一种甲醇制汽油过程热量综合利用方法
【技术领域】
[0001] 本发明创造属于甲醇制汽油技术领域，特别涉及一种甲醇制汽油过程中热量的综 合利用方法。
【背景技术】
[0002] 甲醇制汽油技术(MTG)的发展源于上个世纪，由美国Mobil公司在70年代发明，但 随着国际油价的波动，MTG技术发展也经历了较大的起伏。随着世界石油资源的日益匮乏和 甲醇生产成本的降低，甲醇制汽油项目近几年备受关注。由于我国多煤少油的能源结构及 甲醇产能过剩的状况，MTG技术在我国发展较快，已陆续有多套MTG装置投入运营。
[0003] MTG过程的基本原理是甲醇在酸性催化剂作用下转化为烃类混合物。甲醇首先在 质子酸催化作用下脱水生成二甲醚(DME)，DME进一步转化生成C2-C5的烯烃，C2-C5烯烃在 ZSM-5催化剂总酸性作用下进一步实现择型转化反应，包含烯烃生成、烷基化(烃化，是指一 个烯烃与一个烷烃结合成一个高支链化烷烃的反应）、齐聚(聚合度介于单体与最终聚合物 之间的一种分子量较低（1500以下）的聚合物，也称为低聚物）、芳构化(主要制环烷烃或烷 烃转变为芳香烃的过程）、裂解(是指烃类在高温下分子链断链成小分子量的不饱和烃的过 程)和歧化(也称自身氧化还原反应，是指通过一个或多个氢原子从一个分子转移到另一个 分子，使一个分子氧化，一个分子还原)等多步反应，最终得到烷烃、烯烃和芳烃的混合物， 可作为高品质汽油。
[0004] 其反应原理如下：
[0005] CH3OH^CH3OCH3+H2〇4 轻质烯烃+烷烃+芳烃+Q
[0006] 甲醇缩合转化为烃类和水的总反应热约为1400kJ/kg甲醇，随着烃类组成的变化 反应放出的热更高，反应的绝热升温可达600°C。目前MTG生产工艺主要包括固定床工艺、流 化床工艺和列管式固定床工艺，无论采用何种形式的工艺，反应的强放热效应是生产过程 必须要考虑的。
[0007] 由于催化剂床层的温升必须控制在60-70°C以避免催化剂结焦及活性降低。目前 典型的MTG工艺技术均通过反应产生的轻质气体循环来控制反应器的反应温升。即反应产 物经过换热冷却后在气液分离器分离为气态烃、汽油产品及水，气态烃少量放空后大部分 经过压缩机加压，加热器升温后与反应器进料气态甲醇混合进入反应器实现反应器温升的 控制，其循环比高达5-12(循环气与进料甲醇物质的量之比）。在整个生产过程中，反应放出 的热量部分用于原料甲醇加热气化及循环气升温，大部分热量随产物及循环气的气液分离 前降温过程带走，造成能量的浪费。同时由于反应器在2.5-3.5MPa(a)下反应，循环气需经 过压缩机加压后送入反应器，循环比较高时压缩机能耗可占到MTG工艺过程总能耗的40 %， 经济效益较差。
【发明内容】
[0008] 本发明创造为解决现有技术中的问题，提供了一种甲醇制汽油过程热量综合利用 方法，能够对反应过程释放的能量进行充分利用，有效控制了反应器温升，降低了甲醇制汽 油过程循环气的循环量，进而降低循环气冷却水用量及压缩机能耗，从而降低设备投资费 用和总能耗。
[0009] 本发明创造提供的一种甲醇制汽油过程热量综合利用方法，包括下述过程，甲醇 原料经升温和气化后进入反应器进行反应，反应过程放出的热量利用取热介质换热取出， 携带反应热量的取热介质用于:A1-副产中压蒸汽、A2-甲醇原料的气化、A3-循环气进入反 应器前的升温中的一种或多种;反应器出料产物首先利用换热介质换热降温，携带出料产 物热量的换热介质（即换热介质升温后）用于:B1-甲醇原料的升温、B2-循环气进入反应器 前的升温、B3-副产低压蒸汽的一种或多种;换热降温后出料产物通过进一步冷却降温，冷 却降温后出料产物通过气液分离得到产品粗产品、凝液及干气;部分或全部干气作为循环 气通过加压和升温后与进料甲醇混合后进入反应器进行反应;其中，循环气的循环比可以 为〇或不为0。
[0010] 其中，所述取热介质和换热介质可以循环使用；当A1-副产中压蒸汽或B3-副产低 压蒸汽时，可并入蒸汽管网满足其他装置的加热需求。携带反应热量的所述取热介质优选 的优先用于A2-甲醇原料的气化和/或A3-循环气进入反应器前的升温;携带出料产物热量 的换热介质优选的优先用于B1-甲醇原料的升温和/或B2-循环气进入反应器前的升温。
[0011] 其中，考虑到能量综合利用效率、取热及换热效率、以及甲醇制汽油过程的反应效 率，控制甲醇原料经升温后温度为150_180°C，进入反应器的经气化的甲醇原料、或其与循 环气的混合气温度为320-350°C，反应器出料产物温度为400-430°C，换热降温后出料产物 温度为140-170°C，冷却降温后出料产物温度为40-50°C。其中，甲醇原料在反应器内反应温 升控制在70°C以内。
[0012] 其中，所述循环气的循环比可以为0-15,优选地可以降至0-5,更低地循环比有利 于更有效地降低能耗、药品投入及设备投资。本案中方案最优的循环比可以降至〇,当循环 比为0时，可视为本案甲醇制汽油过程热量综合利用方法中没有循环气的参与，即干气直接 进入下一工序，不存在部分或全部干气作为循环气经加压、升温、与甲醇混合并进入反应器 进行反应的过程。
[0013] 其中，所述取热介质优选为熔盐或导热油;所述取热介质在反应器中与反应物以 逆流的方式换热;所述取热介质副产的中压蒸汽压力为2_4MPa。
[0014] 其中，所述换热介质优选为导热油或低压饱和水;所述换热介质与反应器出料产 物以逆流的方式换热。
[0015] 其中，所述甲醇制汽油过程热量综合利用方法中，还包括下述的一个或多个过程： 其一为甲醇原料的加压过程，优选为将甲醇原料加压至2.5-3.5MPa，还优选为在甲醇原料 升温前进行加压;其二为催化剂回收过程，优选为在出料产物换热降温后、冷却降温前进行 催化剂回收。
[0016] 本发明与已有技术相比所具有的优点与积极效果是：
[0017] (1)采用取热介质和换热介质对反应过程放出的热量及反应器出料产物进行换 热，使生产过程更加稳定，相对传统的采用产物流股直接加热及气化进料甲醇，提高了能 量利用率，简化了生产过程。
[0018] (2)取热介质对反应器取热维持反应器温升在合理范围内，使反应可以平稳进行， 并保证了催化剂活性，取出热量用于进料甲醇气化及循环气升温，减少了外界能量输入。
[0019] (3)换热介质对反应器出料产物换热并将热量用于进料甲醇升温及循环气升温， 减少了反应产物冷却散逸的能量，同时降低了气液分离前冷却降温过程能耗。
[0020] (4)对反应器取热以控制反应器温升，大大减少了循环气通入量，进而减少了反应 器催化剂装填体积，同时用于循环气加压的压缩机能耗大幅下降甚至停用，减少了催化剂 及设备投资。
[0021] (5)相对传统MTG工艺循环比可以降至5以下，甚至为0,总能耗能够降低至原来的 10%以下，甚至总能耗降为0或为负能耗，具有很大的经济效益。
【附图说明】
[0022] 图1-图2是为本发明不同工况下的工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面通过结合附图对本发明创造进行进一步说明，但不限定本发明的保护范围。 [0024]本发明创造针对MTG能量利用提出一种甲醇制汽油过程热量综合利用方法。原料 甲醇a通过进料栗1加压后进入进料预热器2,加压后原料甲醇a压强以2.5-3.5MPa为宜，在 进料预热器2中升温后进入气化器3进一步升温气化。进料预热器预热介质进料m2为出料换 热器5换热介质出料c2,具体形式可以为导热油或低压饱和蒸汽，预热介质进料m2对原料甲 醇a进行预热后预热介质出料n2可返回出料换热器5作为换热介质进料b2继续循环，原料甲 醇进料升温至150_180°C;气化器3中气化介质进料ml为反应器4内取热介质出料cl，取热介 质出料cl在原料甲醇a气化后返回反应器4底部作为取热介质进料bl循环使用，气化器3中 气化介质也可以使用中压蒸汽，根据具体实施情况，取热介质可选用导热油或熔盐，原料甲 醇a进入反应器的温度为320-350°C。其中，所使用的反应器4为有外取热功能的反应器，如 外换热式固定床反应器。由于反应器4在反应过程不断放热，取热介质能够从反应器4底部 进入，与反应物流逆流接触带走能量，升温后从反应器4顶部放出。取热介质除用于上述对 原料甲醇a的气化外，还可用于对后面循环气h的升温或副产中压蒸汽(并入蒸汽管网）。 [0025] 原料甲醇a在反应器4反应结束后出料产物升温至400_430°C，反应器出料产物温 度与取热介质进料阀门联锁控制取热介质进料bl流量，保证反应器内温升为60-70°C。出料 产物主要包括干气e(主要为⑶ 2、⑶、H2、CH4和C2H6等）、凝液g(主要为水）、粗产品f(主要为 LPG、汽油、柴油组分）。出料产物在进入气液分离器8前需要冷却降温，传统工艺直接采用空 冷器+水换热器降温，造成热量被直接浪费。本发明出料产物通过出料换热器5由换热介质 进料b2换热，考虑到出料产物热量的有效利用、换热效率及换热介质温升，换热降温后出料 产物降温至140-170°C为宜。换热介质可以选用导热油或低压饱和水（< IMPa)，升温后的 换热介质出料c2除用于对上述原料甲醇a升温外，还可以用于对后面循环气h升温或副产低 压蒸汽。换热降温后出料产物经过催化剂过滤器6进入出料冷却器7与由冷却水进水p冷却 进一步降温至40-50°C，此时出料产物中水及部分烃冷凝为液态的凝液g。在气液分离器8 中，凝液g作为塔底产品出料，粗产品f经过油水分离出料，干气e作为燃料气从塔顶出料。
[0026]在上述过程中，甲醇原料a升温及气化所需热量可以部分或全部由反应自身放热 提供，大大减少了过程能量输入，提高了能量