一种节能型甲醇转化制汽油的工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于一种甲醇转化制汽油的方法，具体涉及一种节能型甲醇转化制汽油的 工艺。
【背景技术】
[0002] 我国具有富煤、贫油和少气的能源结构，尤其是石油的供需矛盾日益严重。煤制油 技术符合我国能源结构的调整方向，是缓解石油能源短缺问题最有效的途径。煤制油技术 分为直接液化和间接液化，其中间接液化包括费托(F-T)合成和甲醇制汽油(MTG)两种技 术，与煤直接液化和煤间接液化F-T合成技术相比，甲醇制汽油具有工艺简单、技术成熟可 靠和汽油收率高等优点。同时考虑到近年来煤化工产业的迅速发展，使得煤制甲醇产能过 剩问题日益严重。因此，甲醇制汽油技术的成功开发和工业化应用不但缓解了国内石油短 缺和甲醇过剩等问题，而且丰富了煤制的技术路线，具有重要的现实意义。
[0003] 目前，工业甲醇转化制汽油技术主要采用美国埃克森-美孚公司开发的固定床两 步法MTG工艺和赛鼎工程有限公司与煤化所合作开发的固定床一步法MTG工艺。前者是先将 甲醇在Cu/A1203催化剂上脱水形成二甲醚，然后将二甲醚在ZSM-5的催化作用下转化为高辛 烷值的汽油产品；而后者是甲醇在改性ZSM-5分子筛上直接转化为汽油产品。甲醇转化制汽 油为强放热反应，为了控制反应温度，上述两种工艺需采用大量的循环气对原料甲醇进行 稀释，大大增加了循环能耗和循环设备投资。其中两步法工艺虽然能够使反应热分别经二 甲醚合成和汽油合成两个反应得到分步释放，但其采用的二甲醚反应器为固定床绝热反应 器，由于二甲醚反应也为强放热反应，使得二甲醚反应器极易发生飞温现象，其较高的反应 温度导致甲醇合成二甲醚的转化率较低，在实际生产中，其循环气量也较高。因此，如何有 效的控制反应温度、降低循环能耗和循环设备投资，成为工业甲醇转化制汽油技术急需解 决的难题，也成为众多科研机构的研究热点。
[0004] 专利CN103865563A公开了一种低能耗的甲醇合成汽油的方法，该方法将分离出的 水蒸气最为热载体与甲醇混合作为反应器进口原料，该工艺虽然节省了现有工艺中的以低 碳烃为主的循环气，但过多的水蒸汽不但易造成ZSM-5催化剂中铝的流失，进而使得活性中 心数减少，而且作为产物的水会影响甲醇的转化率，使得汽油收率降低。专利 CN103254924A公开了一种多段冷激发甲醇合成汽油的工艺方法，该发明将进料甲醇分为两 股，第一股气化后与循环气混合进入反应器顶部，第二股以液态冷激的形式自中部分段进 入反应器中，该工艺在一定程度上降低了循环气量和循环能耗，但是冷激进料的方式使得 反应原料在催化剂床层中分布不均匀，极易出现由于进料口处的甲醇较多而导致局部飞温 的现象，同时冷激进料会增加设备结构和温度控制体系的复杂程度，很难保证实际生产的 稳定运行。
[0005] 综上所述，考虑到现有MTG工艺中存在的反应易飞温、循环能耗和循环设备投资大 等问题，而现有研究机构针对上述问题的创新存在的一定工业化应用限制，故开发一种反 应温度稳定、循环能耗低和循环投资少的节能型新MTG工艺具有重要的理论价值和现实意 义。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对现有MTG工艺中存在的反应易飞温、循环气量大和循环设备 投资高的缺点，而开发一种反应温度稳定、循环能耗低和循环投资少的节能型甲醇转化制 汽油的工艺。
[0007] 为达上述目的，本专利发明团队通过大量的小试研究和多年的MTG工程设计经验， 在MTG反应器前面设置了两级MTG预反应器，其中第一级预反应器为恒温反应器，第二级预 反应器为绝热反应器，通过两级预反应器的预反应，使得甲醇制汽油的热量得到分步释放， 并且能够提高了预、主反应器温度的可控性，避免了飞温现象的发生，同时能够大大降低整 个MTG工艺的循环气量，降低了循环能耗和循环设备投资，最后通过本团队对热量的平衡和 换热单元的设置，使得整个MTG的换热效率更加合理，大大提高了整个工艺的热效率，最终 开发出一种反应温度稳定、循环能耗低和循环投资少的节能型新MTG工艺，该工艺具有更大 的工业化潜质。
[0008] 本发明公开的一种节能型甲醇转化制汽油的工艺，其具体如下：
[0009] (1)原料甲醇先经过甲醇预热器12与来自合成油废锅11的出口气换热后，进入甲 醇气化器10进行气化，气化甲醇通过甲醇过热器9进行过热，最后经第一预反应器进口气换 热器7与换热介质换热后进入第一预反应器1中进行预反应；
[0010] (2)第一预反应器1的出口气先经第一预反应器出口气换热器8与换热介质换热 后，自顶部进入第二预反应器2中进行反应，第二预反应器2的反应出口气与来自循环气压 缩机6的循环气混合后自顶部进入合成油反应器3中进行反应，合成油反应器3的反应出口 气分为两部分，其中一部分进入合成油废锅11产生蒸汽，另一部分与来自甲醇气化器10的 气化甲醇换热后与合成油废锅11的出口气混合进入甲醇预热器12中，与原料甲醇换热后进 入油气水分离器4中；
[0011] (3)油气水分离器4分离出的气相自顶部排出后一部分作为燃料气送入罐区，另一 部分经循环气压缩机6增压后进入合成油反应器3中，油气水分离器分离出的工艺水自底部 排出，而分离出的油相产品排出后送往油品分离器5中，经分离后得到汽油产品、重油产品 和液化石油气(LPG)产品。
[0012] 如上所述的第一预反应器1为管壳式恒温反应器，其中甲醇原料气在装填有预反 应催化剂的列管中进行反应，而壳程里面装填有液相换热介质，第一预反应器1的反应温度 为320~340°C，反应压力为1.8~2.2MPa，甲醇原料的质量空速为0.5-2.Oh一1。
[0013]如上所述的第二预反应器2为绝热固定床反应器，其进口气温度为280~300°C，进 口压力为1.75~2.15MPa，原料的质量空速为1.0-2.5^
[0014]如上所述的第一预反应器1和第一预反应器2中所装填的催化剂为成都天成碳一 化工有限公司生产的TCM-3型、西南化工研究设计院有限公司生产的CNM-3型和武汉科林精 细化工有限公司生产的WD-1型二甲醚催化剂，两预反应器中可装填同一种或两种催化剂。
[0015] 如上所述的合成油反应器3为绝热式固定床反应器，进口气温度为290~310°C，反 应压力为1 · 7~2 ·OMPa，甲醇质量空速为0 · 8~1 · 31Γ1。
[0016]如上所述的合成油反应器3的催化剂采用中国科学院山西煤炭化学研究所开发的 JX6201型催化剂或托普索公司开发的GSK-10型催化剂。
[0017] 如上所述的合成油反应器3出口气分为两部分，其中进入合成油废锅11的出口气 与进入甲醇过热器9的出口气体积比为1.5~2.5。
[0018]如上所述的来自循环气压缩机6的循环气与来自第二预反应器2的出口气的质量 比为2~4,混合进入合成油反应器中进行合成油反应。
[0019]本发明与现有技术相比，具有实质性特点和显著进步在于：
[0020] (1)本发明在MTG合成油反应器前面设置了两级的预反应器，将甲醇转化制汽油 的反应热分布释放，克服了现有两步法和一步法MTG工艺中存在的反应易飞温和催化剂易 烧结的问题，使得反应均在较低的温度下平稳进行。
[0021] (2)本发明采用的第一预反应器1为恒温反应器，且设置了低温第二预反应器2,通 过上述两级的预反应，能够使得甲醇能够更大程度的转化