一种含氧化合物制汽油的装置和方法与流程

本发明涉及从一种或者几种非烃化合物制备烃技术领域，特别涉及一种含氧化合物制汽油的装置和方法。

背景技术：

甲醇既是重要的化工产品及化工原料，又是未来的清洁能源之一。作为化工的关键产品，甲醇是由天然气或煤炭生产其他化工产品或合成燃料的最佳途径，其重要性不言而喻。甲醇虽然能直接掺和到汽油中作为甲醇汽油燃料，但把它直接转化成汽油要比掺和到汽油中使用具有更好的经济效益价值。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，而且丰富了煤制油的技术路线，具有重要战略和现实意义。

以甲醇或二甲醚为代表的含氧有机化合物是典型的含氧有机化合物，主要由煤基或天然气基的合成气生产。用以甲醇为代表的含氧有机化合物为原料生产汽油的工艺目前主要有mtg技术。目前，世界上利用甲醇制汽油的工艺主要有：埃克森-美孚甲醇制汽油工艺（mtg）、费托合成工艺（ft）、托普索一体化汽油合成工艺（tigas）、国内一步法甲醇转化制汽油技术工艺。其中以埃克森-美孚甲醇制汽油工艺（mtg）技术最成熟，世界范围内工业化应用最多。

近年来，有关含氧化合物生成汽油的方法，已成为业内人士研究的热点和重点。人们从工艺流程以及设备结构等方面进行了广泛的研究和探索。

中国专利cn101182276b披露了一种甲醇转化制取汽油的方法，该发明是增加反应器总的催化剂床层长度，同时在反应器的侧壁增加若干对物料进出口，这些物料进出口将反应器内的催化剂床层分割成若干段较短的催化剂床层，通过进出口上安装的阀门的开关切换，使反应物料在通过反应器时始终经历较短的催化剂床层，在实现甲醇完全转化的同时，降低床层压降，达到延长催化剂再生周期和更换周期，简化工艺操作，提高生产效率和过程技术经济性能的目的。该发明仅适用于固定床，需要频繁的再生，操作周期长，不利于反应热的及时导出，存在反应床层温度分布不均匀性的问题。

中国专利cn105419849a披露了一种节能型甲醇转化制汽油的工艺，该发明是：原料甲醇气化后进入第一预反应器中进行预反应；第一预反应器1的出口气进入第二预反应器中进行反应，第二预反应器的反应出口气进入合成油反应器中进行反应后进入油气水分离器分离，分离出的油相产品送往油品分离器中，经分离后得到汽油产品、重油产品和液化石油气产品。本发明具有反应温度稳定、循环能耗低和循环投资少的优点。该发明仅适用于固定床，需要频繁的再生，操作周期长，不利于反应热的及时导出，存在反应床层温度分布不均匀性的问题。

中国专利cn105018129b披露了一种流化床甲醇制汽油的装置与方法，该发明公开了煤化工与石油化工领域的一种流化床甲醇制汽油的装置与方法，以解决现有技术所存在的甲醇转化为汽油的转化率较低等问题。本发明装置的反应器(26)为管式反应器，其内设有人字形挡板(23)。反应器的上方设有沉降器(16)，再生器(2)的下部与沉降器之间设有再生催化剂输送管(25)，再生催化剂输送管上设有冷却器(27)。反应器的外部设有取热循环管(15)，取热循环管上设有取热器(14)。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；待生斜管的出口连接于待生催化剂输送管(6)的下部。本发明公开了使用本发明装置进行流化床甲醇制汽油的方法。该发明所述反应器内设人字形挡板，底部设进料分布器，催化剂床层比较高，存在催化剂流化困难等问题。

中国专利cn106794437a披露了由含氧化合物制造汽油、烯烃和芳烃化合物的设备和方法，该发明提供了在含有催化剂的流化床中将含氧化合物原料诸如甲醇和二甲醚转化成烃诸如汽油沸腾组分、烯烃和芳烃化合物的设备和方法。该发明存在问题是，该发明所述的反应器为单个反应器，存在催化剂床层高，流化困难问题。

综上所述，在现有技术中，通过对反应器内部结构的优化、工艺流程的优化以及操作条件的优化，在一定程度上改善了产品选择性，但现有技术中上述装置型式存在着反应器和再生器中催化剂床层高、催化剂流化困难、取热困难、选择性差较大问题，本发明有针对性的解决了该问题。

技术实现要素：

本发明提供一种含氧化合物制汽油的装置和方法，适合含氧化合物制取汽油工艺的高温、加压、强放热、转化率要求高以及产品选择性的要求等特点，以解决现有技术中催化剂床层高、流化难以及气体循环要求的条件不同等问题，最大程度发挥各自反应的优势，提高目的产品的选择性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种含氧化合物制汽油的装置，包括反应器，再生器，外取热器和待生汽提器，其特征在于：所述反应器包括第一反应器和第二反应器，再生器通过再生滑阀与再生催化剂输送管相连，再生催化剂输送管伸入第一反应器内部；第一反应器和第二反应器相连通；所述待生汽提器分别与第一反应器、第二反应器和再生器的底部相连通，在第二反应器设置有外取热器，所述外取热器分别与第一反应器和第二反应器相连通；所述的第一反应器和第二反应器同轴布置，且和再生器采用并列式布置，第二反应器高于第一反应器；在第一反应器和第二反应器底部设置有进料分布器，原料通入进料分布器内进行分布。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：所述再生催化剂输送管可以作为提升管反应器用。当回炼轻烃返回气（c2~c4气体）时，再生催化剂输送管可以作为提升管反应器用，提升管反应器进料优选轻烃返回气（c2~c4气体），轻烃返回气可以是分一股或多股注入提升管反应器的上部、中部或下部。当不回炼轻烃返回气（c2~c4气体）时，再生催化剂输送管可以用来输送再生催化剂，输送介质优选蒸汽。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：所述外取热器通过外取热入口管和第二反应器相连，通过外取热返回管与第一反应器相连，在所述外取热返回管设置有滑阀。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：所述的第一反应器和第二反应器均为流化床或者湍流床反应器，优选湍流床反应器。根据反应要求采用原料分别进入各反应器，进入第一反应器的可以是轻烃气体、甲醇、二甲醚等含氧化合物，或者是两者的混合物。进入第二反应器的也可以是轻烃气体、甲醇、二甲醚等含氧化合物，或者是两者的混合物，优选含氧化合物。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：所述第一反应器和第二反应器之间通过管道或气固分布器相连，优选通过气固分布器相连。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：所述待生汽提器一端通过待生剂入口管与第二反应器底部连通，一端通过待生剂循环管与第一反应器连通，另一端通过待生剂输送管与再生器连通。所述待生汽提器下部催化剂返回第一反应器的待生剂循环管，可以返回第一反应器的上、中、下任何部位，优选下部。在所述待生剂循环管和待生剂输送管上设置有滑阀。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：所述待生汽提器内设置有汽提格栅或汽提挡板，还设置有汽提介质分布器。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：所述的进料分布器为分布管或分布板，优选分布管。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：所述的第二反应器内部从上到下分为反应器稀相段、反应器过渡段和反应器密相段。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：在所述的第二反应器内设置有气固分离设施,第二反应器顶部设置有油气集气室，气固分离设施通入油气集气室。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：所述气固分离装置为一级和二级旋风分离器，二级旋风分离器通入油气集气室。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：在第二反应器外部或内部设置有三级旋风分离器，优选外部。置于第二反应器内部时与反应器同轴；所述的反应气三级旋风分离器可以是立式或卧式。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：在第二反应器外设置有反应器四级旋风分离器，所述的反应器四级旋风分离器一端与反应器三级旋风分离器连通，另一端与反应器三旋回收催化剂储罐连通。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：所述的再生器为流化床再生器，优选湍流床流化床再生器。所述的再生器内部分为再生器稀相段、再生器过渡段和再生器烧焦段。再生器烧焦段可以是湍流床或快速床或两者组合。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：所述的再生器稀相段设置有气固分离装置，顶部设置设有烟气出口，再生烧焦段设置主风分布器，再生器底部设有主风入口。

本发明所述的主风分布器，可以是分布管或/和分布板，优选分布管。不仅主风分布均匀，抗磨损，而且使用寿命长。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：所述的再生器为流化床再生器，优选湍流床流化床再生器。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：所述再生器中的气固分离装置优选旋风分离器，旋风分离器为1～3级。

本发明所述的再生器中催化剂再生方式可以采用不完全再生或完全再生，优选采用不完全再生。

本发明一种含氧化合物制汽油装置，其进一步特征在于：在第一反应器和第二反应器都设置有内和/或外取热设施，优选内取热设施。取热介质可以是含氧化合物原料、水、惰性介质和导热油的一种或几种，优选含氧化合物原料作为取热介质，并且含氧化合物原料优选液相原料，温度可以在25～200℃范围内，优选25～150℃范围；本发明所述的内取热设施，设置在各反应器的反应段的中下部，反应器进料分布器的上方。设置外取热设施可以考虑下部催化剂返回第一反应器的上、中、下任何部位，优选中部。在所述第二反应器设置外取热设施，所述取热介质优选除氧水，以发生不同等级的蒸汽。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：在所述再生器设置有取热设施，优选外取热设施。所述取热介质优选除氧水，以发生不同等级的蒸汽。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：所述的第一反应器和第二反应器和再生器均为高床层，反应器密相段的催化剂床层高度与反应器密相段的直径之比在0.5～20.0的范围内，优选在1～10的范围内。再生器密相段的催化剂床层高度与再生器密相段的直径之比在0.5～30.0的范围内，优选在1～20的范围内。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置所述的反应器为多级串联反应器，包括第一反应器和第二反应器，反应器可以是提升管或快速床反应器或湍流床，第一反应器和第二反应器之间可以用气固分布器相连。根据反应要求采用原料分别进入各反应器，进入第一反应器的可以是轻烃气体、甲醇、二甲醚等含氧化合物，或者是两者的混合物。进入第二反应器的也可以是轻烃气体、甲醇、二甲醚等含氧化合物，或者是两者的混合物，优选含氧化合物。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：所述的反应器为多级串联反应器，包括第一反应器和第二反应器，反应器可以是提升管或快速床反应器或湍流床，第一反应器和第二反应器之间可以用气固分布器相连。再生输送管也可以作为提升管反应器。

本发明还提供用上述的含氧化合物制汽油的装置进行的含氧化合物制汽油的方法，具体为：

一种含氧化合物制汽油的方法，其特征在于，由以下步骤组成：

1）反应原料经预热后进入第一反应器内，在第一反应器内含氧化合物与来自再生催化剂输送管的高温催化剂直接接触，在催化剂作用下迅速进行反应，反应产物经第一反应器顶部进入第二反应器；

2）反应原料经预热后进入第二反应器进行反应，与步骤1）中进入第二反应器的反应产物一起经第二反应器的气固分离设施除去携带的大部分催化剂后，再经反应器三级旋风分离器和反应器四级旋风分离器除去所夹带的催化剂后引出；

3）第二反应器的待生催化剂经外取热入口管进入外取热器，取热后经外取热返回管进入第一反应器内；

4）反应后失去活性的的待生催化剂进入待生汽提器汽提，用于汽提待生催化剂携带的反应气，汽提后的待生催化剂分两路，一路经待生输送管进入再生器；另一路经待生剂循环管进入第一反应器；

5）在再生器内待生催化剂与主风逆流接触烧焦后，再生催化剂经再生滑阀进入再生催化剂输送管，然后进入第一反应器和第二反应器。

本发明一种含氧化合物制汽油的方法，其进一步特征在于：所述进入第一反应器的反应原料是含氧化合物单独进料，或者含氧化合物和轻烃返回气混合进料。所述进入第二反应器的反应原料是含氧化合物和/或轻烃返回气，优选含氧化合物。

本发明一种含氧化合物制汽油的方法，其进一步特征在于：所述含氧化合物是以甲醇或二甲醚为主的含氧化合物，所述轻烃返回气为c2~c4气体。

本发明一种含氧化合物制汽油装置，其进一步特征在于：所述的第一反应器和第二反应器均为流化床反应器，

本发明一种含氧化合物制汽油方法，其进一步特征在于：所述再生催化剂输送管也可以作为提升管反应器用，作为提升管反应器用时可以注入轻烃返回气，轻烃返回气可以是分一股或多股（2～5股）注入提升管反应器的上部、中部或下部。

本发明一种含氧化合物制汽油的方法，其进一步特征在于：在原料进料管线上设置有轻烃返回气注入口，轻烃返回气通过原料进料管进入反应器。

本发明一种含氧化合物制汽油的方法，其进一步特征在于：步骤2）所述反应产物经反应器三级旋风分离器和反应器四级旋风分离器除去所夹带的催化剂后引出，经换热后送至后部急冷、水洗系统。由反应器三级旋风分离器和反应器四级旋风分离器回收下来的催化剂进入反应器三旋回收催化剂储罐，废催化剂经卸剂管线送至废催化剂罐。

本发明一种含氧化合物制汽油的方法，其进一步特征在于：步骤5）催化剂与主风逆流接触烧焦后的烟气经两级旋风分离器除去携带的大部分催化剂后排出，再经减压阀（如果需要）、双动滑阀、降压孔板后送至余热锅炉回收热量后，由烟囱排放大气。

本发明一种含氧化合物制汽油的方法，其进一步特征在于：步骤2）所述反应产物经第一反应器顶部的气固分布器进入第二反应器继续进行反应，

本发明一种含氧化合物制汽油的方法，其进一步特征在于：步骤4）所述待生汽提器内设有汽提格栅或汽提挡板，还设置有汽提介质分布器。

本发明一种含氧化合物制汽油的方法，其进一步特征在于：在所述第一反应器和第二反应器内都设置有内和/或外取热设施，再生器外部设置外取热器。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：所述的再生器为流化床再生器，优选湍流床流化床再生器。

本发明一种含氧化合物制汽油的装置，其进一步特征在于：汽提后的待生催化剂分两路，一路经待生催化剂输送管进入再生器；另一路经待生剂循环管进入第一反应器；

本发明所述的再生器中催化剂再生方式可以采用不完全再生或完全再生，优选采用不完全再生。

本发明一种含氧化合物制汽油的方法，其进一步特征在于：所述反应温度在250～650℃的范围内，优选在300～500℃的范围内；所述再生温度在350～700℃的范围内，优选在450～650℃的范围内；所述反应压力在0.1～3.0mpag的范围内，优选在0.1～2.0mpag的范围内；所述再生压力在0.1～3.0mpag的范围内，优选在0.1～2.0mpag的范围内。

本发明一种含氧化合物制汽油的方法，其进一步特征在于：所述的反应器三级旋风分离器，温度在300～600℃的范围内，优选在400～500℃的范围内；压力在0.1～3.0mpag的范围内，优选在0.4～2.0mpag的范围内。

本发明所述的一种含氧化合物制汽油的装置，较好地解决了现有技术存在催化剂床层高、催化剂流化困难、取热困难、选择性差的问题，可用于含氧化合物转化制液体产品的工业生产中譬如mtg工艺（甲醇制汽油工艺）等工艺中。此外，本发明所述的设备具有结构简单、易于实现、适用范围广、设备投资少等优点，可广泛用于含氧化合物转化制液体产品装置中。

本发明与现有技术相比，优点在于：

(1)采用本发明所提供的装置，可以最大程度提高目的产品的选择性，例如汽油产品的选择性和收率；

(2)采用本发明所提供的装置，解决了反应器和再生器中催化剂高床层、流化困难的问题，保持流化状态；

(3)采用本发明所提供的装置，可以满足mtg工艺反应再生条件的要求。即反应气体停留时间长，催化剂停留时间较长，催化剂循环量较低的特点。可以有效地控制反应条件和再生条件，解决了高压，强放热带来的反应取热问题，可实现装置的热量平衡。操作简单，设备投资小。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。但并不限制本发明的范围。

附图说明

图1是本发明一种含氧化合物制汽油的装置图。

图中所示附图标记为：1-再生催化剂输送管，2-轻烃返回气，3-原料进料管，4-外取热器，5-外取热入口管，6-第二反应器内取热设施，7-反应器密相段，8-反应器过渡段，9-反应器稀相段，10-反应器气固分离设施，11-废催化剂，12-反应器三旋回收催化剂储罐，13-反应器四级旋风分离器，14-反应器四级旋风分离器出口气体，15-反应器三级旋风分离器，17-油气，18-油气集气室，19-待生剂入口管，20-烟气，21-再生器气固分离设施，22-再生器，23-再生器稀相段，24-再生器过渡段，25-再生器烧焦段，26-再生器外取热出入口，27-再生器外取热器，28-主风，29-输送气体或原料，30-再生滑阀，31-待生滑阀，32-待生剂输送管，33-待生汽提器，34-进料分布器一，35-主风分布器，36-进料分布器二，37-待生滑阀二，38-待生剂循环管，39-第一反应器，40-第二反应器，41-外取热返回管，42-反应外取热滑阀，43-气固分布器，44-第一反应器内取热设施。

具体实施方式

如附图1所示，一种含氧化合物制汽油的装置，包括第一反应器39、第二反应器40、再生器22、反应器三级旋风分离器15、反应器四级旋风分离器13、反应器三旋回收催化剂储罐12、待生汽提器33、外取热器4和再生器外取热器27。第一反应器39和第二反应器40通过气固分布器43相通，第一反应器39与外取热器4、待生汽提器33和再生催化剂输送管1连通；第二反应器40与待生汽提器33、外取热器4和反应器三级旋风分离器15相通；再生器22与再生催化剂输送管1、再生器外取热器27和待生剂输送管32连通。

第一反应器39和第二反应器40同轴布置，且和再生器22采用并列式布置，第二反应器40高于第一反应器39；在第一反应器39底部设置有原料进料管3和进料分布器一34，在第二反应器40底部设置有原料进料管3和进料分布器二36，原料进料管3通入进料分布器内进行分布。

待生汽提器33一端通过待生剂入口管19与第二反应器40底部连通，一端与第一反应器39底部连通，另一端通过待生剂输送管32与再生器22连通。第二反应器40内部设置有反应器气固分离设施10。再生器22内部设置再生器气固分离设施21。再生器22设置再生器外取热器27，通过再生器外取热出入口26与再生器22相连。第一反应器39设置内、外取热设施，优选第一反应器内取热设施44；第二反应器40设置内、外取热设施，优选第二反应器内取热设施6。

外取热器4通过外取热入口管5和第二反应器40相连，通过外取热返回管41与第一反应器39相连，在所述外取热返回管41设置有反应外取热滑阀42。

第二反应器40内部从上到下分为反应器稀相段9、反应器过渡段8和反应器密相段7。第二反应器40顶部设置有油气集气室18，反应油气17通过反应器气固分离设施10通入油气集气室18。

再生器22内部分为再生器稀相段23、再生器过渡段24和再生器烧焦段25。再生器烧焦段25可以是湍流床或快速床或两者组合。再生器稀相段23设置有再生器气固分离设施21，顶部设置设有烟气20出口，再生烧焦段25设置主风分布器35，再生器底部设有主风28入口。

甲醇或二甲醚为主的含氧化合物和轻烃返回气2经过预热后，从原料进料管3进入第一反应器39内的进料分布器一34，在第一反应器39内氧化合物与来自再生催化剂输送管1的高温再生催化剂直接接触，在催化剂作用下迅速进行反应；反应产物经第一反应器39顶部的气固分布器43进入第二反应器40继续进行反应；部分预热后的甲醇或二甲醚为主的含氧化合物也进入第二反应器40进行反应，反应产物经反应器气固分离设施10除去携带的大部分催化剂后，再经反应器三级旋风分离器15和反应器四级旋风分离器13除去所夹带的催化剂后引出，经换热后送至后部急冷、水洗系统。反应器气固分离设施10为两级旋风分离器。

由反应器三级旋风分离器15和反应器四级旋风分离器13回收下来的催化剂进入反应器三旋回收催化剂储罐12，废催化剂11经卸剂管线进入废催化剂罐。

待生催化剂进入待生汽提器33汽提，所述待生汽提器33内设置有汽提格栅或汽提挡板，还设置有汽提介质分布环。用于汽提待生催化剂携带的反应气，汽提后的待生催化剂分两路，一路经待生滑阀31后进入待生剂输送管32，然后进入再生器22。另一路经待生滑阀二37后进入待生剂循环管38，然后进入第一反应器39。在再生器22内与主风28逆流接触烧焦后，再生催化剂经再生催化剂输送管1进入第一反应器39和第二反应器40进行反应。再生后的烟气20经再生器气固分离设施21除去携带的大部分催化剂后，再经减压阀（如果需要）、双动滑阀、降压孔板后送至余热锅炉回收热量后，由烟囱排放大气。

根据反应要求采用原料分别进入各反应器，进入第一反应器39的可以是轻烃气体、甲醇、二甲醚等含氧化合物，或者是两者的混合物。进入第二反应器40的也可以是轻烃气体2、甲醇、二甲醚等含氧化合物，或者是两者的混合物，优选含氧化合物。再生催化剂输送管1也可以作为提升管反应器用，进入提升管反应器的可以是轻烃返回气2（c2~c4气体）。轻烃返回气2（c2~c4气体）的注入位置，可以设在含氧化合物原料进料管线3上，混合后一起进第一反应器39或第二反应器40；也可以设在提升管反应器的上部、中部或/和下部，可以是分一股或多股轻烃返回气。当轻烃返回气2（c2~c4气体）不进再生催化剂输送管1回炼时，再生催化剂输送管作为输送再生催化剂用，输送气体29优选蒸汽。