高效熱集成型移動床甲醇制烴方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種采用移動床的甲醇制烴工藝，該工藝反應產物的熱量能得到高效 的流轉和利用。
【背景技術】
[0002] BTX芳徑（Benzene，Toluene，Xylene)是石油化工重要的基本原料，其中對二甲苯 (PX)需求最大。隨著國內PX下游PTA、聚酯生產能力的迅速擴張，市場上PX供給嚴重不 足，至2013年，我國對二甲苯對外依存度已高達55. 3%，供需缺口進一步加大。傳統工藝 生產PX項目工程建設難度大、生產技術門檻高、投資大，受原料石腦油資源限制較多。當前 我國石油資源緊張及消費需求的增加造成了生產芳烴的原料石腦油、輕柴油等資源短缺， 必須尋求新途徑替代傳統的石油路線生產芳烴產品。與此形成鮮明對比的是國內煤炭資 源豐富，主要以煤為原料生產的甲醇產能嚴重過剩。結合我國"缺油、少氣、富煤"的基本國 情，利用豐富的煤炭資源合成甲醇，研宄和開發甲醇催化轉化制備芳烴（MTA)工藝，可以在 生產環節就獲得高濃度PX，提高甲醇下游產品的附加值，從而有效減少芳烴產品對石油的 依賴性。
[0003] 目前國內外研發的甲醇芳構化技術正逐步進入產業化階段，部分技術已經實現工 業化。MOBILE固定床甲醇制芳烴（制汽油）技術于20世紀七十年代實現了工業化，并已經 在國內得到了工業應用；中科院山西煤化所固定床技術于2010年在國內得到了工業應用； 清華大學流化床甲醇芳構化技術于2013年實現了萬噸級工業示范裝置運行。目前，固定床 生產技術應用范圍較廣，但是受限于反應再生之間的切換，產能受到限制；流化床雖然憑借 其連續反應再生的過程，在產能上具有非常大的發展空間，但對于甲醇這一特殊物料的流 態化操作仍然需要進一步探索工藝與操作方式。目前固定床與流化床操作方式均存在一定 的缺點，不同程度地制約著甲醇制芳烴領域的大規模發展，具體如下：
[0004] 1)固定床操作方式的缺點：
[0005] (1)反應再生頻繁切換，失活催化劑需要間斷再生，反應器用于反應的時間受到大 幅度壓縮，產能嚴重受限；(2)反應再生頻繁切換不僅操作繁瑣，且存在誤操作隱患，不利 于長周期運行；（3)由再生切入反應后需要一段時間才能達到平穩運行狀態，物料損耗較 大；(4)公用工程消耗大，特別是反應再生切換過程需要消耗大量的氮氣；（5)固定床在生 產過程易存在溝流、偏流等情況，反應器內易結焦，催化劑孔道易堵塞，影響產品質量與生 產安全；(6)固定床反應熱移除困難，催化劑更換成本高。
[0006] 2)流化床操作方式的缺點：
[0007] (1)流化床層內催化劑返混程度較重，局部反應過度易導致結焦；（2)流化床層內 湍動劇烈，磨損嚴重，昂貴的催化劑易破損進而發生跑損，造成經濟上的損失；（3)流化床 層內停留時間分布較廣，易導致產品分布較寬，目標產物的收率降低；(4)溫度及壓力波動 都會影響氣固分離系統的效率，進而影響后續分餾系統；(5)對于生焦率低的反應系統，流 化床的反應再生系統熱平衡難以維持。
【發明內容】
[0008] 為了克服現有技術下的上述缺陷，本發明的目的在于提供一種高效熱集成型移動 床甲醇制烴方法，該方法能夠實現甲醇芳構化反應與催化劑再生過程的連續化，能夠提高 反應過程的細化控制程度，實現加工工藝之間有效地物料利用與熱集成，具有催化劑活性 穩定、壓降低、平推流反應、返混少等優點。
[0009] 本發明的技術方案是：
[0010] 一種高效熱集成型移動床甲醇制烴方法，包括烴合成步驟，所述烴合成步驟中采 用至少兩個相互串聯的反應器，反應用催化劑按照由最始端反應器到最末端反應器的順序 依次經過各反應器后進入再生器進行再生，然后返回最始端反應器，甲醇原料升溫后先進 入最始端反應器，其反應產物作為反應原料進入其后一個反應器，依此類推，直至倒數第二 個反應器的反應產物作為反應原料進入最末端反應器，所述反應器為徑向移動床反應器， 可以是" 31 "型反應器或者"Z"型反應器，可以是向心型反應器或離心型反應器。多個反應 器的反應產物作為放熱介質先后與甲醇原料進行熱交換，對甲醇原料進行逐級升溫，該多 個反應器至少包括最始端反應器和最末端反應器，最末端反應器的反應產物分為多股，其 中至少一股用于對甲醇原料進行升溫，根據最末端反應器的反應產物的溫度通過改變該股 反應產物的流量控制進入最始端反應器的物料溫度，進而控制最始端反應器的反應溫度。 本發明使催化劑依次經過一組串聯的反應器，實現對催化劑活性的分步利用；根據反應產 物的溫度，憑借級間換熱方式靈活調節進料溫度，從而靈活控制分步的反應溫度，進而實現 對相應分步催化劑活性的充分利用。本發明通過上述方式實現反應的分步驟耦合、接力有 效地實現對溫升的控制，使進料溫度與反應溫升相匹配。
[0011] 最末端反應器的反應產物優選先于最始端反應器的反應產物對甲醇原料進行升 溫，由于最末端反應器的反應產物溫位更高，潛熱更大，利用其可明顯改變甲醇原料的溫 度，為準確控制甲醇原料進入最始端反應器的溫度留出更自由的調節空間。在甲醇原料只 引入最始端反應器的情況下，可以控制最始端反應器的反應溫度不高于最末端反應器的反 應溫度，相鄰兩反應器中前一反應器的反應溫度不高于后一反應器的反應溫度。
[0012] 所述高效熱集成型移動床甲醇制烴方法還包括分離步驟，所述分離步驟先后采用 氣油水三相分離裝置和單級或多級的分餾裝置對所述烴合成步驟的產物進行分離提取，最 末端反應器的反應產物各股匯合并依工藝要求冷卻（例如至40~60°C )后送入所述氣油 水三相分離裝置，分離得到的大部分氣相經循環氣壓縮機壓縮增壓至〇. 25~1. 9MPaG用作 循環氣，所述循環氣單股經升溫后作為反應原料進入所述最始端反應器，或者分為兩股各 自進行升溫后作為反應原料分別進入最始端反應器和最末端反應器，根據各股循環氣的溫 度通過調節各股循環氣流量在線獨立調節相應反應器的反應深度；循環氣進入相應反應器 的方式是升溫后與相應反應器的反應進料匯合再進入相應反應器；當循環氣分為兩股時， 考慮到進入最始端反應器的循環氣除了要參與反應提高收率之外，還要起到冷激作用，因 此優選使進入最始端反應器的循環氣流量大于進入最末端反應器的循環氣流量。分離得到 的小部分氣相可以作為待處理物質進入后處理步驟。分離得到的水相部分送入含油污水處 理裝置，也可以直接回用至上游煤氣化裝置，從而有效地節約公用工程；分離得到的油相部 分送入所述分餾裝置，分餾得到的液相C6~C10組分或C8~C10組分作為產品引出，相應 地，液相C3~C5組分或C3~C7組分作為反應原料返回烴合成步驟，分別與不同反應器進 料匯合；其余輕組分作為待處理物質進入后處理步驟。分離得到的小部分氣相以及分餾得 到的其余輕組分可以匯合后一同引入后處理步驟。最末端反應器的反應產物冷卻至常溫的 冷卻方式可以是干式空冷、濕式空冷、水冷或上述方式的組合。由于可以改變用作循環氣的 氣相相對三相分離得到的全部氣相的占比，以及當循環氣分為兩股時進入最始端反應器和 最末端反應器的循環氣流量的分配比例，可以進一步促使進料溫度與反應溫升相匹配，可 以使各股循環氣流量的調節都具有很強的獨立性，這也就意味著最始端反應器和最末端反 應器的反應程度及深度可以通過循環氣來進行獨立調節而不會彼此制約。
[0013] 在最末端反應器的反應產物各股匯合前，多股反應產物中還有一股或兩股作為放 熱介質通過熱交換對每股循環氣分別進行升溫，經換熱降溫后的反應產物再各股匯合。與 甲醇原料進行熱交換的反應產物的流量優選小于與循環氣進行熱交換的反應產物的流量， 并且，在與多股循環氣進行熱交換時，與進入最始端反應器的循環氣進行熱交換的反應產 物的流量優選大于與進入最末端反應器的循環氣進行熱交換的反應產物的流量，以滿足對 較多的循環氣的加熱用熱量需要。
[0014] 所述后處理步驟用甲醇對待處理物質進行逆向常溫洗滌，設備采用吸收塔，甲醇 原料自吸收塔上部進入吸收塔，自上而下地對由吸收塔底部進入并上升的待處理物質進行 噴淋，吸收塔底液作為反應原料經升溫后送入所述最始端反應器；吸收塔頂不凝氣由塔頂 排出，進入泄放系統作為燃料氣使用，或者進入甲醇水洗裝置用以回收甲醇。甲醇吸收塔頂 不凝氣含有部分甲醇，在其下游方向配備甲醇回收裝置。回收的甲醇可回用至上游煤氣化 裝置，也可用作燃氣。
[0015] 所述單級的分餾裝置優選為脫戊烷塔或分餾塔，當采用脫戊烷塔時，使C6~C10 芳烴混合產品由塔底排出進入產品儲罐；塔頂氣相Cl~C5經干式空冷、濕式空冷、水冷或 上述方式的組合冷卻方式冷卻，溫度降至介于物流當前壓力下C4與C5的沸點之間，進入塔 頂回流罐，C1~C4氣相組分由塔頂回流罐的罐頂排出，作為分餾得到的輕組分進入吸收塔 底部，C5液相經塔頂回流泵增壓，一部分回流返回塔頂；另一部分作為反應原料升溫后返 回最末端反應器；當采用分餾塔時，使C8~C10芳烴混合產品由塔底排出進入產品儲罐； 塔頂氣相C1~C7經干式空冷、濕式空冷、水冷或上述方式的組合冷卻方式冷卻，溫度降至 介于物流當前壓力下C5與C6的沸點之間，進入塔頂回流罐，C1~C5氣相組分由塔頂回流 罐的罐頂排出，作為分餾得到的輕組分進入吸收塔底部，C6~C7液相經塔頂回流泵增壓， 一部分回流返回塔頂；另一部分C6~C7液相作為產品采出，或者作為反應原料升溫后返 回最末端反應器，或者部分作為產品采出而另一部分作為反應原料升溫后返回最末端反應 器。返回最末端反應器的C5或C6~C7升溫后與最末端反應器的前一反應器的反應產物 (即中間產品）混合后進入最末端反應器參與反應。
[0016] 所述多級的分餾裝置優選包括脫戊烷塔和脫丁烷塔，氣油水三相分離裝置分離得 到的油相部分送入所述脫戊烷塔，使C6~C10芳烴混合產品由脫戊烷塔塔底排出進入產品 儲罐，脫戊烷塔塔頂氣相C1~C5經冷凝后進入脫戊烷塔頂回流罐分離成氣相和液相，氣 相由脫戊烷塔頂回流罐的罐頂排出，液相經脫戊烷塔頂回流泵增壓，一部分回流返回脫戊 烷塔塔頂，另一部分進入脫丁烷塔；脫戊烷塔塔頂氣相冷凝并分離的方法為以下任意一種： (1)脫戊烷塔塔頂氣相溫度降