一种流化床甲醇制汽油的装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤化工与石油化工领域，涉及一种流化床甲醇制汽油的装置与方法。
【背景技术】
[0002]随着世界石油资源的日益匮乏和甲醇生产成本的降低，甲醇作为新的石油化工原料来源已经成为一种趋势，甲醇制汽油(MTG)项目因此备受关注。采用甲醇制汽油技术生产汽油，既能缓解国内油品短缺、又可解决甲醇产能过剩的问题。甲醇制汽油技术有两种基本形式:固定床和流化床。固定床甲醇制汽油技术的优点是转化率高、技术成熟；缺点是工艺过程和设备复杂、能耗高、投资高，规模受到限制。上世纪80年代，Mobil公司在德国进行了流化床甲醇制汽油工艺的技术开发和中型试验装置的建设，试验结果表明汽油收率相对较高。采用流化床甲醇制汽油技术不仅能高效发挥甲醇制汽油的规模化优势，更能体现出微米级球体催化剂的技术优势。
[0003]《广州化工》杂志2013年第7期发表的“甲醇制汽油催化剂GSK-10在国内某企业的应用实践”一文，介绍了固定床甲醇制汽油的反应条件。由于甲醇合成汽油的反应属于强放热反应，在反应器中尽量采用高操作压力(0.2?1.8MPa)、低反应温度(320?430°C )和低催化剂再生温度(450?550°C)。到目前为止，无论是固定床技术还是流化床技术都遵守这一规律。
[0004]中国专利CN202962437U公开了一种流化床反应再生装置，可用于甲醇制汽油。所述装置主要包括反应器、再生器、待生催化剂输送管、再生汽提段、待生汽提段等；催化剂与甲醇原料在反应器内逆流接触进行反应。该专利存在的主要问题是:(I)再生器设置外取热器不合理。因为甲醇制汽油采用的催化剂再生温度一般为450?550°C，而进入反应器的再生催化剂温度要求不大于350°C，所设的外取热器无法兼顾这两个温度。当外取热器将再生温度控制在450?550°C、满足烧焦要求时，则进入反应器的再生催化剂温度过高(再生汽提段对降低高温再生催化剂温度的作用很有限);当外取热器将再生温度控制在350°C以下、满足进入反应器的再生催化剂的温度要求时，则再生器无法完成烧焦工作。如果再生器不设置外取热器，则再生温度无法控制，进入反应器的再生催化剂温度将会过高。另外，反应器内取热管在取热时，容易造成反应器内催化剂床层的温度分布不均匀。(2)在甲醇制汽油的反应过程中，会同时产生大量的水，因此待生汽提段(一般是采用水蒸汽汽提)属于多余设备，汽提操作也是多余的，增加了装置投资和操作成本。(3)在反应器处于大直径、低线速(例如0.2m/s左右)的条件下，甲醇原料容易在催化剂床层中产生沟流或产生边壁效应，使甲醇原料与催化剂接触不均匀，导致甲醇转化为汽油的转化率下降。因此，利用上述专利所述的装置难以顺利地实现甲醇制汽油的反应并提高汽油收率。CN101775310A公开的应用流化床工艺甲醇生产汽油的方法，在流化床反应器内甲醇原料与催化剂同向上行接触反应。存在的问题是:大粒径催化剂(指粒径高于平均粒径的催化剂)、高密度催化剂(高密度催化剂的含碳量高、活性低)会在流化床反应器内滑落或滞留，这将降低甲醇转化为汽油的转化率。现有的流化床甲醇制汽油技术，甲醇转化为汽油的转化率一般为60?%左右(本发明以《%表示重量百分数)。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种流化床甲醇制汽油的装置与方法，以解决现有流化床甲醇制汽油的技术所存在的甲醇转化为汽油的转化率较低等问题。
[0006]为解决上述问题，本发明采用的技术方案是:一种流化床甲醇制汽油的装置，设有反应器、再生器、待生催化剂输送管、待生斜管，反应器的下部设有进料分布器，再生器与待生催化剂输送管同轴设置，再生器内设有再生器旋风分离器，再生器的顶部设有再生器集气室、再生器气体出口管，待生斜管的出口连接于待生催化剂输送管的下部，其特征在于:反应器为管式反应器，顶部为开口，反应器内在进料分布器上方的区段设有人字形挡板，反应器的上方设有沉降器，沉降器内设有沉降器旋风分离器，沉降器的顶部设有沉降器集气室、沉降器气体出口管，再生器的下部与沉降器之间设有再生催化剂输送管，再生催化剂输送管上设有冷却器，反应器的外部设有取热循环管，取热循环管上设有取热器，取热循环管的底部设有取热循环管提升气体分布器，出口位于沉降器内，反应器的底部与取热循环管的下部之间设有循环斜管，与待生斜管的入口之间设有待生立管。
[0007]采用上述装置进行流化床甲醇制汽油的方法，其特征在于:沉降器内密相催化剂床层中的催化剂从反应器的顶部进入反应器并向下流动，甲醇原料经进料分布器进入反应器并向上流动，与催化剂逆流接触进行甲醇制汽油反应，反应器内反应后生成的一部分待生催化剂经待生立管、待生斜管进入待生催化剂输送管的下部，在待生催化剂输送管内向上流动、进入再生器进行烧焦再生，再生催化剂进入再生催化剂输送管，经冷却器冷却后从再生催化剂输送管的出口进入沉降器并落入沉降器内的密相催化剂床层，反应器内反应后生成的另一部分待生催化剂经循环斜管进入取热循环管的下部，在取热循环管内在取热循环管提升气体的作用下向上流动，经取热器取热降温后从取热循环管的出口进入沉降器并落入沉降器内的密相催化剂床层，沉降器稀相段内的气体经沉降器旋风分离器进行气固分离，分离出的催化剂落入沉降器内的密相催化剂床层，分离出的气体进入分馏系统，分离成干气、轻烃、汽油以及水。
[0008]采用本发明，具有如下的有益效果:(I)本发明再生催化剂输送管上的冷却器、取热循环管上的取热器，可以分别对在再生催化剂输送管内流动的再生催化剂和在取热循环管内流动的待生催化剂进行冷却、降温，使温度较低的再生催化剂和待生催化剂落入沉降器内的密相催化剂床层、再进入反应器，满足反应器对反应温度的要求。因此，一方面再生器内的再生温度与进入反应器的催化剂温度可以分别独立控制，不存在无法兼顾这两个温度的问题；另一方面，还有利于对反应器操作条件的控制。此外，沉降器内密相催化剂床层中的催化剂混合后再进入反应器，有利于反应器内催化剂床层的温度分布均匀。(2)设置取热循环管及取热器，可以加大反应器中催化剂的内循环流量，使反应器内反应后生成的待生催化剂带出甲醇转化为汽油的反应所产生的热量，以保证反应器的底部温度能够处于本发明规定的范围内。(3)本发明对反应器内反应后生成的待生催化剂不设置汽提设备进行汽提操作，降低了装置投资和操作成本。(4)反应器为管式反应器，设有人字形挡板。在操作过程中，甲醇原料与催化剂在人字形挡板之间的空隙曲折流动，甲醇原料不容易在催化剂床层中产生沟流或产生边壁效应；甲醇原料与催化剂能够均匀地接触，使甲醇转化为汽油的转化率增加。(5)反应器在操作过程中，向上流动的甲醇原料与向下流动的催化剂逆流接触进行反应。由于催化剂是向下流动，大粒径催化剂、高密度催化剂不会在反应器内滑落或滞留，可以及时并快速地从反应器底部排出、一部分随待生催化剂进入再生器进行烧焦再生；如此便大大改善了反应器内催化剂的活性环境，有利于提高甲醇转化为汽油的转化率。本发明使用的管式反应器，能够很好地实现微米级球体催化剂以流态化方式与甲醇原料逆流接触，进行低空速、长反应时间的反应。
[0009]本发明的装置结构简单、能耗低、易操作，非常适合于甲醇制汽油的化学反应工程要求。本发明在进行甲醇制汽油的过程中，甲醇转化为汽油的转化率接近于目前工业化固定床甲醇制汽油的技术，可以达到80w%以上(甲醇转化为汽油的转化率，以甲醇中的碳、氢总重量为基准计)。本发明的装置属于流化床装置，适合大型化和规模化，使甲醇制汽油单套装置的经济效益大幅提高。
[0010]本发明主要用于以甲醇为原料制取汽油。本发明的装置还可用于以乙醇、天然气、石油液化气、轻汽油、凝析油、凝缩油等各种轻质烃类为原料制取汽油。
[0011]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。附图和【具体实施方式】并不限制本发明要求保护的范围。
【附图说明】
[0012]图1是本发明流化床甲醇制汽油装置的示意图。
【具体实施方式】
[0013]参见图1，本发明流化床甲醇制汽油的装置设有反应器26(流化床反应器)、再生器2、待生催化剂输送管6、待生斜管10。反应器26的下部设有进料分布器22。待生催化剂输送管6为垂直管，再生器2与待生催化剂输送管6同轴设置；待生催化剂输送管6的上部位于再生器2内，底部封闭并设有待生催化剂输送管提升气体分布器7。再生器2内设有再生器旋风分离器，再生器2的顶部设有再生器集气室1、再生器气体出口管32，底部设有再生器烧焦风分布器29。待生斜管10的出口连接于待生催化剂输送管6的下部。图1所示的再生器旋风分离器，包括串联安装的第一旋风分离器4和第二旋风分离器3、串联安装的第三旋风分离器30和第四旋风分离器31。待生催化剂输送管6的顶部出口与第一旋风分离器4的入口相连，第三旋风分离器30的入口与再生器2的稀相段相通，第二旋风分离器