一種流化床甲醇制汽油的裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤化工與石油化工領(lǐng)域，涉及一種流化床甲醇制汽油的裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界石油資源的日益匱乏和甲醇生產(chǎn)成本的降低，甲醇作為新的石油化工原料來源已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，甲醇制汽油(MTG)項(xiàng)目因此備受關(guān)注。采用甲醇制汽油技術(shù)生產(chǎn)汽油，既能緩解國(guó)內(nèi)油品短缺、又可解決甲醇產(chǎn)能過剩的問題。甲醇制汽油技術(shù)有兩種基本形式:固定床和流化床。固定床甲醇制汽油技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)化率高、技術(shù)成熟；缺點(diǎn)是工藝過程和設(shè)備復(fù)雜、能耗高、投資高，規(guī)模受到限制。上世紀(jì)80年代，Mobil公司在德國(guó)進(jìn)行了流化床甲醇制汽油工藝的技術(shù)開發(fā)和中型試驗(yàn)裝置的建設(shè)，試驗(yàn)結(jié)果表明汽油收率相對(duì)較高。采用流化床甲醇制汽油技術(shù)不僅能高效發(fā)揮甲醇制汽油的規(guī)?；瘍?yōu)勢(shì)，更能體現(xiàn)出微米級(jí)球體催化劑的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
[0003]《廣州化工》雜志2013年第7期發(fā)表的“甲醇制汽油催化劑GSK-10在國(guó)內(nèi)某企業(yè)的應(yīng)用實(shí)踐”一文，介紹了固定床甲醇制汽油的反應(yīng)條件。由于甲醇合成汽油的反應(yīng)屬于強(qiáng)放熱反應(yīng)，在反應(yīng)器中盡量采用高操作壓力(0.2?1.8MPa)、低反應(yīng)溫度(320?430°C )和低催化劑再生溫度(450?550°C)。到目前為止，無論是固定床技術(shù)還是流化床技術(shù)都遵守這一規(guī)律。
[0004]中國(guó)專利CN202962437U公開了一種流化床反應(yīng)再生裝置，可用于甲醇制汽油。所述裝置主要包括反應(yīng)器、再生器、待生催化劑輸送管、再生汽提段、待生汽提段等；催化劑與甲醇原料在反應(yīng)器內(nèi)逆流接觸進(jìn)行反應(yīng)。該專利存在的主要問題是:(I)再生器設(shè)置外取熱器不合理。因?yàn)榧状贾破筒捎玫拇呋瘎┰偕鷾囟纫话銥?50?550°C，而進(jìn)入反應(yīng)器的再生催化劑溫度要求不大于350°C，所設(shè)的外取熱器無法兼顧這兩個(gè)溫度。當(dāng)外取熱器將再生溫度控制在450?550°C、滿足燒焦要求時(shí)，則進(jìn)入反應(yīng)器的再生催化劑溫度過高(再生汽提段對(duì)降低高溫再生催化劑溫度的作用很有限);當(dāng)外取熱器將再生溫度控制在350°C以下、滿足進(jìn)入反應(yīng)器的再生催化劑的溫度要求時(shí)，則再生器無法完成燒焦工作。如果再生器不設(shè)置外取熱器，則再生溫度無法控制，進(jìn)入反應(yīng)器的再生催化劑溫度將會(huì)過高。另外，反應(yīng)器內(nèi)取熱管在取熱時(shí)，容易造成反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層的溫度分布不均勻。(2)在甲醇制汽油的反應(yīng)過程中，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生大量的水，因此待生汽提段(一般是采用水蒸汽汽提)屬于多余設(shè)備，汽提操作也是多余的，增加了裝置投資和操作成本。(3)在反應(yīng)器處于大直徑、低線速(例如0.2m/s左右)的條件下，甲醇原料容易在催化劑床層中產(chǎn)生溝流或產(chǎn)生邊壁效應(yīng)，使甲醇原料與催化劑接觸不均勻，導(dǎo)致甲醇轉(zhuǎn)化為汽油的轉(zhuǎn)化率下降。因此，利用上述專利所述的裝置難以順利地實(shí)現(xiàn)甲醇制汽油的反應(yīng)并提高汽油收率。CN101775310A公開的應(yīng)用流化床工藝甲醇生產(chǎn)汽油的方法，在流化床反應(yīng)器內(nèi)甲醇原料與催化劑同向上行接觸反應(yīng)。存在的問題是:大粒徑催化劑(指粒徑高于平均粒徑的催化劑)、高密度催化劑(高密度催化劑的含碳量高、活性低)會(huì)在流化床反應(yīng)器內(nèi)滑落或滯留，這將降低甲醇轉(zhuǎn)化為汽油的轉(zhuǎn)化率?，F(xiàn)有的流化床甲醇制汽油技術(shù)，甲醇轉(zhuǎn)化為汽油的轉(zhuǎn)化率一般為60?%左右(本發(fā)明以《%表示重量百分?jǐn)?shù))。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種流化床甲醇制汽油的裝置與方法，以解決現(xiàn)有流化床甲醇制汽油的技術(shù)所存在的甲醇轉(zhuǎn)化為汽油的轉(zhuǎn)化率較低等問題。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種流化床甲醇制汽油的裝置，設(shè)有反應(yīng)器、再生器、待生催化劑輸送管、待生斜管，反應(yīng)器的下部設(shè)有進(jìn)料分布器，再生器與待生催化劑輸送管同軸設(shè)置，再生器內(nèi)設(shè)有再生器旋風(fēng)分離器，再生器的頂部設(shè)有再生器集氣室、再生器氣體出口管，待生斜管的出口連接于待生催化劑輸送管的下部，其特征在于:反應(yīng)器為管式反應(yīng)器，頂部為開口，反應(yīng)器內(nèi)在進(jìn)料分布器上方的區(qū)段設(shè)有人字形擋板，反應(yīng)器的上方設(shè)有沉降器，沉降器內(nèi)設(shè)有沉降器旋風(fēng)分離器，沉降器的頂部設(shè)有沉降器集氣室、沉降器氣體出口管，再生器的下部與沉降器之間設(shè)有再生催化劑輸送管，再生催化劑輸送管上設(shè)有冷卻器，反應(yīng)器的外部設(shè)有取熱循環(huán)管，取熱循環(huán)管上設(shè)有取熱器，取熱循環(huán)管的底部設(shè)有取熱循環(huán)管提升氣體分布器，出口位于沉降器內(nèi)，反應(yīng)器的底部與取熱循環(huán)管的下部之間設(shè)有循環(huán)斜管，與待生斜管的入口之間設(shè)有待生立管。
[0007]采用上述裝置進(jìn)行流化床甲醇制汽油的方法，其特征在于:沉降器內(nèi)密相催化劑床層中的催化劑從反應(yīng)器的頂部進(jìn)入反應(yīng)器并向下流動(dòng)，甲醇原料經(jīng)進(jìn)料分布器進(jìn)入反應(yīng)器并向上流動(dòng)，與催化劑逆流接觸進(jìn)行甲醇制汽油反應(yīng)，反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)后生成的一部分待生催化劑經(jīng)待生立管、待生斜管進(jìn)入待生催化劑輸送管的下部，在待生催化劑輸送管內(nèi)向上流動(dòng)、進(jìn)入再生器進(jìn)行燒焦再生，再生催化劑進(jìn)入再生催化劑輸送管，經(jīng)冷卻器冷卻后從再生催化劑輸送管的出口進(jìn)入沉降器并落入沉降器內(nèi)的密相催化劑床層，反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)后生成的另一部分待生催化劑經(jīng)循環(huán)斜管進(jìn)入取熱循環(huán)管的下部，在取熱循環(huán)管內(nèi)在取熱循環(huán)管提升氣體的作用下向上流動(dòng)，經(jīng)取熱器取熱降溫后從取熱循環(huán)管的出口進(jìn)入沉降器并落入沉降器內(nèi)的密相催化劑床層，沉降器稀相段內(nèi)的氣體經(jīng)沉降器旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離，分離出的催化劑落入沉降器內(nèi)的密相催化劑床層，分離出的氣體進(jìn)入分餾系統(tǒng)，分離成干氣、輕烴、汽油以及水。
[0008]采用本發(fā)明，具有如下的有益效果:(I)本發(fā)明再生催化劑輸送管上的冷卻器、取熱循環(huán)管上的取熱器，可以分別對(duì)在再生催化劑輸送管內(nèi)流動(dòng)的再生催化劑和在取熱循環(huán)管內(nèi)流動(dòng)的待生催化劑進(jìn)行冷卻、降溫，使溫度較低的再生催化劑和待生催化劑落入沉降器內(nèi)的密相催化劑床層、再進(jìn)入反應(yīng)器，滿足反應(yīng)器對(duì)反應(yīng)溫度的要求。因此，一方面再生器內(nèi)的再生溫度與進(jìn)入反應(yīng)器的催化劑溫度可以分別獨(dú)立控制，不存在無法兼顧這兩個(gè)溫度的問題；另一方面，還有利于對(duì)反應(yīng)器操作條件的控制。此外，沉降器內(nèi)密相催化劑床層中的催化劑混合后再進(jìn)入反應(yīng)器，有利于反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層的溫度分布均勻。(2)設(shè)置取熱循環(huán)管及取熱器，可以加大反應(yīng)器中催化劑的內(nèi)循環(huán)流量，使反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)后生成的待生催化劑帶出甲醇轉(zhuǎn)化為汽油的反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，以保證反應(yīng)器的底部溫度能夠處于本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)。(3)本發(fā)明對(duì)反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)后生成的待生催化劑不設(shè)置汽提設(shè)備進(jìn)行汽提操作，降低了裝置投資和操作成本。(4)反應(yīng)器為管式反應(yīng)器，設(shè)有人字形擋板。在操作過程中，甲醇原料與催化劑在人字形擋板之間的空隙曲折流動(dòng)，甲醇原料不容易在催化劑床層中產(chǎn)生溝流或產(chǎn)生邊壁效應(yīng)；甲醇原料與催化劑能夠均勻地接觸，使甲醇轉(zhuǎn)化為汽油的轉(zhuǎn)化率增加。(5)反應(yīng)器在操作過程中，向上流動(dòng)的甲醇原料與向下流動(dòng)的催化劑逆流接觸進(jìn)行反應(yīng)。由于催化劑是向下流動(dòng)，大粒徑催化劑、高密度催化劑不會(huì)在反應(yīng)器內(nèi)滑落或滯留，可以及時(shí)并快速地從反應(yīng)器底部排出、一部分隨待生催化劑進(jìn)入再生器進(jìn)行燒焦再生；如此便大大改善了反應(yīng)器內(nèi)催化劑的活性環(huán)境，有利于提高甲醇轉(zhuǎn)化為汽油的轉(zhuǎn)化率。本發(fā)明使用的管式反應(yīng)器，能夠很好地實(shí)現(xiàn)微米級(jí)球體催化劑以流態(tài)化方式與甲醇原料逆流接觸，進(jìn)行低空速、長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間的反應(yīng)。
[0009]本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低、易操作，非常適合于甲醇制汽油的化學(xué)反應(yīng)工程要求。本發(fā)明在進(jìn)行甲醇制汽油的過程中，甲醇轉(zhuǎn)化為汽油的轉(zhuǎn)化率接近于目前工業(yè)化固定床甲醇制汽油的技術(shù)，可以達(dá)到80w%以上(甲醇轉(zhuǎn)化為汽油的轉(zhuǎn)化率，以甲醇中的碳、氫總重量為基準(zhǔn)計(jì))。本發(fā)明的裝置屬于流化床裝置，適合大型化和規(guī)?；?，使甲醇制汽油單套裝置的經(jīng)濟(jì)效益大幅提高。
[0010]本發(fā)明主要用于以甲醇為原料制取汽油。本發(fā)明的裝置還可用于以乙醇、天然氣、石油液化氣、輕汽油、凝析油、凝縮油等各種輕質(zhì)烴類為原料制取汽油。
[0011]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。附圖和【具體實(shí)施方式】并不限制本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明流化床甲醇制汽油裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]參見圖1，本發(fā)明流化床甲醇制汽油的裝置設(shè)有反應(yīng)器26(流化床反應(yīng)器)、再生器2、待生催化劑輸送管6、待生斜管10。反應(yīng)器26的下部設(shè)有進(jìn)料分布器22。待生催化劑輸送管6為垂直管，再生器2與待生催化劑輸送管6同軸設(shè)置；待生催化劑輸送管6的上部位于再生器2內(nèi)，底部封閉并設(shè)有待生催化劑輸送管提升氣體分布器7。再生器2內(nèi)設(shè)有再生器旋風(fēng)分離器，再生器2的頂部設(shè)有再生器集氣室1、再生器氣體出口管32，底部設(shè)有再生器燒焦風(fēng)分布器29。待生斜管10的出口連接于待生催化劑輸送管6的下部。圖1所示的再生器旋風(fēng)分離器，包括串聯(lián)安裝的第一旋風(fēng)分離器4和第二旋風(fēng)分離器3、串聯(lián)安裝的第三旋風(fēng)分離器30和第四旋風(fēng)分離器31。待生催化劑輸送管6的頂部出口與第一旋風(fēng)分離器4的入口相連，第三旋風(fēng)分離器30的入口與再生器2的稀相段相通，第二旋風(fēng)分離器