引射循環(huán)分級反應(yīng)分步調(diào)整的甲醇制烴方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種甲醇轉(zhuǎn)化制取烴類產(chǎn)品的方法和裝置，通過預(yù)反應(yīng)系統(tǒng)、主反應(yīng)系統(tǒng)、后反應(yīng)系統(tǒng)分別在三級反應(yīng)器內(nèi)進行分步反應(yīng)并分步調(diào)整反應(yīng)參數(shù)以降低干氣、液化氣和重汽油的產(chǎn)率，并采用將液化氣、重汽油組分、干氣循環(huán)反應(yīng)的方法以生產(chǎn)高品質(zhì)汽油柴油等烴類產(chǎn)品。通過引射循環(huán)實現(xiàn)了降低動力消耗和降低動力系統(tǒng)投資的目的。該工藝裝置結(jié)構(gòu)緊湊、可實現(xiàn)模塊化安裝，投資低、目標(biāo)產(chǎn)品收率高、節(jié)能環(huán)保。適合各種規(guī)模的甲醇廠、醇氨聯(lián)產(chǎn)化肥廠，聯(lián)產(chǎn)甲醇的焦化廠加工生產(chǎn)高品質(zhì)溶劑油、汽油、柴油等烴類產(chǎn)品。
【專利說明】
引射循環(huán)分級反應(yīng)分步調(diào)整的甲醇制烴方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于一種甲醇轉(zhuǎn)化制取烴類產(chǎn)品的工藝方法。具體是指以甲醇或粗甲醇為 原料生產(chǎn)汽油或汽油組分、溶劑油、柴油組分等液相烴類產(chǎn)品的工藝方法，屬于煤化工或天 然氣化工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 通過適當(dāng)?shù)拇呋^程，甲醇可以轉(zhuǎn)化為水和多種烴類產(chǎn)品，如烯烴、烷烴、芳烴以 及上述烴類產(chǎn)品的混合物。依據(jù)目的產(chǎn)品的不同，現(xiàn)有甲醇制烴工藝包括甲醇制汽油，甲醇 制烯烴和甲醇制芳烴等工藝。
[0003] 油品質(zhì)量是影響汽車尾氣排放的重要因素。近年來，霧霾天氣頻發(fā)，汽車尾氣被認(rèn) 為是形成霧霾天氣的重要因素，市場迫切需要提供高品質(zhì)燃油。與常規(guī)石油石化方法獲得 的類似烴類產(chǎn)品相比，通過甲醇制烴技術(shù)獲得汽油和柴油等烴類產(chǎn)品中的苯、烯烴、硫、氮、 灰分等有害雜質(zhì)的含量低，可有效保護車輛性能，降低車輛尾氣對霧霾的貢獻(xiàn)，滿足市場對 高標(biāo)準(zhǔn)汽油柴油的要求，對于保護環(huán)境具有重要意義。
[0004] 甲醇轉(zhuǎn)化制汽油(MTG)技術(shù)是典型的甲醇制烴技術(shù)，由Mobi 1公司發(fā)明。自1974年 起，該公司申請了多項有關(guān)甲醇轉(zhuǎn)化制汽油的專利。
[0005] 甲醇制烴過程是一個放熱過程，如何控制反應(yīng)溫度是該過程關(guān)注的重點。圍繞溫 度控制問題，發(fā)展了多種工藝及其反應(yīng)系統(tǒng)，現(xiàn)有的反應(yīng)系統(tǒng)的形式包括固定床、多管式固 定床、多級冷激固定床、移動床、流化床等。
[0006] 甲醇轉(zhuǎn)化制烴類產(chǎn)品的技術(shù)大多采用兩段轉(zhuǎn)化工藝。美國專利3931349是Mobil公 司早期公布的甲醇轉(zhuǎn)化制烴類的專利，采用固定床兩段轉(zhuǎn)化工藝，其中第一段反應(yīng)是甲醇 脫水制二甲醚，一段出口物料，包括甲醇、二甲醚和水的混合物，進入二段反應(yīng)器，在分子篩 催化劑的作用下生成汽油餾分段產(chǎn)物。
[0007] 美國專利4579999則公布了另外一種兩段法甲醇轉(zhuǎn)化制汽油餾分段烴類產(chǎn)品的技 術(shù)，其一段反應(yīng)器中填裝分子篩催化劑，將甲醇首先轉(zhuǎn)化為低碳烯烴和部分烴，將C5+冷卻 分離后，低碳烯烴進入二段反應(yīng)器，在烯烴聚合催化劑的作用下，進一步轉(zhuǎn)化生成汽油餾分 段產(chǎn)物。
[0008] 美國專利4689205公布了一種甲醇多段轉(zhuǎn)化制取烴的技術(shù)。該專利公布的技術(shù)與 美國專利4579999基本相似，在一段反應(yīng)器中，甲醇在一定溫度和壓力條件下轉(zhuǎn)化為C2-C4 烯烴和部分C5+烴，將C5+烴分離后，剩余部分進入第二段反應(yīng)器，采用烯烴聚合催化劑，將第 一段反應(yīng)產(chǎn)生的低碳烯烴進一步聚合為汽油餾份的烴產(chǎn)品。所不同的是，該專利公布的技 術(shù)中，第一段采用的是流化床反應(yīng)器。
[0009] 中國發(fā)明專利200610048298.9提出了一種甲醇一步法制取烴類產(chǎn)品的工藝，特征 是將三個階段在一個反應(yīng)器內(nèi)完成，具有工藝流程短的優(yōu)點，與兩步法相比，具有工藝流程 短優(yōu)點，但循環(huán)比大，反應(yīng)過程不易控制，產(chǎn)品為汽油、液化氣和重汽油等。
[0010] 在現(xiàn)有的冷激床甲醇制烴工藝中，在其每一級反應(yīng)床層中，完成甲醇制烴反應(yīng)過 程的三個階段。
[0011]申請?zhí)枮?00720101511.8的實用新型專利提出了一種冷激型的甲醇制汽油反應(yīng) 器，采用級間加入氮氣等冷卻氣體的方式控制反應(yīng)溫度，產(chǎn)品為汽油、液化氣和燃料氣，未 提及使冷卻氣體循環(huán)的動力來源。
[0012] 現(xiàn)有絕熱固定床工藝，需采用大量循環(huán)烴的方式來冷卻，需要配備氣體壓縮機組， 投資大，動力消耗大。同時，因為采用循環(huán)烴的冷卻方式，大量循環(huán)烴需要反復(fù)加熱混合冷 卻，精餾分離，換熱量大，分離系統(tǒng)和換熱系統(tǒng)造價高。
[0013] 流化床工藝的特征是將甲醇制汽油的反應(yīng)過程的三個階段在流化床反應(yīng)器內(nèi)完 成。采用流化床方式可以有效解決冷卻問題，但流化床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不容易操作，造價高，要求 生產(chǎn)規(guī)模大，投資風(fēng)險大。
[0014] 現(xiàn)有多管式反應(yīng)器以熔鹽作為傳熱介質(zhì)吸收反應(yīng)熱并生產(chǎn)蒸汽，但熔鹽換熱系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)啟停困難。
[0015] 現(xiàn)有各類的甲醇制汽油的工藝均聯(lián)產(chǎn)液化氣和含有均四甲苯的重汽油，液化氣和 重汽油的后續(xù)加工均需要增加設(shè)備投資。
[0016] 在相關(guān)的領(lǐng)域，例如，甲醇制烯烴，甲醇制芳烴的工藝過程通常要聯(lián)產(chǎn)部分汽油產(chǎn) 品，烯烴產(chǎn)品和芳烴產(chǎn)品的精制設(shè)備投資較高。
[0017] 綜上所述，現(xiàn)有的甲醇制汽油工藝存在有設(shè)備投資大，汽油等目標(biāo)產(chǎn)品收率低，動 力消耗大，能耗高的問題。雖然市場急需高品質(zhì)汽油等烴類產(chǎn)品，原料甲醇產(chǎn)能過剩，但因 為現(xiàn)有工藝與裝置存在投資大與能耗高等原因，在低油價時代，投資風(fēng)險大。
[0018] 甲醇制汽油的反應(yīng)過程大致分為三個階段:醚化階段;生成低碳烯烴階段;低碳烯 烴聚合以及芳構(gòu)化等過程的階段。
[0019]固定床兩步法工藝的特征是第一步將醚化階段的主要部分在一個醚化反應(yīng)器內(nèi) 完成。第二步，在轉(zhuǎn)化反應(yīng)器完成生成低碳烯烴階段，低碳烯烴聚合以及芳構(gòu)化等過程.
[0020] 甲醇在氧化鋁醚化催化劑上的醚化過程相對穩(wěn)定，釋放出部分反應(yīng)熱，適當(dāng)冷卻 后再進入烴化反應(yīng)器，可適當(dāng)降低后續(xù)的烴化反應(yīng)過程的換熱負(fù)荷。
[0021] 在甲醇制烴過程中，必須有醚化階段、低碳烯烴的生成階段;而對于低碳烯烴后續(xù) 反應(yīng)的控制可以得到不同的目標(biāo)產(chǎn)品，例如:終止反應(yīng)進程為甲醇制低碳烯烴過程;進行疊 合反應(yīng)可以得到碳數(shù)較多的烯烴產(chǎn)物;芳構(gòu)化可以得到芳烴產(chǎn)物。芳構(gòu)化過程在產(chǎn)生芳烴 的同時也副產(chǎn)干氣，過度芳構(gòu)化使干氣和液化氣產(chǎn)率上升。
[0022]現(xiàn)有的甲醇制汽油工藝，基本采用ZSM-5系列催化劑。在ZSM-5催化劑上，甲醇可以 進行醚化反應(yīng)，進行生成低碳烯烴，疊合、異構(gòu)化、芳構(gòu)化、烷基化、加氫等反應(yīng)過程，反應(yīng)器 出口產(chǎn)物為氫氣、烯烴、烷烴、環(huán)烷烴、芳烴和水的混合物，分離后可得到燃料氣、液化氣、汽 油、重汽油等產(chǎn)物。這一過程是甲醇制烴特別是甲醇制汽油工藝的基礎(chǔ)?，F(xiàn)有的一步法、兩 步法等工藝過程均是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023] 工程實踐和進一步的研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的這些方法存在副產(chǎn)品種類多，動力消耗大， 副產(chǎn)品處理及動力設(shè)備投資大的問題。
[0024] 本發(fā)明的目的在于提供一種汽油收率高，動力消耗低，設(shè)備投資低的甲醇制汽油 的方法。
[0025] 本發(fā)明通過對上述甲醇制油的過程細(xì)分為三步反應(yīng)過程，分別在三級反應(yīng)器內(nèi)進 行分步反應(yīng)并分步調(diào)整反應(yīng)參數(shù)以降低干氣、液化氣和重汽油的產(chǎn)率，并采用將液化氣、重 汽油組分、干氣循環(huán)反應(yīng)的方法實現(xiàn)提高汽油收率的目的。
[0026] 本發(fā)明采用引射器系統(tǒng)實現(xiàn)循環(huán)烴的增壓。引射器是利用射流紊動擴散作用，進 行傳質(zhì)傳能的流體機械和混合反應(yīng)設(shè)備。高壓氣流從噴嘴高速噴出，引射噴嘴周圍的低壓 氣體，兩股氣流在混合室和擴壓器內(nèi)混合、增壓，在消耗了一定高壓工作氣體的條件下，提 高了從吸入口進入引射器的低壓氣體壓力，這種設(shè)備稱為引射栗。工作流體以很高的速度 從噴嘴出來，進入引射器的接受室，并把在引射器前的壓力較低的介質(zhì)帶走。被帶走的流體 為引射流體，提高引射流體的壓力而不直接消耗機械能，這是引射器最主要的性能。由于具 有這種性質(zhì)，在很多情況下，采用引射器比采用機械的增壓設(shè)備(壓縮機、栗、鼓風(fēng)機和引風(fēng) 機等)更為簡單、更為可靠。除了本身結(jié)構(gòu)特別簡單以外，引射器與各種設(shè)備連接的方法也 很簡單，制造也不復(fù)雜，在工程上得以廣泛的應(yīng)用。
[0027] 本發(fā)明的反應(yīng)系統(tǒng)包括醚化反應(yīng)系統(tǒng)，簡稱預(yù)反應(yīng)系統(tǒng);低碳烯烴反應(yīng)系統(tǒng)，簡稱 主反應(yīng)系統(tǒng);芳構(gòu)化與疊合及烷基化綜合反應(yīng)系統(tǒng)簡稱后反應(yīng)系統(tǒng)。
[0028] 本發(fā)明的預(yù)反應(yīng)系統(tǒng)包括:預(yù)引射器、預(yù)反應(yīng)器。來自換熱系統(tǒng)的甲醇蒸汽作為預(yù) 引射器的工作流體，引射預(yù)反應(yīng)器出口的部分產(chǎn)物，循環(huán)回預(yù)反應(yīng)器。
[0029] 醚化反應(yīng)后的產(chǎn)物溫度可達(dá)400°C以上，一部分被預(yù)引射器引射回醚化反應(yīng)器入 口，與甲醇蒸汽混合使甲醇蒸汽過熱到反應(yīng)溫度進入醚化反應(yīng)器，可降低甲醇蒸汽過熱器 的負(fù)荷。同時降低醚化反應(yīng)溫度和醚化過程中甲烷等副產(chǎn)物的產(chǎn)率。另一部分產(chǎn)物先作為 主引射器的工作流體，后進入主反應(yīng)系統(tǒng)。預(yù)反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)溫度為160-420°C，優(yōu)選的反 應(yīng)溫度為260-320°C。預(yù)反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)空速為1-701Γ 1，優(yōu)選的反應(yīng)空速為1.25-31Γ1。預(yù)反 應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)壓力為0.2-3 .OMPa，優(yōu)選的反應(yīng)壓力為1.5-2.6MPa。循環(huán)比為0.1-3,優(yōu)選 0.5-1.5。此循環(huán)比是指返回到反應(yīng)器入口的產(chǎn)物與該反應(yīng)器反應(yīng)物的質(zhì)量比，循環(huán)比越 大，回流的產(chǎn)物越多。
[0030] 本發(fā)明的主反應(yīng)系統(tǒng)（低碳烯烴反應(yīng)系統(tǒng)）由主引射器、主反應(yīng)器、甲醇引射器組 成。甲醇引射器的工作流體是來自原料甲醇栗，甲醇引射器引射主反應(yīng)器出口的部分產(chǎn)物， 進入主引射器，后循環(huán)回主反應(yīng)器。主反應(yīng)系統(tǒng)主要發(fā)生二甲醚和甲醇生成低碳烯烴和水 的反應(yīng)，部分低碳稀經(jīng)聚合和芳構(gòu)化等反應(yīng)。
[0031] 主反應(yīng)系統(tǒng)采用較低反應(yīng)溫度，較高空速以限制芳構(gòu)化進程，以控制降低干氣和 低碳烷烴產(chǎn)率。主反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)溫度為160-420 °C，優(yōu)選的反應(yīng)溫度為260-350 °C。主反應(yīng) 系統(tǒng)的反應(yīng)空速為1-701Γ1，優(yōu)選的反應(yīng)空速為2-101Γ1。主反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)壓力為0.2-3. OMPa，優(yōu)選的反應(yīng)壓力為1.2-2.4MPa。主反應(yīng)系統(tǒng)的循環(huán)比為2-20，優(yōu)選為3-6。
[0032] 本發(fā)明的后反應(yīng)系統(tǒng)包括:后引射器、后反應(yīng)器、輕烴引射器、換熱系統(tǒng)、油水氣分 離系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、升壓栗、脫輕烴塔、脫重?zé)N塔、產(chǎn)品汽油罐、重?zé)N緩沖罐、干氣系統(tǒng)。
[0033] 采用后反應(yīng)器進一步完成芳構(gòu)化，芳烴歧化、烷基化，疊合等過程。
[0034] 后反應(yīng)器的出口產(chǎn)物經(jīng)過換熱系統(tǒng)降溫，進入油水氣分離系統(tǒng)，將含有的C3以上 的組分液化分離，用升壓栗使其增壓后進入脫輕烴塔，塔頂組分C3-C4經(jīng)過輕烴引射器循環(huán) 回反應(yīng)系統(tǒng)，重組分進入脫重?zé)N塔，塔頂為汽油組分，進入產(chǎn)品汽油罐，含有均四甲苯的重 汽油組分中的CIO及以上重芳烴組分通過輕烴引射器循環(huán)回后反應(yīng)系統(tǒng)，與新生成的低碳 烯烴、輕芳烴等混合后發(fā)生歧化、裂解等反應(yīng)生成C9及以下輕芳烴，成為沸點、凝點合格且 辛烷值高的汽油組分，重汽油組分中的低辛烷值C9以上烷烴組分發(fā)生裂解反應(yīng)生成較高辛 烷值的C9以下烴成為合格汽油組分，不斷循環(huán)從而實現(xiàn)不副產(chǎn)重汽油組分的目的。
[0035]本發(fā)明通過分離系統(tǒng)將含有C3-C4的液化氣組分液化分離，用增壓栗使其增壓后 循環(huán)回后反應(yīng)系統(tǒng)。在反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)，循環(huán)回的液化氣組分和干氣組分與新生成的低碳烯烴 混合發(fā)生烷基化、芳構(gòu)化、疊合等反應(yīng)生成相應(yīng)的汽油組分。本發(fā)明通過采用分步控制反應(yīng) 過程的方法使芳構(gòu)化程度低于常規(guī)MTG的芳構(gòu)化程度，因此低碳烴中烯烴含量較高，低碳烷 烴含量較低，循環(huán)回后反應(yīng)器易于進行疊合、異構(gòu)化、芳構(gòu)化反應(yīng)成為C5+汽油組分。利用 ZSM-5催化劑的低碳烴疊合、環(huán)化、液化氣低溫芳構(gòu)化技術(shù)是成熟技術(shù)。采用分步反應(yīng)分步 控制的方法，可通過控制循環(huán)比、空速、反應(yīng)溫度、壓力等參數(shù)控制反應(yīng)進程，可使循環(huán)烴總 量維持在既可滿足冷卻需要又不超量的水平。后反應(yīng)系統(tǒng)的循環(huán)比為1-20,優(yōu)選為3-5。后 反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)溫度為160-420°C，優(yōu)選的反應(yīng)溫度為300-400°C。后反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)空速 為0. δ-ΙΟΙΓ1，優(yōu)選的反應(yīng)空速為1-21Γ1。后反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)壓力為0.2-3. OMPa，優(yōu)選的反應(yīng) 壓力為1.2-2.2MPa。小量液化氣和干氣用于熱電燃料，以實現(xiàn)不副產(chǎn)液化氣，降低設(shè)備投資 的目的。
[0036]通過分離系統(tǒng)分離出來的含有氫氣、甲烷、乙烯、乙烷的干氣被輕烴引射器增壓后 返回后反應(yīng)系統(tǒng)繼續(xù)反應(yīng)生成汽油組分。引出部分未反應(yīng)的干氣作為燃?xì)馑腿肴細(xì)饫孟?統(tǒng)用于發(fā)電和供熱，可滿足本裝置的熱電需求，實現(xiàn)不副產(chǎn)燃?xì)?，提高汽油收率，降低公?工程投資的目的。本裝置因為能夠?qū)崿F(xiàn)熱電自供，也具有節(jié)能降耗、公用工程投資低的優(yōu) 勢。多余熱電可以外送，提升了干氣價值，提高了裝置效益。
[0037]本發(fā)明利用重汽油組分、液化氣組分、干氣作為循環(huán)烴。重汽油、液化氣在液相狀 態(tài)由液烴增壓栗增壓，其動力消耗遠(yuǎn)低于氣體烴壓縮機。增壓后的重汽油和液化氣通過吸 熱氣化升溫后作為輕烴引射器的工作流體引射干氣使干氣升壓實現(xiàn)循環(huán)。循環(huán)烴升壓循環(huán) 無需氣體壓縮機，實現(xiàn)了降低動力消耗和降低動力系統(tǒng)投資的目的。
[0038]本發(fā)明的詳細(xì)描述如下：
[0039] 本發(fā)明提供一種甲醇制烴的反應(yīng)裝置，由1甲醇原料栗，2甲醇引射器，3主引射器， 4預(yù)反應(yīng)器，5預(yù)引射器，6主反應(yīng)器，7輕烴引射器，8后引射器，9后反應(yīng)器，10換熱系統(tǒng)，11水 處理系統(tǒng)，12油水氣分離系統(tǒng)，13升壓栗，14脫輕烴塔，15脫重?zé)N塔，16重?zé)N罐，17產(chǎn)品汽油 罐，18干氣系統(tǒng)組成；
[0040] 甲醇原料栗1出口端一路通過甲醇引射器2與主引射器3連接，另一路經(jīng)換熱系統(tǒng) 10連接預(yù)引射器5;預(yù)反應(yīng)器4的入口端連接預(yù)引射器5，出口端一路返回預(yù)引射器5，另一路 連接主引射器3的入口；主反應(yīng)器6的出口分為兩路，一路返回甲醇引射器2，另一路通過后 引射器8與后反應(yīng)器9連接;后反應(yīng)器9的出口經(jīng)過換熱系統(tǒng)10與油水氣分離系統(tǒng)12連接;油 水氣分離系統(tǒng)12出口分三路，水相連接水處理系統(tǒng)11，干氣被輕烴引射器7引射回后引射器 8,另一部分干氣經(jīng)過干氣系統(tǒng)18發(fā)電供熱或外送，液相油經(jīng)升壓栗13加壓后進入脫輕烴塔 14,脫輕烴塔14塔頂氣體作為輕烴引射器7的工作流體返回后引射器8,脫輕烴塔14塔底液 進入脫重?zé)N塔15,脫重?zé)N塔15塔頂產(chǎn)物連接產(chǎn)品汽油儲罐17,塔底產(chǎn)物進入重?zé)N緩沖罐16， 后返回輕烴引射器。
[0041]本發(fā)明的甲醇制烴工藝包括下列步驟：
[0042] 1.預(yù)反應(yīng)階段
[0043] 原料甲醇通過甲醇原料栗升壓后分為兩路，一路作為甲醇引射器2的工作流體，另 一路經(jīng)換熱系統(tǒng)10被高溫產(chǎn)物預(yù)熱蒸發(fā)過熱后，進入預(yù)引射器5作為工作流體引射預(yù)反應(yīng) 器4出口的部分產(chǎn)物后，混合升溫進入預(yù)反應(yīng)器4進行醚化反應(yīng)。
[0044] 2.主反應(yīng)階段
[0045] 預(yù)反應(yīng)器4出口的產(chǎn)物部分被引射回其入口以提高其入口溫度，可降低過熱器的 負(fù)荷，另一部分產(chǎn)物作為工作流體進入主引射器3引射來自于甲醇引射器2的混合氣體，進 一步混合后進入主反應(yīng)器6,由主反應(yīng)器6出來的產(chǎn)物分為兩路，一路被甲醇引射器2引射混 合降溫，再進入主引射器3混合升壓升溫返回入口以控制溫度，另一路作為后引射器8的工 作流體引射來自于輕烴引射器7的氣體后進入后反應(yīng)器9。
[0046] 3.后反應(yīng)階段
[0047] 后反應(yīng)器9的出口產(chǎn)物進入換熱系統(tǒng)10與來自甲醇原料栗的物料進行換熱，被冷 卻降溫后進入油水氣分離系統(tǒng)12,分離出的水進入水處理系統(tǒng)11。分離出的干氣一部分被 輕烴引射器7引射回后反應(yīng)器，另一部分作為干氣產(chǎn)品進入干氣系統(tǒng)18發(fā)電供熱或外送。液 相油組分被升壓栗13加壓后進入脫輕烴塔14,脫輕烴塔14塔頂氣體作為輕烴引射器7的工 作流體返回后反應(yīng)器。脫輕烴塔14塔底液相進入脫重?zé)N塔15,脫重?zé)N塔的塔底產(chǎn)物進入重 烴緩沖罐16,后返回輕烴引射器，塔頂為汽油組分進入產(chǎn)品汽油罐17。
[0048] 本發(fā)明的有益效果：甲醇制烴過程中，常溫常壓的液相甲醇首先被原料甲醇栗增 壓，然后經(jīng)過預(yù)熱蒸發(fā)過熱形成高溫高壓的甲醇蒸汽，由于醚化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，利用預(yù)引 射器引射部分醚化產(chǎn)物，使甲醇蒸汽進一步升溫，可降低甲醇蒸汽過熱器的負(fù)荷。同時降低 醚化反應(yīng)溫度和醚化過程中副產(chǎn)物甲烷等干氣的產(chǎn)率。
[0049] 完成反應(yīng)冷卻分離過程均需要消耗動力。本發(fā)明采用甲醇栗給液相甲醇加壓，因 為液體壓縮性小，甲醇栗耗電低于對氣相壓縮的壓縮機。高壓液相甲醇通過熱交換吸收反 應(yīng)熱形成高溫高壓氣體具有做功能力，本發(fā)明利用這一做功能力作為反應(yīng)冷卻分離過程運 行的動力，可以減小過程所需要的電力。
[0050] 本發(fā)明利用引射器作為循環(huán)烴循環(huán)動力轉(zhuǎn)換機構(gòu)，引射器無運動件，具有結(jié)構(gòu)簡 單可靠，造價低，耗能低，運行可靠的優(yōu)點。引射器同時具有使冷熱流體直接混合快速換熱 的功能，可以大幅度降低換熱系統(tǒng)的造價。
[0051] 本發(fā)明的主反應(yīng)系統(tǒng)具有的特征是控制芳構(gòu)化程度，限制干氣和液化氣產(chǎn)率，加 強異構(gòu)化反應(yīng)，使干氣、C4以下烷烴產(chǎn)率低，重芳烴等重汽油組分產(chǎn)率低，且循環(huán)反應(yīng)，一方 面可以提高液收，另一方面可以利用循環(huán)烴控制溫度。
[0052]重芳烴循環(huán)反應(yīng)，也可抑制重芳烴產(chǎn)率。降低汽油中高沸點非芳烴組分，有利于提 高汽油的辛烷值。
[0053]本發(fā)明的分離系統(tǒng)具有的特征是:干氣、液化氣、重汽油和汽油組分分離后循環(huán)回 后反應(yīng)系統(tǒng)循環(huán)反應(yīng)，在保持汽油組分高收率的前提下，獲得低C4含量、低C10以上組分含 量的低蒸汽壓、低干點、高辛烷值的高品質(zhì)汽油或汽油組分。
[0054]本發(fā)明的動力循環(huán)系統(tǒng)具有的特征是，采用引射循環(huán)，可以取消常規(guī)的循環(huán)氣體 壓縮機，降低設(shè)備投資和動力消耗。
[0055] 本發(fā)明的換熱系統(tǒng)具有的特征是：因為采用冷熱流體引射直接混合換熱方式和利 用工作流體因膨脹而降溫的特點，可降低換熱系統(tǒng)造價。
[0056] 通過調(diào)整分離系統(tǒng)運行參數(shù)，將干氣液化氣和含有均四甲苯的重汽油組分返回設(shè) 置的后反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為汽油組分，不生產(chǎn)液化氣產(chǎn)品和均四甲苯產(chǎn)品，所以不必配 備和運行液化氣精制設(shè)備和均四甲苯精制設(shè)備，可以降低設(shè)備造價和運行成本。
[0057] 液化氣的精制需要配備較高的精餾塔，產(chǎn)量不高，沒有規(guī)模效應(yīng)，儲運成本高，一 般情況下，很難與石油基液化氣競爭。液化氣價格低于高品質(zhì)汽油價格，將液化氣轉(zhuǎn)化為汽 油組分可以提高裝置效益。在本發(fā)明的工藝中，是將C4以下的液化氣組分和干氣循環(huán)回反 應(yīng)器通過烷基化、疊合、芳構(gòu)化等反應(yīng)過程轉(zhuǎn)化為汽油組分。同時本工藝控制后反應(yīng)器溫 度，芳構(gòu)化程度較低，飽和低碳烷烴含量低，在后反應(yīng)器內(nèi)通過疊合與烷基化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為汽 油組分。均四甲苯精制過程需要設(shè)備投資大，市場容量較小，銷售成本高。本工藝將C10以上 組分分離后返回后反應(yīng)器。在后反應(yīng)器內(nèi)，均四甲苯歧化為C7-C9芳烴，C7-C9芳烴為高辛烷 值汽油組分。C10以上的烷烴烯烴為低辛烷值組分，減小其在汽油中的含量，有利于提高汽 油的辛烷值，降低汽油的干點；將其返回后反應(yīng)器吸熱裂解，有利于提高汽油產(chǎn)品的收率， 也有利于控制后反應(yīng)器溫升。
【附圖說明】：
[0058]圖1是甲醇制烴裝置。
[0059] 圖中1原料甲醇栗，2甲醇引射器，3主引射器，4預(yù)反應(yīng)器，5預(yù)引射器，6主反應(yīng)器，7 輕烴引射器，8后引射器，9后反應(yīng)器，10換熱系統(tǒng)，11水處理系統(tǒng)，12油水氣分離系統(tǒng)，13升 壓栗，14脫輕烴塔，15脫重?zé)N塔，16重?zé)N緩沖罐，17產(chǎn)品汽油儲罐，18干氣系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0060] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0061] 原料甲醇被甲醇原料栗1升壓后分為兩路，一路作為甲醇引射器2的工作流體，另 一路經(jīng)換熱系統(tǒng)10被高溫產(chǎn)物預(yù)熱蒸發(fā)過熱后，進入預(yù)引射器5作為工作流體引射預(yù)反應(yīng) 器4出口的部分產(chǎn)物后，混合升溫進入預(yù)反應(yīng)器4反應(yīng)升溫。預(yù)反應(yīng)器4出口的產(chǎn)物部分被引 射回其入口以提高其入口溫度，可降低過熱器的負(fù)荷，另一部分產(chǎn)物作為工作流體進入主 引射器3引射來自于甲醇引射器2的混合氣體進一步混合后進入主反應(yīng)器6,由主反應(yīng)器6出 來的產(chǎn)物分為兩路，一路經(jīng)由甲醇引射器2混合降溫，經(jīng)主引射器3混合升壓升溫返回主反 應(yīng)器入口以控制溫度，另一路為后引射器8的工作流體引射來自于輕烴引射器7出口的氣體 后進入后反應(yīng)器9,后反應(yīng)器9出口產(chǎn)物進入換熱系統(tǒng)10,被冷卻降溫后進入油水氣分離系 統(tǒng)12,自油水氣分離系統(tǒng)12出來的水進入水處理系統(tǒng)11，干氣被烴引射器7引射回后反應(yīng) 器，液相油被升壓栗13加壓后進入脫輕烴塔14,脫輕烴塔14塔頂氣體作為烴引射器7的工作 流體返回后反應(yīng)器。脫輕烴塔14塔底液進入脫重?zé)N塔15,脫重?zé)N塔16塔底產(chǎn)物進入重?zé)N罐 16,塔頂為產(chǎn)品汽油或汽油組分。干氣進入干氣系統(tǒng)18發(fā)電供熱或外送。
[0062]實施例1:甲醇制汽油
[0063]汽油是包含碳數(shù)為C4到C12多種烴類的混合物，允許含有適量醇醚酯組分。異構(gòu)烷 烴為優(yōu)質(zhì)組分，芳烴辛烷值高，烯烴辛烷值比較高，但烯烴芳烴含量受限制。低碳烴辛烷值 高，但蒸汽壓高，應(yīng)分離轉(zhuǎn)化。長鏈烷烴辛烷值低，應(yīng)分離轉(zhuǎn)化。高沸點芳烴組分影響車輛性 能，也應(yīng)分離轉(zhuǎn)化。
[0064] 本發(fā)明的優(yōu)點在于通過分步反應(yīng)，分步調(diào)整的方法，使甲醇制汽油過程所產(chǎn)的汽 油多含優(yōu)質(zhì)組分的高品質(zhì)汽油，降低無副產(chǎn)物產(chǎn)率。
[0065] 原料甲醇被甲醇原料栗1升壓至2.5-2.6兆帕后分為兩路，一路作為甲醇引射器2 的工作流體;另一路經(jīng)換熱系統(tǒng)10被由高溫產(chǎn)物預(yù)熱蒸發(fā)過熱至溫度為160-200°C，壓力為 2.3- 2.4兆帕后，進入預(yù)引射器5作為工作流體，引射預(yù)反應(yīng)器4出口的部分300-400°C的產(chǎn) 物后混合升溫至230-260°C，壓力為2.2-2.3兆帕后進入預(yù)反應(yīng)器4發(fā)生反應(yīng)升溫至300-400 °C。預(yù)反應(yīng)器內(nèi)裝填氧化鋁醚化催化劑，空速1-21Γ 1。預(yù)反應(yīng)器優(yōu)先選用固定床反應(yīng)器。預(yù)反 應(yīng)器4出口的產(chǎn)物溫度為300-400°C，壓力為2.1-2.2兆帕。一部分被引射回其入口以提高其 入口溫度，降低過熱器的負(fù)荷，另一部分產(chǎn)物作為工作流體進入主引射器3引射來自于甲醇 引射器2的200-230°C，壓力為2.0-2.1兆帕的混合氣體并進一步混合后以溫度280-300°C， 壓力為2.1-2.2兆帕進入主反應(yīng)器6。主反應(yīng)器6內(nèi)裝填ZSM-5催化劑，空速5-701^，優(yōu)選45-501Γ 1。主反應(yīng)器可以用固定床反應(yīng)器，優(yōu)選移動床反應(yīng)器。由主反應(yīng)器6出來的產(chǎn)物的成分 為低碳烯烴、水、芳烴等，允許有小量未反應(yīng)的甲醇。主反應(yīng)器出口溫度為360-440°C，壓力 為2.0-2.1兆帕的產(chǎn)物分為兩路，一路先經(jīng)甲醇引射器2混合降溫至200-230°C，再由主引射 器3引射混合升壓升溫至280-300°C，壓力為2.1-2.2兆帕后返回入口以控制溫度，另一路為 后引射器8的工作流體引射來自于輕烴引射器7出口的50-80 °C氣體混合后以220-260 °C的 溫度，1.9-2.0兆帕的壓力進入后反應(yīng)器9，后反應(yīng)器9出口產(chǎn)物溫度為280-360°C，1.8-1.9 兆帕的壓力進入換熱系統(tǒng)10,被冷卻降溫至40-80°C后進入油水氣分離系統(tǒng)12,自油水氣分 離系統(tǒng)12出來的水進入水處理系統(tǒng)11，氣相被輕烴引射器7引射回后反應(yīng)器，液相油被升壓 栗13加壓至2.4-2.6兆帕后進入脫輕烴塔14,脫輕烴塔14塔頂壓力為2.2-2.4兆帕，溫度為 40-60°C的氣體作為輕烴引射器7的工作流體返回后反應(yīng)器9。脫輕烴塔14塔底液進入脫重 烴塔15,脫重?zé)N塔15塔底產(chǎn)物進入重?zé)N罐16緩存，再經(jīng)輕烴引射器7返回后反應(yīng)器9。脫重?zé)N 塔15塔頂為產(chǎn)品汽油或汽油組分。干氣進入干氣系統(tǒng)18發(fā)電供熱或外送。后反應(yīng)器9內(nèi)裝填 ZSM-5催化劑，空速0.5-21Γ1。后反應(yīng)器可選用固定床反應(yīng)器或移動床反應(yīng)器。在后反應(yīng)器9 內(nèi)，小量未反應(yīng)的甲醇繼續(xù)反應(yīng)，控制溫度200-300°C，空速較低以確保后反應(yīng)器出口產(chǎn)物 無甲醇。在后反應(yīng)器內(nèi)，還完成低碳烯烴的疊合、加氫、烷基化、異構(gòu)化、芳烴歧化等過程。各 廣品的收率如表1所不。
[0066]實施例2:甲醇制柴油組分
[0067] 柴油是包含碳數(shù)為C10到C22以上多種烴類的混合物，允許含有適量醇醚酯組分。 長鏈烷烴為優(yōu)質(zhì)組分，十六烷值高，但凝點也高。單環(huán)長側(cè)鏈芳烴和環(huán)烷烴具有適中的十六 烷值和凝點。與甲醇制汽油工藝相比，后反應(yīng)器采用疊合催化劑。
[0068] 原料甲醇被甲醇原料栗1升壓至2.5-2.6兆帕后分為兩路，一路作為甲醇引射器2 的工作流體；另一路經(jīng)換熱系統(tǒng)10被高溫產(chǎn)物預(yù)熱蒸發(fā)過熱至溫度為160-200°C，壓力為 2.3- 2.4兆帕后進入預(yù)引射器5作為工作流體引射預(yù)反應(yīng)器4出口的部分300-400°C的產(chǎn)物 后混合升溫至230-260°C，壓力為2.2-2.3兆帕后進入預(yù)反應(yīng)器4反應(yīng)升溫至300-400°C。預(yù) 反應(yīng)器內(nèi)裝填氧化鋁醚化催化劑，空速1-21Γ 1。預(yù)反應(yīng)器優(yōu)先選用固定床反應(yīng)器。預(yù)反應(yīng)器4 出口的產(chǎn)物溫度為300-400°C，壓力為2.1-2.2兆帕。一部分被引射回其入口以提高其入口 溫度，降低過熱器的負(fù)荷，另一部分產(chǎn)物作為工作流體進入主引射器3引射來自于甲醇引射 器2的200-230°C，壓力為2 · 0-2 · 1兆帕的混合氣體并進一步混合后以溫度280-300°C，壓力 為2.1-2.2兆帕進入主反應(yīng)器6。主反應(yīng)器6內(nèi)裝填ZSM-5催化劑，空速5-70h- 1，優(yōu)選45-50h 4。主反應(yīng)器可以用固定床反應(yīng)器，優(yōu)選移動床反應(yīng)器。由主反應(yīng)器6出來的產(chǎn)物的成分為低 碳烯烴、水、芳烴等，允許有小量未反應(yīng)的甲醇。主反應(yīng)器出口溫度為360-440°C，壓力為 2.0-2.1兆帕的產(chǎn)物分為兩路，一路先經(jīng)由甲醇引射器2混合降溫至200-230°C，再由主引射 器3引射混合升壓升溫至280-300°C，壓力為2.1-2.2兆帕后返回入口以控制溫度，另一路為 后引射器8的工作流體引射來自于輕烴引射器7出口的50-80 °C氣體混合后以150-180 °C的 溫度，1.9-2.0兆帕的壓力進入后反應(yīng)器9，后反應(yīng)器9出口產(chǎn)物溫度為250-300°C，1.8-1.9 兆帕進入換熱系統(tǒng)10,被冷卻降溫至40-80°C后進入油水氣分離系統(tǒng)12,自油水氣分離系統(tǒng) 12出來的水進入水處理系統(tǒng)11，氣相被輕烴引射器7引射回后反應(yīng)器，液相油被升壓栗13加 壓至2.4-2.6兆帕后進入脫輕烴塔14，脫輕烴塔14塔頂壓力為2.2-2.4兆帕，溫度為40-60°C 的氣體作為烴引射器7的工作流體返回后反應(yīng)器。脫輕烴塔14塔底液進入脫重?zé)N塔15,脫重 烴塔塔底產(chǎn)物進入重?zé)N罐16緩存，或經(jīng)輕烴引射器7返回后反應(yīng)器。塔頂為產(chǎn)品柴油或柴油 組分。干氣進入干氣系統(tǒng)18發(fā)電供熱或外送。后反應(yīng)器9內(nèi)裝填疊合催化劑，空速0.5-21Γ 1。 在后反應(yīng)器9內(nèi)，小量未反應(yīng)的甲醇繼續(xù)反應(yīng)，控制溫度200-300°C，空速較低以確保后反應(yīng) 器出口產(chǎn)物無甲醇。在后反應(yīng)器內(nèi)，還完成低碳烯烴的醚化、疊合、裂解、加氫、烷基化、異構(gòu) 化等過程。各產(chǎn)品的收率如表1所示。
[0069] 以上所述的實施例僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍 進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案 做出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
[0070] 表1產(chǎn)物組成
【主權(quán)項】
1. 一種甲醇制烴的反應(yīng)裝置，其特征在于，由甲醇原料栗（I)，甲醇引射器（2)，主引射 器(3)，預(yù)反應(yīng)器(4)，預(yù)引射器(5)，主反應(yīng)器(6)，輕烴引射器(7)，后引射器(8)，后反應(yīng)器 (9) ，換熱系統(tǒng)（10)，水處理系統(tǒng)（11)，油水氣分離系統(tǒng)（12)，升壓栗（13)，脫輕烴塔(14)，脫 重?zé)N塔(15)，重?zé)N緩沖罐(16)，產(chǎn)品汽油罐(17)，干氣系統(tǒng)（18)組成； 所述甲醇原料栗（1)出口 一路通過甲醇引射器（2)與主引射器(3)連接，另一路經(jīng)換熱 系統(tǒng)（10)連接預(yù)引射器(5);預(yù)反應(yīng)器(4)的入口端連接預(yù)引射器(5)，出口端一路返回預(yù)引 射器(5)，另一路連接主引射器(3)的入口；主反應(yīng)器(6)的出口分為兩路，一路返回甲醇引 射器(2)，另一路通過后引射器(8)與后反應(yīng)器(9)連接；后反應(yīng)器(9)的出口經(jīng)過換熱系統(tǒng) (10) 與油水氣分離系統(tǒng)（12)連接;油水氣分離系統(tǒng)（12)出口分三路，水相連接水處理系統(tǒng) (11) ，干氣被輕烴引射器(7)引射回后引射器(8)，另一部分干氣經(jīng)過干氣系統(tǒng)（18)發(fā)電供 熱或外送，液相油經(jīng)升壓栗（13)與脫輕烴塔（14)連接，脫輕烴塔（14)塔頂連接輕烴引射器 (7)，脫輕烴塔（14)塔底連接脫重?zé)N塔（15)，脫重?zé)N塔（15)塔頂連接產(chǎn)品汽油儲罐（17)，塔 底連接重?zé)N緩沖罐(16)。2. 一種甲醇制烴的工藝方法，包括下列步驟： (1) 預(yù)反應(yīng)階段:預(yù)反應(yīng)系統(tǒng)包括預(yù)引射器、預(yù)反應(yīng)器，來自換熱系統(tǒng)的甲醇蒸汽作為 預(yù)引射器的工作流體，引射預(yù)反應(yīng)器出口的部分產(chǎn)物，循環(huán)回預(yù)反應(yīng)器，在預(yù)反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生 醚化反應(yīng)后的產(chǎn)物一部分被預(yù)引射器循環(huán)回預(yù)反應(yīng)器入口，與甲醇蒸汽混合使甲醇蒸汽過 熱到反應(yīng)溫度進入醚化反應(yīng)器，另一部分產(chǎn)物先作為主引射器的工作流體，后進入主反應(yīng) 系統(tǒng)； (2) 主反應(yīng)階段:主反應(yīng)系統(tǒng)由主引射器、主反應(yīng)器、甲醇引射器組成；甲醇引射器的工 作流體是來自原料甲醇栗，甲醇引射器引射主反應(yīng)器出口的部分產(chǎn)物，進入主引射器，后循 環(huán)回主反應(yīng)器，主反應(yīng)階段發(fā)生二甲醚和甲醇生成低碳烯烴和水的反應(yīng)，部分低碳烯烴聚 合和芳構(gòu)化等反應(yīng)； (3) 后反應(yīng)階段：后反應(yīng)系統(tǒng)包括后引射器、后反應(yīng)器、輕烴引射器、換熱系統(tǒng)、油水氣 分離系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、升壓栗、脫輕烴塔、脫重?zé)N塔、產(chǎn)品汽油罐、重?zé)N緩沖罐、干氣系統(tǒng)； 采用后反應(yīng)器進一步完成芳構(gòu)化，芳烴歧化、烷基化，疊合等過程。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的甲醇制烴的工藝方法，其特征在于，預(yù)反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)溫度為 160-420°C，反應(yīng)空速為l_70h- 1，反應(yīng)壓力為0 · 2-3 · OMPa，循環(huán)比為0 · 1-3; 主反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)溫度為160-420°C，反應(yīng)空速為WOlT1，反應(yīng)壓力為0.2-3. OMPa，循 環(huán)比為2-20; 后反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)溫度為160-420°C，反應(yīng)空速為0. δ-ΙΟΙΓ1，反應(yīng)壓力為0.2-3. OMPa， 循環(huán)比為1-20。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的甲醇制烴的工藝方法，其特征在于： 預(yù)反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)溫度為260-320°C，反應(yīng)空速為1.25-31Γ1，反應(yīng)壓力為1.5-2.6MPa， 循環(huán)比為0.5-1.5; 主反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)溫度為260-350°C，反應(yīng)空速為2-10h-1，反應(yīng)壓力為1.2-2.4MPa，循 環(huán)比為3-6; 后反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)溫度為300-400 °C，反應(yīng)空速為1-21Γ1，反應(yīng)壓力為1.2-2.2MPa，循環(huán) 比為3-5。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的甲醇制烴的工藝方法，其特征在于，所述后反應(yīng)器的出口產(chǎn)物 經(jīng)過換熱系統(tǒng)降溫，進入油水氣分離系統(tǒng)，將含有的C3以上的組分液化分離，用升壓栗使其 增壓后進入脫輕烴塔，塔頂組分C3-C4經(jīng)過輕烴引射器循環(huán)回后反應(yīng)系統(tǒng)，重組分進入脫重 烴塔，塔頂為汽油組分，進入產(chǎn)品汽油罐，含有均四甲苯的重汽油組分中的ClO及以上重芳 烴組分通過輕烴引射器循環(huán)回后反應(yīng)系統(tǒng)，與新生成的低碳烯烴、輕芳烴等混合后發(fā)生歧 化、裂解等反應(yīng)生成C9及以下輕芳烴，成為沸點、凝點合格且辛烷值高的汽油組分，重汽油 組分中的低辛烷值C9以上烷烴組分發(fā)生裂解反應(yīng)生成較高辛烷值的C9以下烴成為合格汽 油組分，不斷循環(huán)從而實現(xiàn)不副產(chǎn)重汽油組分。
【文檔編號】C10G3/00GK105885912SQ201610438258
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】馬延春
【申請人】馬延春