基于甲醇常温进料反应制烃设备论文和设计-鲁盈

全文摘要

本实用新型公开了一种基于甲醇常温进料反应制烃设备。它采用低温直接进料或雾化进料，由原料罐、列管式反应器、冷凝器、烃类产物罐、气液分离器和连通管路组成，所述原料罐中的原料至少包括甲醇；所述列管式反应器包括筒体，位于所述筒体内的恒温管组件，设于所述筒体侧壁的进料口和设于所述筒体底部的出料口；所述恒温管组件包括恒温管、管板、催化剂固定器，所述恒温管有多根；所述管板固定于所述筒体侧壁上，所述恒温管固定于所述管板上；所述原料罐通过连通管路与列管式反应器连通；所述冷凝器位于所述列管式反应器与所述气液分离器之间。本实用新型具有节约能量和设备、转化率较高的优点。

主设计要求

1.基于甲醇常温进料反应制烃设备，其特征在于：采用低于100℃的低温直接进料或雾化进料，包括原料罐(1)、列管式反应器(2)、冷凝器(3)、烃类产物罐(4)、气液分离器(5)和连通管路；所述列管式反应器(2)包括筒体(2.6)，位于所述筒体(2.6)内的恒温管组件(2.12)，设于所述筒体(2.6)侧壁的进料口(2.4)和设于所述筒体(2.6)底部的出料口(2.5)；所述原料罐(1)通过连通管路与所述列管式反应器(2)连通，所述冷凝器(3)位于所述列管式反应器(2)与所述气液分离器(5)之间，所述冷凝器(3)两端分别通过连通管路与所述出料口(2.5)和所述气液分离器(5)连通，位于所述气液分离器(5)下端的液体出料口(5.1)通过连通管路通入所述烃类产物罐(4)，位于所述气液分离器(5)上端的气体出料口(5.2)通过连通管路通入所述进料口(2.4)。

设计方案

2.根据权利要求1所述的基于甲醇常温进料反应制烃设备，其特征在于：管板(2.2)横向两端分别固定于所述筒体(2.6)的内侧壁上；所述管板(2.2)有二根，分别为固定于所述筒体(2.6)上部的第一管板(2.21)和固定于所述筒体(2.6)下部的第二管板(2.22)；所述恒温管(2.1)上端固定于所述第一管板(2.21)上且向上伸出第一管板(2.21)，下端固定于所述第二管板(2.22)上且向下伸出第二管板(2.22)；催化剂固定器(2.3)位于所述恒温管(2.1)端部；所述进料口(2.4)位于所述第一管板(2.21)与第二管板(2.22)之间。

3.根据权利要求2所述的基于甲醇常温进料反应制烃设备，其特征在于：所述恒温管(2.1)的至少为光管、翅片管、波纹管、波旋管、梯形管中的一种，有催化剂(2.11)位于所述恒温管(2.1)内。

4.根据权利要求3所述的基于甲醇常温进料反应制烃设备，其特征在于：所述原料罐(1)中的原料为以甲醇为基本原料，配合碳氢化合物和\/或碳氧化合物和\/或一氧化碳和\/或二氧化碳和\/或天然气的混合物。

5.根据权利要求4所述的基于甲醇常温进料反应制烃设备，其特征在于：所述第一管板(2.21)与第二管板(2.22)之间设有一个或多个进料口，当进料口有多个时，多个进料口呈圆周和\/或竖直排列；所述恒温管组件(2.12)包括恒温管(2.1)、管板(2.2)、催化剂固定器(2.3)，所述恒温管(2.1)有多根；所述管板(2.2)固定于所述筒体(2.6)侧壁上，所述恒温管(2.1)固定于所述管板(2.2)上；所述恒温管组件(2.12)有一组或多组。

6.根据权利要求5所述的基于甲醇常温进料反应制烃设备，其特征在于：有循环通道入口(2.7)设于所述筒体(2.6)上端，有循环通道出口(2.8)设于所述筒体(2.6)侧壁上，所述循环通道出口(2.8)设于所述第一管板(2.21)与第二管板(2.22)之间且位于所述筒体(2.6)侧壁上部，循环通道出口(2.8)与循环通道入口(2.7)之间通过连通管路连通。

7.根据权利要求6所述的基于甲醇常温进料反应制烃设备，其特征在于：有升气管(2.9)设于所述筒体(2.6)内，所述升气管(2.9)位于相邻二根所述恒温管(2.1)之间，所述升气管(2.9)固定于所述第一管板(2.21)上且上端向上伸出所述第一管板(2.21)，所述升气管(2.9)下端位于所述第一管板(2.21)与第二管板(2.22)之间且与所述第二管板(2.22)之间的距离可调。

8.根据权利要求7所述的基于甲醇常温进料反应制烃设备，其特征在于：所述升气管(2.9)有多根，所述升气管(2.9)为光管或翅片管。

9.根据权利要求8所述的基于甲醇常温进料反应制烃设备，其特征在于：所述催化剂(2.11)为适用于甲醇反应的催化剂，至少为ZSM-5、MTO-100、MAPSO分子筛、ELPSO分子筛中的一种或多种。

10.根据权利要求9所述的基于甲醇常温进料反应制烃设备，其特征在于：所述列管式反应器(2)至少设置一组恒温管组件(2.12)，所述列管式反应器(2)可为组合式反应器，有多种组合方式，至少可为多组恒温管组件(2.12)、一组恒温管组件(2.12)与一组固定床、多组恒温管组件(2.12)与一组固定床、一组恒温管组件(2.12)与多组固定床中的一种。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及化工设备及化工工艺流程领域，更具体地说它是基于甲醇常温进料反应制烃设备。

背景技术

现有反应器包括固定床反应器、流化床反应器和多管式反应器。固定床反应器在使用中存在的缺点是：放出的热量不能很好地移出反应器而产生飞温，需要用大于进料甲醇7倍以上的循环气进行温度控制，严重的影响了反应产物的稳定性和催化剂的使用寿命，使得催化剂的再生周期缩短,且工艺过程和设备复杂、能耗高、投资高；流化床反应器在使用中存在的缺点是：需要把反应产物中夹带的催化剂进行分离，加大了设备的投资成本；由于流化床中催化剂是运动的，会导致催化剂的破碎，粉末的催化剂不易和反应产物分离，催化剂损耗会加大；多管式反应器在使用中存在的缺点是：采用的是普通管，由于是强放热反应，管程和壳程的温差太大，只能用比热容大的物料来移出热量，但热量被移出后不能满足连续进料的原料加热；如移出热量少，床层又会超温影响催化剂，只有增加换热管的数量，但增加换热管会大大增加设备成本；多管反应器因为在进料处没有气体分布器，催化剂的再生会有不完全。这三种反应器都不能单独完整地满足催化剂在反应器的相对有效使用。

现有制烃设备：进料口的操作压力在2.2MPa以上，投料温度高(需要300℃以上)，达到反应温度才能进入反应器；固定床循环比在7:1以上，为保证反应条件和不同催化剂的性能，在放热反应的流程中有各种各样的反应器，工艺复杂；对设备的体积需求大，不便于实现大型工业化生产；设备投资大、生产成本高，成品油的收率不高。

现有申请号为：CN201510142484，专利名称为：《移动床甲醇制烃方法》公开了一种采用将原料升温后进料的甲醇制烃方法，其原料采用高温气化后进料，气化原料进料量不易控制，操作不稳定。

本领域的技术人员偏见地认为原料只有在高温高压下才能进入反应器进行反应制烃。

因此，现亟需一种节约能源和设备，转化率较高的反应制烃设备。

发明内容

本实用新型的目的是为了提供一种基于甲醇常温进料反应制烃设备，所采用的列管式反应器能有效的移出反应管中的多余热量，同时在反应器内利用该热量将原料加热到所需要的反应温度，循环比较低，它节约能量和设备、转化率较高，设备生产的产品多样化，可同时转化多种含甲醇的混合原料；它以甲醇为热源，采用低于100℃的低温直接进料或雾化进料，利用循环气带动及采用雾化等手段使进料进入反应器时雾化，控制反应器床层温度，定向回收产品。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：基于甲醇常温进料反应制烃设备，其特征在于：采用低于100℃的低温直接进料或雾化进料，包括原料罐、列管式反应器、冷凝器、烃类产物罐、气液分离器和连通管路；所述列管式反应器包括筒体，位于所述筒体内的恒温管组件，设于所述筒体侧壁的进料口和设于所述筒体底部的出料口；所述原料罐通过连通管路与所述列管式反应器连通，所述冷凝器位于所述列管式反应器与所述气液分离器之间，所述冷凝器两端分别通过连通管路与所述出料口和所述气液分离器连通，位于所述气液分离器下端的液体出料口通过连通管路通入所述烃类产物罐，位于所述气液分离器上端的气体出料口通过连通管路通入所述进料口。

在上述技术方案中，所述管板横向两端分别固定于所述筒体的内侧壁上；所述管板有二根，分别为固定于所述筒体上部的第一管板和固定于所述筒体下部的第二管板；所述恒温管上端固定于所述第一管板上且向上伸出第一管板，下端固定于所述第二管板上且向下伸出第二管板；所述催化剂固定器分别位于所述恒温管上下两端；所述进料口位于所述第一管板与第二管板之间。

在上述技术方案中，所述恒温管至少为光管光管、翅片管、波纹管、波旋管、梯形管中的一种，有催化剂位于所述恒温管内。

在上述技术方案中，所述原料罐中的原料为以甲醇为基本原料，配合碳氢化合物和\/或碳氧化合物和\/或一氧化碳和\/或二氧化碳和\/或天然气的混合物。

在上述技术方案中，设有一个或多个进料口，当进料口有多个时，多个进料口呈圆周和\/或竖直排列；所述恒温管组件包括恒温管、管板、催化剂固定器，所述恒温管有多根；所述管板固定于所述筒体侧壁上，所述恒温管固定于所述管板上；位于所述列管式反应器内的所述恒温管组件有一组或多组。

在上述技术方案中，有循环通道入口设于所述筒体上端，有循环通道出口设于所述筒体侧壁上，所述循环通道出口设于所述第一管板与第二管板之间且位于所述筒体侧壁上部，循环通道出口与循环通道入口之间通过连通管路连通。

在上述技术方案中，有升气管设于所述筒体内，所述升气管位于相邻二根所述恒温管之间，所述升气管固定于所述第一管板上且上端向上伸出所述第一管板，所述升气管下端位于所述第一管板与第二管板之间且与所述第二管板之间的距离可调。

在上述技术方案中，所述升气管有多根，所述升气管为光管或翅片管。

在上述技术方案中，催化剂为适用于甲醇反应的催化剂，至少为ZSM-5、MTO-100、MAPSO分子筛、ELPSO分子筛中的一种或多种。

在上述技术方案中，所述列管式反应器至少设置一组恒温管组件，所述列管式反应器可为组合式反应器，有多种组合方式，至少可为多组恒温管组件、一组恒温管组件与一组固定床、多组恒温管组件与一组固定床、一组恒温管组件与多组固定床中的一种。

本实用新型采用低温直接进料或雾化进料原理是：甲醇是液体，需要达到反应温度才能反应，甲醇以液体形式进料是既省去了预热、气化等步骤及设备，又可以消耗更多的热量，降低循环比，能更多地移出热量，利于控制反应温度梯度，本实用新型反应器具有较好的换热效果，进料后物料在反应器内雾化，雾化使液体具有气体性质，分子运动更剧烈、分散，受热效果好，升气管导流，使其逆向受热加热更充分，同时恒温管逆向冷却；

本实用新型转化率高是因为本实用新型装置有效的控制了反应温度使得催化剂的活性达到最大，有利于反应的进行，同时生成的轻组分及循环气不断参与反应生成有效物质也是转化率高的原因；若有不合格产品生成，该不合格产品通过循环气输送管道被打回作为反应物在反应器内继续反应，如此反复循环反应，转化率能达到较高水平。

本实用新型具有如下优点：

(1)本实用新型原料不经预热器、蒸发器和过热器，采用低于100℃的低温直接进料或雾化进料，以甲醇为热源制烃，能高效地转化含有甲醇的原料，转化率达98％及以上；克服了现有技术原料需要经高温高压气化后进入反应器才能进行反应制烃的技术偏见；

(2)本实用新型节约能量和设备，采用低于100℃的低温直接进料或雾化进料，大量带走反应热量，更有效地控制反应床层温度，得到所需的床层温度梯度，保证床层温度稳定；本实用新型采用低于100℃的低温直接进料或雾化进料，便于控制原料的进料量，操作稳定；克服了现有技术原料采用高温气化后进料，气化原料进料量不易控制，操作不稳定的缺点；本实用新型的转化率为98％及以上；

(3)本实用新型反应循环比在1:1以下，本实用新型能通过控制反应器床层温度和进料定向回收所需产品，转化的产品多样化；本实用新型一个列管式反应器能同时转化多种含有甲醇的混合原料；从出料口排出列管式反应器的热量可全部用于其他用途，反应产物所带的热量可以付产蒸气或发电，不被损耗；

(4)本实用新型可转化多种含甲醇的原料，本实用新型能转化的原料为以甲醇为基础混合包括废矿物油、液化气、重炔的碳氢化合物，以及包括一氧化碳、二氧化碳的碳氧化合物；

(5)本实用新型采用气、液、固三相反应，且通过低温直接进料或雾化进料与恒温管内催化剂反应控制反应器床层温度定向得到所需产品；克服了现有技术采用气固二相反应，必须将投料温度升高(需要300℃以上)，达到反应温度才能进入反应器，所需设备较多，能量损耗较大的缺点。

本实用新型所述的装置及方法适用于所有需要温控的放热反应(如制烃反应、制醇反应等)；放热反应中热量的移出和反应温度梯度的控制是保证产品转化率和催化剂使用寿命的关键；本实用新型所述的装置及方法能将放热反应中的热量的移出，控制反应温度梯度，能保证产品的转化率和催化剂的使用寿命。而现有技术通常采用控制循环比大小和\/或分段多级进料和\/或采用裂管式壳层装有导热液移出热量等方法控制放热反应中的热量，但是循环比大容易出现径向和纵向温差，造成反应不均匀，设备体积增大，增加设备投资成本；多级进料影响反应的连续性，操作不稳定；裂管导热液移出热量转化率较低，对温度梯度的控制范围受限制，不利于反应器中反应的进行。

附图说明

图1为本实用新型恒温管为光管、列管式反应器顶部设有循环通道的结构示意图。

图2为本实用新型恒温管为翅片管、列管式反应器顶部设有循环通道的结构示意图。

图3为本实用新型恒温管为光管、列管式反应器内设有升气管的结构示意图。

图4为本实用新型恒温管为光管、筒体内设有升气管以及一组恒温管组件和一组固定床结构示意图。

图5为本实用新型恒温管为光管、筒体内设有升气管以及二组间隔设置的恒温管组件结构示意图。

图6为本实用新型恒温管为光管、有多个进料口、筒体内设有升气管的结构示意图。

图7为本实用新型恒温管为波纹管、筒体内设有升气管的结构示意图。

图8为本实用新型恒温管为波旋管、筒体内设有升气管的结构示意图。

图9为本实用新型恒温管为梯形管、筒体内设有升气管的结构示意图。

图中 1-原料罐,2-列管式反应器,2.1-恒温管，2.11-催化剂，2.2-管板，2.21-第一管板,2.22-第二管板,2.3-催化剂固定器,2.4-进料口,2.5-出料口,2.6-筒体,2.7-循环通道入口,2.8-循环通道出口,2.9-升气管,2.10-固定床,2.12-恒温管组件,3-冷凝器,3.1-循环冷凝水系统,4-烃类产物罐,5-气液分离器,5.1-液体出料口,5.2-气体出料口,6-循环气。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本实用新型的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：基于甲醇常温进料反应制烃设备，采用低于100℃的低温直接进料或雾化进料，包括原料罐1、列管式反应器2、冷凝器3、烃类产物罐4、气液分离器5和连通管路，所述原料罐1中的原料至少包括甲醇，甲醇是一种强放热反应原料，当原料常温通入列管式反应器2进行反应时，以原料甲醇为热源进行制烃反应；所述列管式反应器2筒体2.6，位于所述筒体2.6内的恒温管组件2.12，设于所述筒体2.6侧壁的进料口2.4和设于所述筒体2.6底部的出料口2.5；所述原料罐1通过连通管路与所述所述列管式反应器2的进料口2.4连通，所述冷凝器3位于所述列管式反应器2与所述气液分离器5之间，所述冷凝器3两端分别通过连通管路与所述出料口2.5和所述气液分离器5连通，位于所述气液分离器5下端的液体出料口5.1通过连通管路通入所述烃类产物罐4，位于所述气液分离器5上端的气体出料口5.2通过连通管路通入所述进料口2.4，原料不经预热器、蒸发器和过热器，直接采用常温进料，以甲醇为热源制烃，能控制反应器床层温度，高效地转化含有甲醇的原料。

所述管板2.2横向两端分别固定于所述筒体2.6的内侧壁上；所述管板2.2有二根，分别为固定于所述筒体2.6上部的第一管板2.21和固定于所述筒体2.6下部的第二管板2.22；所述恒温管2.1上端固定于所述第一管板2.21上且向上伸出第一管板2.21，下端固定于所述第二管板2.22上且向下伸出第二管板2.22，便于上下固定恒温管；所述催化剂固定器2.3分别位于所述恒温管2.1上下两端，便于固定、支撑以及调节催化剂的位置和装填高度；所述进料口2.4位于所述第一管板2.21与第二管板2.22之间。

所述恒温管2.1至少为光管(如图1、图3、图4、图5、图6所示)、翅片管(如图2所示)、波纹管(如图7所示)、波旋管(如图8所示)、梯形管(如图9所示)中的一种或多种，有催化剂2.11位于所述恒温管2.1内(如图1、图2、图3、图7、图8、图9所示)，本实用新型恒温管不限于以上几种型式，具有换热功能的管都可以，恒温管的目的就是有效移出反应热并同时辅助其它需求；恒温管类型的选择取决于使用的原料及甲醇在其中的占比，甲醇占比多，反应时放出的热量就多，就需要选择换热面积大的管式，如翅片管，以及所需产物的产生温度及压力条件(如梯形管有体积和压力的变化影响)，同时取决于选用催化剂种的类，是否存在热胀冷缩的现象(如波纹管存在热胀冷缩的现象，其能控制反应压强，降低启活温度，增加催化剂吸附性能，增强反映效果)。

所述原料罐1中的原料为以甲醇为基本原料，配合碳氢化合物和\/或碳氧化合物和\/或一氧化碳和\/或二氧化碳和\/或天然气的混合物，采用三相反应，通过控制反应器床层温度，能同时转化的原料多样化，转化的产品多样化，本实用新型以甲醇为基本原料，可以任意配合碳氢化合物、碳氧化合物以及一氧化碳、二氧化碳和天然气等混合进料。

所述第一管板2.21与第二管板2.22之间设有一个或多个进料口，当进料口有多个时，多个进料口呈圆周和\/或竖直排列，圆周分布的进料口是为了使原料均匀受热，竖直分布的进料口是为了有效控制反应的温度梯度；所述恒温管组件2.12包括恒温管2.1、管板2.2、催化剂固定器2.3，所述恒温管2.1有多根；更好地把管内反应时放出的大量的热量传递到壳程，让反应温度稳定；所述管板2.2固定于所述筒体2.6侧壁上，所述恒温管2.1固定于所述管板2.2上；位于所述列管式反应器2内的所述恒温管组件2.12有一组或多组，有固定床2.10设于所述列管式反应器2内(如图1、图4、图5、图6所示)，能根据产品需求调节装置和催化剂，满足反应条件的需要。

有循环通道入口2.7设于所述筒体2.6上端，有循环通道出口2.8设于所述筒体2.6侧壁上，所述循环通道出口2.8设于所述第一管板2.21与第二管板2.22之间且位于所述筒体2.6侧壁上部，循环通道出口2.8与循环通道入口2.7之间通过连通管路连通(如图1、图2所示)，用原料和循环物料对放出的热量进行移出，大大减小循环比，便于控制反应器床层温度；反应产生的轻组分烃类，可以作为雾化甲醇等原料的动力来源，可以消耗部分反应热，还可以参与反应，提高反应转化率。

有升气管2.9设于所述筒体2.6内，升气管设于筒体内，减少了热损失，有助于加热原始温度更低的原料使其达到反应温度，所述升气管2.9位于相邻二根所述恒温管2.1之间，需要反应的原料经过升气管的导流加热充分，同时有对恒温管内催化剂有逆流控温的效果，所述升气管2.9固定于所述第一管板2.21上且上端向上伸出所述第一管板2.21，所述升气管2.9下端位于所述第一管板2.21与第二管板2.22之间且与所述第二管板2.22之间的距离可调；

所述升气管2.9有多根，所述升气管2.9为光管或翅片管(如图3-图9所示)，升气管设于筒体内，减少了热损失，有助于加热原始温度更低的原料使其达到反应温度，需要反应的原料经过升气管的导流加热充分，同时有对恒温管内催化剂有逆流控温的效果；原料位于升气管内，需要被加热，根据需要选择恒温管及升气管的管式，装有催化剂的恒温管是产热中心，需要通过升气管移出热量。

催化剂2.11为适用于甲醇反应的催化剂，至少为ZSM-5、MTO-100、MAPSO分子筛、ELPSO分子筛中的一种或多种。

所述列管式反应器2至少设置一组恒温管组件，所述列管式反应器2可为组合式反应器，有多种组合方式，至少可为多组恒温管组件、一组恒温管组件与一组固定床、多组恒温管组件与一组固定床、一组恒温管组件2.12与多组固定床中的一种。

其它未说明的部分均属于现有技术。

设计图

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