202上的竖直通孔与下隔板203上的竖直通孔一一对应，以使换热管204竖直固定在上隔板202、下隔板203的竖直通孔内。

关于上述竖直通孔的设置，以上隔板202为例，上隔板202上的多个竖直通孔可分为多组，每组竖直通孔沿上隔板202的周向均匀分布，且相邻两组竖直通孔相互错开(参见附图4)。通过如上设置，可提高醚化原料与上一轮一级醚化产物的热交换效率。

需要说明的是，为了便于描述竖直通孔的设置方式，附图4中的上隔板202上只显示部分竖直通孔。

上述相邻两个竖直通孔的间距可设置为80mm～300mm，举例来说，间距可设置成80mm、160mm、240mm、300mm等，既可保证上隔板202具有一定的强度，又有利于一级醚化产物流入至换热管204内。

另外，上隔板202、下隔板203设置在中壳体201的方式可以有多种，只要既能保证上隔板202、下隔板203固定在中壳体201的内壁上，又使上隔板202、下隔板203分别与中壳体201的内壁相抵即可，以下给出两种实施方式：

作为第一种实施方式，如附图5a所示，中壳体201上、下端的内壁上分别设置有上限位件208a、下限位件208b；上隔板202设置在上限位件208a上，且上隔板202与中壳体201之间设置有第一密封圈209a；下隔板203设置在下限位件208b上，且下隔板203与中壳体201之间设置有第二密封圈209b。

其中，上限位件208a、下限位件208b可设置成多种结构，只要可分别固定在上隔板202、下隔板203上即可，举例来说，上限位件208a、下限位件208b可为环状结构，也可由多个沿中壳体201的周向均匀布置的限位块构成。

上述上限位件208a、下限位件208b可焊接在中壳体201的内壁上，便于生产、加工。

关于上隔板202与上限位件208a，下隔板203与下限位件208b的连接方式，可采用螺栓连接方式，便于上隔板202、下隔板203的更换。

此外，关于第一密封圈209a、第二密封圈209b的安装方式，可在中壳体201上、下端的内壁上分别设置有环形槽，以对应容纳第一密封圈209a、第二密封圈209b；或者在上隔板202、下隔板203的外壁上分别设置环形槽，以对应容纳第一密封圈209a、第二密封圈209b。

上述第一密封圈209a、第二密封圈209b可采用螺栓连接的方式进行固定。

作为第二种实施方式，如附图5b所示，中壳体201上、下端的内壁上分别设置有第一环形卡槽、第二环形卡槽，且第一环形卡槽内容纳有第一弹性挡圈2010a，第二环形卡槽内容纳有第二弹性挡圈2010b；上隔板202设置在第一弹性挡圈2010a上，且上隔板202与中壳体201之间设置有第三密封圈2011a；下隔板203设置在第二弹性挡圈2010b上，且下隔板203与中壳体201之间设置有第四密封圈2011b。通过如上设置，便于拆装第一弹性挡圈2010a、第二弹性挡圈2010b。

上述第一弹性挡圈2010a、第二弹性挡圈2010b的安装与拆卸过程均相同，下面以第一弹性挡圈2010a为例，就其安装过程、拆卸过程进行描述：

当安装第一弹性挡圈2010a时，先夹紧第一弹性挡圈2010a，并放入至中壳体201内；待第一弹性挡圈2010a到达第一环形卡槽时，松开第一弹性挡圈2010a，使其复位，进而卡入至第一环形卡槽内。当拆卸第一弹性挡圈2010a时，先夹紧第一弹性挡圈2010a，使第一弹性挡圈2010a从第一环形卡槽进入中壳体201内；之后，继续夹紧第一弹性挡圈2010a，直至将其拉出至醚化装置的外部。

其中，第一弹性挡圈2010a、第二弹性挡圈2010b为可收缩、且具有开口的孔用挡圈，其上可设置工具孔，便于夹紧第一弹性挡圈2010a、第二弹性挡圈2010b。

可通过螺栓连接的方式，将第一弹性挡圈2010a与上隔板202连接，第二弹性挡圈2010b与下隔板203连接，便于上隔板202、下隔板203的拆装。

此外，关于第三密封圈2011a、第四密封圈2011b的安装位置，可与第一实施方式中第一密封圈209a、第二密封圈209b的安装位置相同。

其中，第三密封圈2011a、第四密封圈2011b可采用螺栓连接的方式进行固定。

上述换热管204可设置成多种结构，只要不影响醚化原料与上一轮一级醚化产物进行热交换即可，举例来说，可设置为光管、螺纹管等。

为了提高热交换率，本发明实施例中，换热管204优选为螺纹管，可在增大热交换面积的同时提高传热系数，达到二次强化传热的目的。

具体地，换热管204包括：基管、设置在基管外壁上的螺纹状翅片。上述翅片可通过轧制的方式安装在基管上，以提高换热管204的强度。

其中，换热管204的长度可为1.5m～3m(例如1.5m、2m、2.5m、3m等)，基管的外径为19mm～38mm(例如19mm、25mm、38mm等)，壁厚不小于2.5mm(例如2.5mm、3mm、3.5mm等)，翅片高度为1.0mm～1.4mm(例如1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm等)，翅片螺距为0.8mm～2.5mm(例如0.8mm、1.0mm、1.2mm、2.0mm、2.5mm等)，本发明实施例不对换热管204的上述参数的大小进行具体限制，只要可有效换热即可。

关于换热管204的材质，可设置成多种，只要能有效换热即可，举例来说，本发明实施例中，换热管204的材质为s31603不锈钢，该类不锈钢不仅具有良好的传热系数，而且耐腐蚀，可延长换热管204的使用寿命。

另外，换热管204的上、下端口分别与上隔板202、下隔板203的连接方式可设置成多种，举例来说，可采用螺纹连接的方式，便于换热管204的更换。

为了避免第一催化剂床层102中的催化剂颗粒进入至换热管204内，如附图2所示，本发明实施例中，换热段2还包括：多个第一筛网206；第一筛网206设置在上隔板202上，并与对应的换热管204的上端口导通。

需要说明的是，换热管204与第一筛网206一一对应，即每根换热管204的上端口均与对应的第一筛网206导通。

上述第一筛网206可设置成多种结构，只要可防止第一催化剂床层102中的催化剂颗粒进入至换热管204内即可，举例来说，可设置成板状结构或上端口封闭的筒状结构。

无论采用上述哪种结构，第一筛网206的筛孔孔径小于第一催化剂床层102的催化剂粒径。目前，所使用催化剂的粒径可小至0.25mm，则第一筛网206的筛孔孔径可设置为0.15mm～0.16mm(例如0.15mm、0.16mm等)。

此外，由于醚化装置内的压降大至0.1mpa，则第一筛网206可承受的最大压降为0.1mpa。若第一催化剂床层102直接堆积在上隔板202上，位于上隔板202上的第一筛网206也要承受整个第一催化剂床层102的重量，对此第一筛网206可选用高强度钢，例如s30403、s31603不锈钢，同时也可防止第一筛网206发生腐蚀，进而可延长第一筛网206的使用寿命。

具体地，如附图6所示，上述筒状结构的第一筛网206可包括：用于设置在上隔板202上的框架206a、多个环状结构的筛条206b、盖板206c；框架206a包括沿周向分布的多个支撑杆；多个筛条206b均以缠绕的方式设置在框架206a的侧壁上，且沿框架206a的轴向间隔设置；盖板206c上设置有多个筛孔，并与框架206a的顶部连接。

通过如上设置，第一筛网206既能有效防止第一催化剂床层102中的催化剂颗粒进入至换热管204内，也可降低催化剂颗粒堵塞第一筛网206的风险，同时也可对流入至换热管204的一级醚化产物进行均匀分布，便于一级醚化产物流入至换热管204内。

需要说明的是，相邻两个筛条206b之间的条形缝隙构成了第一筛网206的筛孔，该条形缝隙的最小尺寸(即筛孔孔径)小于第一催化剂床层102的催化剂粒径。

其中，上述框架206a的高度可为50mm～80mm(例如50mm、60mm、70mm、80mm等)，内径大于换热管204的外径，可设置为25mm～50mm(例如25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm等)；筛条206b的宽度为2.0mm～3.0mm，(例如2.0mm、2.5mm、3mm等)，本发明实施例不对上述参数的大小进行具体限制，既能有效阻止第一催化剂床层102中的催化剂颗粒进入至换热管204内，又能支撑住第一催化剂床层102即可。

此外，筛条206b可焊接在支撑杆的内侧壁或外侧壁上，盖板206c也可焊接在支撑杆的顶壁上，便于生产、加工。

为了便于第一筛网206、换热管204安装在上隔板202上，如附图6所示，换热段2还包括：多个设置有竖直通道的第一连接件2012；第一连接件2012的上端与对应的第一筛网206连通，下端穿过并固定在上隔板202内，与对应的换热管204的上端口可拆卸连接并导通。

上述第一连接件2012可设置成多种结构，举例来说，如附图6所示，本发明实施例中，第一连接件2012包括：支撑板2012a、与支撑板2012a竖直连接的螺杆2012b；支撑板2012a上设置有上竖直通道，并与第一筛网206连通；螺杆2012b上设置有下竖直通道，并穿过上隔板202与换热管204的上端口螺纹连接。通过如上设置，便于第一连接件2012的加工。

需要说明的是，上竖直通道与下竖直通道构成第一连接件2012上的竖直通道。

其中，第一筛网206可焊接在支撑板2012a上；支撑板2012a与螺杆2012b采用焊接方式连接，或一体化成型。

基于上述结构的第一连接件2012，为了避免一级醚化产物从螺杆2012b与上隔板202之间的缝隙流入至换热段2的壳程内，如附图6所示，螺杆2012b的上、下端均通过螺母2012c固定在上隔板202上，并在螺母2012c与上隔板202之间设置垫片2012d。

同样地，第二筛网207的结构可与上述第一筛网206的结构相同，且第二筛网207、换热管204的下端口安装在下隔板203上的方式与第一筛网206、换热管204的上端口安装在上隔板202上的方式相同。

用于使一级醚化产物生成二级醚化产物，并出料的第二反应段3可设置成多种结构，举例来说，如附图2所示，本发明实施例中，第二反应段3包括：下壳体301、第二催化剂床层302；第二催化剂床层302设置在下壳体301内；下壳体301的底部设置有出料口3a，且顶部与中壳体201连通。

上述第二反应段3的结构简单，便于生产、加工。

其中，下壳体301的结构可设置成多种，例如，下壳体301可由球形的封头与筒体焊接而成，也使得下壳体301的顶部结构与中壳体201的结构相适配便于下壳体301的顶部与中壳体201连接并导通。

在生产时，上壳体101的筒体部分、中壳体201与下壳体301的筒体部分可一体化顺次成型，不仅便于加工，而且可提高装置的强度。

基于上述结构的下壳体301，为了便于出料口3a的拆装，出料口3a可与下壳体301的封头法兰连接(参见图7)。

另外，第二催化剂床层302中的催化剂也可选取为阳离子交换树脂，且其床层高度、催化剂粒径均与第一催化剂床层102的相同。

关于第二催化剂床层302的安装，既可通过栅板设置在下壳体301的内壁上，也可直接在下壳体301的下端堆积多个催化剂颗粒，以形成该床层(参见附图2)。

优选后一种实施方式，如此设置第二催化剂床层302的安装方式，可避免使用格栅，减少加工成本。

进一步地，为了避免第二催化剂床层302中的催化剂颗粒通过出料口3a排出，如附图2以及附图7所示，出料口3a处还设置有第三筛网303，以阻止第二催化剂床层302中的催化剂随二级醚化产物由出料口3a排出。

其中，第三筛网303的结构可设置成顶部封闭的筒状结构(参见附图7)，以提高对二级醚化产物中催化剂颗粒的处理面积。需要说明的是，第三筛网303的筛孔孔径小于第二催化剂床层302的催化剂粒径。

具体地，上述第三筛网303可包括：筒体303a、与筒体303a连接的顶板303b；筒体303a上设置有多个竖直的条形孔，且多个条形孔沿筒体303a的周向均匀分布；筒体303a设置在出料口3a处(参见附图7)。通过如上设置，可降低催化剂颗粒堵塞第三筛网303的风险。

其中，筒体303a、顶板303b采用焊接进行连接，或者一体化成型。

本发明实施例不对上述条形孔的宽度、长度进行具体限制，只要能有效过滤二级醚化产物中的催化剂颗粒，并及时排放二级醚化产物即可，例如，本发明实施例中，多个条形孔的面积总和至少为出料口3a横截面积的两倍。

此外，第三筛网303可承受的最大压降以及所采用的钢种均与第一筛网206的相同。

为了便于将第三筛网303放入至下壳体301内以及取出，如附图7所示，第二反应段3还包括：设置有竖直通道的第二连接件305；第二连接件305的上端与第三筛网303的筒体303a连通，下端与出料口3a连通。

上述第二连接件305可设置成多种结构，举例来说，如附图7所示，本发明实施例中，第二连接件305包括：垫板305a、与垫板305a竖直连接的管体305b；垫板305a上设置有通道，并与第三筛网303的筒体303a连通；管体305b的下端与出料口3a连通。

需要说明的是，垫板305a的竖直通道与管体305b的内腔构成第二连接件305的竖直通道。

上述垫板305a的外径大于或等于第三筛网303的外径，且使垫板305a不与下壳体301的内壁相抵，有利于在安装出料口3a的同时，有助于将第三筛网303、第二连接件305放入至下壳体301内。

其中，第三筛网303的筒体303a可焊接在垫板305a上；垫板305a与管体305b采用焊接方式连接，或一体化成型。

为了避免由于第二催化剂床层302的温度过高而损坏第三筛网303，如附图2所示，第二催化剂床层302与第三筛网303之间填充有多个惰性瓷球304。

可以理解的是，多个惰性瓷球304填满在第二催化剂床层302、下壳体301与第三筛网303之间所组成的空间中。且该类惰性瓷球304不仅不与二级醚化产物反应，而且也具有一定的强度，以支撑第二催化剂床层302。

上述惰性瓷球304的粒径为2mm～4mm(例如2mm、3mm、4mm等)，多个惰性瓷球304的上表面位于第三筛网303的顶板303b上方90mm～110mm(例如90mm、100mm、110mm等)，本发明实施例不对上述参数的大小进行具体限制，只要能对第三筛网303进行有效隔热即可。

同样地，也可在第一催化剂床层102与上隔板202之间设置多个惰性瓷球，以保护上隔板202、第一筛网206。

基于上述结构的第二反应段3，为了提高醚化原料的转化率以及处理速度，本发明实施例中，第三筛网303的顶部与第二催化剂床层302顶部之间的距离为300mm～600mm,举例来说，该距离可设置为300mm、400mm、500mm、600mm等。

本发明实施例中，可在上壳体101、中壳体201以及下壳体301上设置至少一个人孔，便于装置的拆装。

另外，本发明实施例所提供的装置也可用于催化剂为树脂、反应为放热反应且两台反应器串联操作的其他装置，如mtbe(methyltert-butylether，甲基叔丁基醚)装置、etbe(ethyltert-butylether，乙基叔丁基醚)装置、汽油叠合装置等。

下面在醚化原料参数以及工程条件相同的条件下，从规格、能耗、占地面积以及投资成本等方面对本发明实施例提供的装置与现有技术催化轻汽油醚化装置进行比较，其结果如表1所示。

表1

需要说明的是，上述加热器的规格为：u型管式换热器，公称直径500mm；管程、壳程设计压力2.5mpa，公称换热面积50平方米；换热管长6m，外径25mm，4管程，i级管束。上述冷却器的规格为：u型管式换热器，公称直径400mm；管程壳程设计压力2.5mpa，公称换热面积25平方米，换热管长6m，外径25mm，4管程，i级管束。另外，现有技术催化轻汽油醚化装置的占地面积为本发明实施例装置的4.7倍，投资成本为本发明实施例装置的2.6倍。

可见，本发明实施例提供的装置不消耗蒸汽和循环水，而现有技术催化轻汽油醚化装置需消耗1.0mpa蒸汽796kg/h，消耗循环水37300kg/h；对于所需设备个数来说，本发明实施例提供的装置仅需一台φ2000×20600mm的醚化反应器，而现有技术催化轻汽油醚化装置需要两台φ2000×11800mm的醚化反应器和两台冷换设备；另外，就占地面积和投资方面，本发明实施例提供的装置远小于现有技术催化轻汽油醚化装置。

第二方面，本发明实施例还提供了一种催化轻汽油醚化方法，该方法利用上述装置实施，包括：

向换热段2内输送醚化原料，并将醚化原料与来自于第一反应段1的一级醚化产物进行热交换，以预热醚化原料，同时冷却一级醚化产物。

利用第一反应段1，将预热后的醚化原料生成一级醚化产物。

利用第二反应段3，将冷却后的一级醚化产物生成二级醚化产物，并排出。

上述方法通过第一反应段1、换热段2、第二反应段3的配合作用即可实现对催化轻汽油的醚化处理，避免了额外使用加热器、冷却器等设备，不仅节省了设备成本、操作费用，且降低了能量消耗，减少了占地面积。

其中，上述醚化原料的温度为30℃～40℃、压力为0.60mpa～1.40mpa，待与上一轮一级醚化产物换热后，温度可增至45℃～60℃，压力可降至0.59mpa～1.39mpa。

另外，预热后的醚化原料所生成的一级醚化产物的温度为65℃～90℃，压力为0.49mpa～1.34mpa，待与上一轮醚化原料换热后，温度降至50℃～70℃、压力降至0.46mpa～1.31mpa，所生成的二级醚化产物温度为55℃～75℃，压力为0.40mpa～1.25mpa。

在本发明实施例提供的装置中，当第一反应段1安装上述结构的进料分布器103时，为了便于醚化原料流入至第一催化剂床层102内，以提高醚化原料生成一级醚化产物的含量，该方法中，进料分布器103的孔速设置为0.10m/s～0.15m/s，举例来说，该孔速可设置为0.10m/s、0.11m/s、0.12m/s、0.13m/s、0.14m/s、0.15m/s等。

需要说明的是，进料分布器103的孔速指的是醚化原料穿过进料分布器103流体通孔的流速。

进一步地，在本发明实施例提供的装置中，当换热段2采用上述结构时，为了提高一级醚化产物与下一轮醚化原料在换热段2的热交换效率，该方法中，一级醚化产物在换热管204内的流速设置为0.7m/s～1.5m/s，举例来说，该流速可设置为0.7m/s、0.9m/s、1.1m/s、1.3m/s、1.5m/s等。

另外，第一反应段1与第二反应段3内所堆积的催化剂用量可按照液时空速0.8h^-1～1.2h^-1(例如0.8h^-1、1.0h^-1、1.2h^-1等)计算确定，既可提高醚化原料的转换率，又可避免催化剂的浪费。其中，液时空速指的是催化剂的体积与醚化原料的流量比值。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。