一種焦爐煤氣合成汽油的工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種焦爐煤氣經(jīng)甲醇合成汽油的工藝。
【背景技術】
[0002] 我國具有富煤、貧油和少氣的能源結構，尤其是石油的供需矛盾十分突出。2013年 我國石油的對外依存度已達58. 1 %，預計2020年我國石油的對外依存度將達到65%，使得 國家能源安全、經(jīng)濟安全和社會安全將面臨極大挑戰(zhàn)。因此，發(fā)展石油替代能源是緩解石油 供需矛盾和確保國家安全的重要途徑。
[0003] 甲醇轉化制汽油最早由美國Mobil公司于1976年在專利US3931349中提出，具體 為先將甲醇在化/Al2〇3催化劑上脫水形成二甲酸，然后將二甲酸在ZSM-5的催化作用下轉 化為高辛燒值的汽油產(chǎn)品。中國專利化200610048298. 9公開的一種工藝流程更短和操作 更簡單的一步法甲醇制汽油工藝，該技術將甲醇在改性ZSM-5分子篩上直接轉化為汽油產(chǎn) 品。上述兩種甲醇制汽油技術的成功開發(fā)和工業(yè)化應用不但為石油替代提供了一條新的技 術路線，且與煤直接液化和煤間接F-T液化等石油替代技術相比，甲醇制汽油具有工藝簡 單、技術成熟可靠和汽油收率高等優(yōu)點，成為近年來國內關注的熱點。
[0004] 我國是世界上最大的焦炭生產(chǎn)、消費和出口國。2012年，我國焦炭產(chǎn)量達4. 43億 t，如果按生產(chǎn)一噸焦炭產(chǎn)生430m3的焦爐煤氣計算，僅該年副產(chǎn)的焦爐煤氣就高達1905億 m3,其中70%左右的焦爐煤氣用于焦爐加熱和民用煤氣，而剩余的近570億m3焦爐煤氣未 被利用，造成了嚴重的資源浪費和環(huán)境污染。焦爐煤氣制甲醇技術的成功開發(fā)實現(xiàn)了焦爐 煤氣的資源化利用，不僅創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益，而且具有良好的環(huán)境效益和社會效益。但 隨著焦爐煤氣利用技術的多元化，焦爐煤氣的實際價格將近0. 5元/Nm3,同時考慮到甲醇市 場的產(chǎn)能嚴重過剩，甲醇價格明顯下降，故工業(yè)焦爐煤氣制甲醇項目的絕對利潤嚴重縮水， 尤其相對于焦爐煤氣制CNG和LNG相比，焦爐氣制甲醇的相對利潤更低。 陽0化]考慮到國內石油供需矛盾、焦爐煤氣實際價格上漲和甲醇產(chǎn)能過剩的市場現(xiàn)狀， 如果將焦爐煤氣制備的甲醇通過甲醇制汽油技術進一步轉化為汽油產(chǎn)品，不但能夠緩解石 油短缺和甲醇過剩的問題，而且能夠進一步提升焦爐煤氣利用的經(jīng)濟效益。但現(xiàn)有工業(yè)上 甲醇制汽油工藝均需使用精甲醇（甲醇濃度> 99. 9% )作為原料，使得由焦爐煤氣制備的 甲醇需通過甲醇精制單元，且單獨的焦爐煤氣制甲醇技術存在剩余熱量浪費，而甲醇轉化 制汽油熱量不足的矛盾，導致最終的技術存在工藝復雜、設備投資大和能耗高的缺點，同時 考慮到焦爐煤氣經(jīng)甲醇合成油的生產(chǎn)規(guī)模有限，對工藝中存在的上述問題極其敏感。因此， 開發(fā)一種工藝流程簡單、設備投資小和能耗低的焦爐煤氣經(jīng)甲醇合成汽油的整體工藝具有 重要的意義。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的是開發(fā)一種工藝流程簡單、設備投資少和能耗低的焦爐煤氣經(jīng)甲醇 合成汽油的工藝，不但能夠緩解國內石油短缺和甲醇產(chǎn)能過剩的現(xiàn)狀，且能進一步增大焦 爐煤氣利用的經(jīng)濟效益。
[0007] 為達上述目的，發(fā)明人首先通過大量實驗研究了甲醇中雜質含量、雜質種類和循 環(huán)氣成分等因素對甲醇合成催化劑活性、選擇性和穩(wěn)定性的影響；然后根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù) 報告，進一步通過大量的模擬計算和多年的工程設計經(jīng)驗，提出了一種焦爐煤氣經(jīng)轉化、合 成氣壓縮、甲醇合成、甲醇制汽油和油品分離的一體化工藝，該工藝通過整體的物料和能量 匹配，不但大大簡化了工藝流程，而且減少了設備投資和整體能耗，進一步提高了焦爐煤氣 利用的經(jīng)濟效益。
[0008] 本發(fā)明公開的一種焦爐煤氣合成汽油的工藝，其具體工藝路線為：
[0009] (1)經(jīng)凈化后的焦爐煤氣先與燃燒預熱爐產(chǎn)生的過飽和水蒸汽混合，再通過焦爐 氣預熱器與焦爐氣轉化爐出口氣換熱，最后經(jīng)燃燒預熱爐進一步加熱后進入焦爐氣轉化爐 中，來自空分系統(tǒng)中的氧氣與燃燒預熱爐產(chǎn)生的過飽和水蒸汽混合后，自頂部進入焦爐煤 氣轉化爐燃燒室中，先與焦爐煤氣進行燃燒反應，然后燃燒后的混合氣自上而下進入催化 劑層進行轉化反應，轉化后氣體自焦爐氣轉化爐底部排出，先經(jīng)轉化爐廢熱鍋爐回收熱量， 再經(jīng)焦爐煤氣預熱器與焦爐煤氣換熱，然后通過轉化氣冷卻器冷卻后進入氣液分離器中， 工藝水自氣液分離器底部排出并與來自油氣水分離器的工藝水混合后，送往轉化爐廢熱鍋 爐中副產(chǎn)中壓蒸汽，氣相自氣液分離器頂部排出并經(jīng)脫硫槽進一步脫硫后，與循環(huán)氣混合 進入合成氣壓縮機組進行增壓；
[0010] (2)增壓后的混合氣體經(jīng)合成氣預熱器與甲醇合成塔底部出口氣換熱后，自頂部 進入甲醇合成塔中進行甲醇合成反應，氣相產(chǎn)品自合成塔底部排出后分為兩股，其中第一 股氣相產(chǎn)品先經(jīng)合成氣預熱器與增壓后的混合氣體換熱，再經(jīng)蒸發(fā)式冷卻器冷凝后進入甲 醇分離器中，氣相自甲醇分離器頂部排出后返回至合成氣壓縮機組，而由甲醇、雜醇、水和 低碳控等組成的粗甲醇液相自甲醇分離器底部排出后進入甲醇凈化器中進行凈化，經(jīng)凈化 后的粗甲醇液相先經(jīng)甲醇預熱器預熱，然后通過甲醇氣化器氣化后與甲醇合成塔的第二股 氣相產(chǎn)品混合，最后經(jīng)甲醇過熱器進一步加熱后，自頂部進入合成油反應器；
[0011] (3)氣相粗甲醇在合成油反應器中進行反應后，其產(chǎn)品先經(jīng)合成油廢熱鍋爐回收 熱量，再經(jīng)甲醇過熱器與氣相粗甲醇蒸汽換熱，最后通過甲醇預熱器與來自甲醇凈化器底 部排出的液相粗甲醇換熱后進入油品空冷器和油品冷卻器冷卻，之后進入油氣水分離器 中，氣相自分離器頂部排出并經(jīng)循環(huán)氣壓縮機增壓后，一部分氣體作為循環(huán)氣返回至合成 氣壓縮機組，另一部分氣體與油品分離器分離出的燃料氣混合后又分為兩股，第一股送往 燃燒預熱爐進行燃燒，而第二股作為馳放氣送往焦爐，冷凝的工藝水自油氣水分離器底部 排出并與來自氣液分離器的工藝水混合后送往轉化爐廢熱鍋爐中副產(chǎn)蒸汽，而分離出的油 相進入油品分離器中，經(jīng)分離后得到燃料氣、液化石油氣（LPG)、重油和汽油產(chǎn)品。
[0012] 如上所述的經(jīng)凈化后焦爐煤氣的體積組成為& 50~60%、CO5 %~8%、 C〇2l. 5~4%、邸4 23%~27%，成3~7%，CzW上不飽和控2~4%。
[0013] 如上所述的焦爐氣轉化爐為固定床絕熱反應器，其反應壓力為2. 0~2. 5MPa， 焦爐煤氣進口溫度為600~70(TC，轉化爐分為上部燃燒室和下部轉化室，下層轉化室裝 填上下兩層催化劑，上層為Z205型轉化催化劑，其裝填體積占催化劑床層總體積的15~ 25Vol% ;下層為Z204型轉化催化劑，裝填體積占催化劑床層總體積的75~85Vol%，兩種 催化劑均由四川天一科技股份有限公司生產(chǎn)；
[0014] 如上所述的進入焦爐氣轉化爐的焦爐煤氣與氧氣的體積比為4. 5~5. 5,轉化爐 廢熱鍋爐產(chǎn)生的中壓蒸汽中一部分通過燃燒預熱爐形成過飽和水蒸汽，并配入焦爐煤氣和 配入氧氣的方式返回至轉化爐中，其中控制過飽和水蒸汽與焦爐煤氣的體積比為0. 15~ 0. 25,控制過飽和水蒸汽與氧氣的體積比為3. 0~3. 5,剩余的另一部分中壓蒸汽送往甲醇 汽化器用于甲醇氣化。
[0015] 如上所述的進入合成氣壓縮氣體中的來自甲醇分離器和油氣水分離器的循環(huán)氣 之和與來自轉化爐的合成氣的體積比為5. 0~6. 0。
[0016] 如上所述的甲醇合成反應器采用管殼式等溫反應器，其反應壓力為5. 7~ 6. 5MPa，反應溫度為240~260°C，氣體空速為15500~20000lV(Kg?h)。 陽017] 如上所述的甲醇合成的催化劑為南化集團研究院開發(fā)的C306、C307催化劑，大連 瑞克科技有限公司生產(chǎn)的RK-5催化劑或西南化工設計院開發(fā)的C302催化劑中的任意一 種。
[0018] 如上所述的甲醇反應器出口的氣相產(chǎn)品分為兩股，其中經(jīng)冷凝、分離和氣化的第 一股氣相產(chǎn)品占反應器出口氣總體積的70~80%，剩余20~30%的第二股氣相產(chǎn)品則不 經(jīng)上述過程，經(jīng)側線與第一股物料分離并氣化后的甲醇混合。
[0019] 如上所述的甲醇氣化器所使用的中壓蒸汽一部分來自于合成油廢熱鍋爐產(chǎn)生的 中壓蒸汽，而另一部分來自于燃燒預熱爐產(chǎn)生的中壓蒸汽。
[0020] 如上所述的甲醇過濾器中裝填漂萊特公司生產(chǎn)的CT151型酸性離子交換樹脂，其 目的是將液相粗甲醇中的胺、甲胺和二甲胺等堿性氮化物脫除，并將粗甲醇中的堿性氮化 物含量控制在5ppmW下。
[0021] 如上所述的甲醇轉化制汽油為一步法工藝，其反應器采