一种合成气两步法制备汽油的装置及工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种合成气两步法制备汽油的装置及工艺，属于煤化工汽油制备方法
技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着中国经济的快速发展，对石油资源的需求越来越大，而我国的能源结构是富 煤、缺油、少气，供需十分矛盾。预计2020年，我国对石油的进口依赖度可能达到65%，整个 国家的能源安全、经济安全、国家安全都面临严重的威胁。
[0003] 在20世纪七十年代，美国Mobile公司成功开发出以ZSM-5为催化剂的甲醇转化 制汽油技术，并且该公司申请了多项有关甲醇制汽油的专利，如美国专利US3931349公布 的甲醇制烯烃专利，采用两段法转化，其中第一段反应是甲醇脱水制二甲醚，然后生成的二 甲醚、甲醇和水的混合物进入二段反应器，在分子筛催化剂的作用下生成汽油和液化气等 产品。美国专利US4579999公布的另外一种两段法甲醇转化制汽油馏分段烃类的产品技 术，甲醇在一段反应器分子筛催化剂的作用下首先转化为低碳烯烃和部分(： 5+烃，将C5+分离 后的烯烃进入二段反应器，在烯烃聚合催化剂的作用下，进一步转化生成汽油馏分。
[0004] 中国专利ZL200610048298. 9报道了中科院山西煤化所甲醇一步法制取烃类产品 的工艺，该工艺将原料甲醇加热至反应温度，进入装有酸性硅铝沸石分子筛催化剂的甲醇 转化反应器中，将甲醇一步法直接转化为烃类产品，该工艺流程短，操作相对简单，投资省。
[0005] 现有的煤间接液化制汽油（MTG)技术，均是先将煤气转化为合成气，然后将合成气 合成粗甲醇，然后将粗甲醇分离后得到甲醇，甲醇加热气化两步法或者一步法合成汽油。合 成气制甲醇装置和甲醇制汽油装置是相互独立的单元系统，而合成甲醇时需要将甲醇冷凝 成液体，制汽油时又需要将液体甲醇预热气化，因此存在能量消耗问题，工艺复杂，投资加 大。甲醇生产过程中约有10%的重组分不能作为汽油馏分使用，并以均四甲苯为主，均四甲 苯凝固点为79. 24°C，由于高熔点使其存在严重影响汽油的品质，生产成本增加。因此，如何 将均四甲苯转化为汽油馏分也是目前亟需解决的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在提供一种合成气两步法制备汽油的装置及工艺，投资少，工艺流程简 单，并且能够将主要副产物完全转化为汽油馏分。
[0007] 本发明首先提供了一种一体化反应器，将合成气制甲醇和甲醇制汽油的两个反应 集中在该一体化反应器中进行，避免了气态甲醇冷凝和液态甲醇再次气化的能量消耗问 题，采用甲醇一步法直接合成汽油，减少了催化剂、设备的投资以及操作费用，同时将主要 畐IJ产物均四甲苯转化为汽油馏分，提升了汽油的品质、降低了生产成本。
[0008] 本发明提供了一种合成气两步法制备汽油的装置，包括一体化反应器，一体化反 应器上部连接预热器，反应器顶部设有合成气入口，反应器主体为固定床层，包括上催化剂 床层和下催化剂床层；上催化剂床层位于反应器上部，在反应器左侧设有第一冷却气入口， 第一冷却气入口端部设有第一冷却气体分布器，第一冷却气入口下方设有合成气制甲醇催 化剂，上催化剂床层下方为第一催化剂托盘，上催化剂床层外部设有第一加热炉，侧面设有 第一热电偶；下催化剂床层位于反应器下部，在反应器左侧设有第二冷却气入口，第二冷却 气入口端部设有第二冷却气体分布器，第二冷却气入口下方设有甲醇制汽油催化剂，下催 化剂床层下方为第二催化剂托盘，下催化剂床层外部设有第二加热炉，侧面设有第二热电 偶；反应器底部为排出口，一体化反应器底部连接换热器，换热器通往油水分离器，油水分 离器一端与脱丁烷塔连接，油水分离器上方设有排出口通往压缩机或大气中，油水分离器 下方设有排出口；脱丁烷塔中下部连接汽油分离塔，汽油分离塔与均四甲苯转化反应器连 接。
[0009] 所述的第一催化剂托盘和第二催化剂托盘为不锈钢、陶瓷或石英材质。
[0010] 所述第一加热炉和第二加热炉为程序控温的加热炉。
[0011] 所述第一冷却气体分布器和第二冷却气体分布器为环形多孔冷激气体分布器。
[0012] 本发明提供了一种合成气两步法制备汽油的工艺，采用了上述装置，工艺步骤主 要包括： (1) 加压合成气经预热后进入到固定床反应器，合成气从固定床反应器的上部的上进 口进入，首先通过反应器的上催化剂床层，在合成气制甲醇催化剂的作用下生成甲醇，生成 的甲醇向下经过下催化剂床层，在甲醇制汽油催化剂的作用下生成汽油，未反应的气体与 生成物质组成混合气体从固定床反应器底部的下出口排出； (2) 从固定床反应器的底部出来的混合气体经换热后进入油水分离器进行分离，得到 粗汽油、干气、水及杂质； (3) 步骤（2)得到的干气一部分经换热后通过循环压缩机返回固定床反应器来进行循 环反应并提供热量，一部分作为弛放气排出反应体系以维持系统压力； (4) 步骤（2)得到的粗汽油进入脱丁烷塔进行分离得到C5+汽油组分和LPG产品； (5) C5+汽油进入汽油分离塔，分离得到轻汽油、重汽油和均四甲苯； (6) 均四甲苯与苯混合后进入均四甲苯转化反应器，在催化剂作用下反应得到汽油馏 分。
[0013] 所述合成气制甲醇过程中，合成气仏和⑶的体积比为2 ~ 4 :1，反应温度为230 ~ 280°C，反应压力为I. 0 ~ 5. 0 MPa，以4和CO记气体空速为5000 ~ 15000 mL · · h'
[0014] 所述的合成气制甲醇催化剂为C302催化剂或C306催化剂。
[0015] 所述甲醇制汽油过程中，反应温度为310 ~ 460°C，反应压力为0. 5 ~ 5 MPa，甲醇 的质量空速为0.5 ~ 10 IT1。
[0016] 所述甲醇制汽油催化剂为硅铝比为75 ~ 90的含锆ZSM-5分子筛或者硅铝比为25 ~ 300的H-ZSM-5分子筛催化剂。
[0017] 所述均四甲苯转化的反应条件为：苯与均四甲苯的摩尔比为2 ~ 9:1，反应温度 为280 ~ 500°C，均四甲苯的质量空速为0.2 ~ 4.0 1Γ1，反应压力为0.5 ~ 5.0 MPa。
[0018] 本发明的固定床反应器分为两段催化剂床层，分别装有合成气制甲醇催化剂和甲 醇制汽油催化剂，将合成气制甲醇催化剂加入上催化剂床层，甲醇制汽油催化剂加入下催 化剂床层，上下两个催化剂床层由独立的程序控温加热炉加热到相应的反应温度，在上下 床层的热电偶会测出催化剂床层的实时温度，然后反馈给冷却气体分布器调节冷却气体进 入反应器的量。
[0019] 本发明与现有技术相比，带来的有益效果： (1) 将甲醇转化和汽油合成两个独立的工艺过程进行复合，使反应集中在一个一体化 反应器中进行，避免了气态甲醇冷凝和液态甲醇再次气化的能量消耗问题，简化了工艺流 程； (2) 采用甲醇一步法直接合成汽油，减少了催化剂、操作和设备的投资； (3) 将主要副产物均四甲苯转化为汽油馏分，从而提升了汽油的品质、降低了生产成 本； (4) 根据我国的能源结构，将煤气化转化为合成气，再由合成气制甲醇，最后甲醇制成 汽油，具有重要的安全战略意义：由合成气制甲醇，再由甲醇转化得到的汽油不存在硫、氮、 铅等对环境有害组分，对日益严峻的雾霾、酸雨等环境问题意义重大。
【附图说明】
[0020] 图1为合成气两步法制汽油工艺流程示意图； 图2为合成气制汽油一体化反应器的结构示意图。
[0021] 图中，1-预热器，2-反应器，3-上催化剂床层，4-下催化剂床层，5-换热器，6-压 缩机，7-油水分离器，8-脱丁烷塔，9-汽油分离塔，10-均四甲苯转化反应器，11-合成气入 口，12-第一冷却气入口，13-第一冷却气体分布器，14-第一加热炉，15-第一催化剂托盘， 16-第一热电偶，17-第二冷却气入口，18-第二冷却气体分布器，19-第二加热炉，20-第二 催化剂托盘，21-第二热电偶，22-排出口。
【具体实施方式】
[0022] 下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
[0023] 实施例1 :合成气两步法制备汽油的装置 结合附图1对本发明中的一种合成气两步法制备汽油的装置进行说明， 该装置包括一体化反应器2, 一体化反应器2上部连接预热器1，反应器2顶部设有合 成气入口 11，反应器2主体为固定床层，包括上催化剂床层3和下催化剂床层4 ;上催化剂 床层3位于反应器2上部，在反应器2