[發明專利]合成氣制汽油一體化工藝及反應器

有效

• 申請號: 201410080953.3
• 申請日: 2014-03-06
• 公開（公告）號: CN103849421A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 王東飛;章清;李忠;孟凡會;張洪建
• 申請（專利權）人: 山西潞安礦業（集團）有限責任公司;太原理工大學
• 主分類號: C10G2/00
• 分類號: C10G2/00;B01J8/04
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 劉寶賢

技術領域

本發明屬于一種煤制汽油的工藝，具體涉及一種煤氣化經合成氣制汽油的一體化工藝及反應器。

背景技術

我國富煤少油，石油供需矛盾十分突出。2012年全國原油產量2.07億噸，原油消耗量達到4.93億噸，對外依存度為56.42%，為歷史最高。預計到2020年，我國石油的對外依存度有可能接近65%，整個國家的石油安全、經濟安全、國家安全都會面臨很大的挑戰。我國煤炭資源相對豐富，將煤通過氣化為合成氣再制成汽油的技術，具有保障國家能源安全的戰略意義。

專利US3931349報道了Mobil公司兩步法甲醇合成汽油工藝。該工藝第一段為甲醇脫水：在Cu/Al₂O₃催化劑上脫水生成二甲醚，第二段為烴類擇形催化轉化：二甲醚和未反應的甲醇在反應器內通過ZSM-5催化劑轉化為汽油和液化氣等產品。該工藝以甲醇進料，但兩段法甲醇制汽油技術存在工藝流程長，反應器數量多，投資大等缺點。專利ZL200610048298.9報道了中科院山西煤化所甲醇一步法制取烴類產品工藝，該工藝流程是將原料甲醇氣化后，在沸石分子篩催化劑上直接轉化為烴類產品的混合物，工藝流程短，操作相對簡化。

現有的煤間接轉化制汽油(MTG)技術，均是先將煤氣化為合成氣，然后將合成氣合成粗甲醇，通過冷凝分離后制得甲醇產品，然后再將甲醇加熱汽化脫水兩步法或一步法合成汽油。合成氣制甲醇和甲醇生產汽油裝置各單元為獨立的系統，合成甲醇時需將甲醇產品氣冷凝成液體甲醇，而甲醇制汽油時又需要將液體甲醇再次汽化，在能量和工程方面都存在重復投資問題，且工藝能耗大。

發明內容

本發明的目的是提供一種投資少，工藝流程簡單的合成氣制汽油的一體化工藝及反應器。

本發明是將合成氣制甲醇、甲醇脫水制二甲醚和二甲醚制汽油三種工藝有機耦合，采用合成氣在一個反應器中直接轉化合成汽油，避免了氣態甲醇冷凝和甲醇再次汽化的過程，簡化了工藝流程，降低了能耗，減少了投資和生產成本。

本發明工藝步驟如下：

（1）固定床反應器分為三段催化劑床層，從上到下分別裝有合成甲醇催化劑，合成二甲醚催化劑，合成汽油催化劑，三段催化劑床層分別通過三個獨立的加熱程序控溫加熱，催化劑床層之間預留一定的高度，能夠滿足散熱要求而不至于影響其他催化床層的溫度；

（2）加壓合成氣與從固定床反應器出來的混合氣體換熱后從含有三段催化劑床層的固定床反應器的上部進入，三段催化劑床層分別通過三個獨立的加熱程序控溫加熱，達到各段相應催化反應的反應溫度，并進行相應的反應，先后依次經過甲醇合成、二甲醚合成、汽油合成后，從固定床反應器底端出來的混合氣體一部分與加壓合成氣換熱，另一部分經廢熱鍋爐回收熱量，然后混合氣體依次進入冷凝器、氣液分離器進行產品分離，分離出的氣相產物部分通過壓縮循環至固定床反應器，部分排空或收集他用，液相產物中油相為高品質汽油。

如上所述的合成甲醇催化劑為工業甲醇合成催化劑，如西南化工設計院開發的CuO/ZnO/Al₂O₃(C302)催化劑或南化集團設計院開發的C306催化劑，甲醇合成的條件為：H₂和CO體積比為2～4∶1，反應溫度230～280℃，反應壓力1.0～5.0MPa，以H₂和CO計，氣體空速為6000～15000ml·g^-1·h^-1。

如上所述的合成二甲醚催化劑為工業二甲醚合成催化劑，如武漢科林精細化工有限公司生產的WD-1二甲醚催化劑或成都天成碳一化工有限公司開發的TCM-1催化劑，二甲醚合成的條件為：反應溫度260～350℃，反應壓力0.5～5.0MPa，甲醇氣體空速2000～5000ml·g^-1·h^-1。

如上所述的合成汽油催化劑為如下幾種：

1、酸堿改性制備的ZSM-5催化劑

（1）用濃度為1－4mol/L的HCl溶液在50－80℃條件下處理硅鋁比為25－100的商業H-ZSM-5分子篩10min－300min，稀酸溶液洗滌后離心，在450－600℃下焙燒3－5h，得到ZSM-5/H⁺分子篩；

（2）用濃度為0.1－1mol/L的NaOH溶液在50－80℃條件下處理ZSM-5/H⁺分子篩10min－300min，稀酸溶液洗滌后離心，在450－600℃℃下焙燒3－5h，得到ZSM-5/OH^-分子篩；