《MTG技术和催化剂介绍.docVIP

固定床绝热反应器 一步法甲醇转化制汽油（MTG）技术 联系人：张侃、刘平 电话： 13513631706 E-mail： zhangkan@sxicc.ac.cn，Pingliu@sxicc.ac.cn 中国科学院山西煤炭化学研究所 1.反应原理 固定床绝热反应器一步法甲醇转化制汽油主要应用于煤化工领域和石油化工领域。属于以煤炭为原料生产清洁汽油的煤炭转化技术。 我国属于石油资源严重短缺的国家，全国探明石油储量仅占世界的1.4%，近年来随着我国国民经济的持续高速发展，能源需求不断增加，目前石油进口依存度已经超过40%。而我国煤炭探明储量、产量和消费量分别占世界总量的12.6%，35.3%和34.4%，由此决定了我国能源消费须立足于煤炭资源，大力发展以煤炭清洁转化利用为特征的煤炭能源化工技术。 目前煤炭转化较为成熟的工艺之一是煤炭气化、甲醇合成。也正因为如此，我国甲醇生产规模不断扩大，已逐渐形成甲醇产能过剩而其他的煤化工路线又难以为继的局面，因此，大力发展甲醇下游技术，通过煤基合成甲醇、甲醇催化转化生产大宗能源产品和大宗化学品，成为我国发展煤化工的重要发展方向。 固定床绝热反应器一步法甲醇转化制汽油技术的主要原理是，甲醇在酸性催化剂作用下脱水，生成完全不含氧元素的烃类物质： 在适当的催化剂和适当的工艺条件下，由于分子筛催化剂的孔道制约和择行作用，上述反应生成的烃类物质的碳原子数主要集中在C5～C10之间，符合汽油馏分的基本要求，可以直接作为产品汽油使用，也可以作为石油路线炼制汽油的优良组分油使用，以提高石油路线汽油的品质。 上述反应同时生成部分C3～C4烃，经分离后，这部分产物可以作为液化石油气（LPG）使用。上述反应同时生成少量甲烷、乙烷，这部分产物的量很少，可以作为生产过程的燃料使用。 上述反应是一个放热过程，每转化1kg甲醇，放出热量为1.74MJ。要实现甲醇转化制汽油过程，需要解决两个方面的问题。一方面需要解决催化剂问题，通过对催化剂表面酸性、孔道结构等的调整，使生成的烃集中在C5～C10范围内；另一方面，需要采取适当的工艺措施，将反应释放的大量热量移出反应器，使反应器温度得以控制。 2.关键技术及成熟度 固定床绝热反应器一步法甲醇转化制汽油的关键技术包括两个方面，即催化剂和反应工艺。对于催化剂的要求是，反应活性高，汽油选择性高，单程寿命和总寿命长。对于工艺的要求是，能够及时将反应生成的热量取出，保证反应过程平稳运行。 催化剂方面，中国科学院山西煤炭化学研究所在实验室进行了大量的ZSM-5分子筛合成技术研究工作，掌握了制备条件对分子筛晶体结构与反应性能的影响规律，获得了有效控制分子筛物性参数和化学反应性能的有关技术信息，形成多项自主知识产权。在此基础上，在工业规模的高压釜中进行了甲醇转化专用小晶ZSM-5分子筛的工业合成试验，通过对分子筛合成条件（母液碱度、模板剂、水热合成温度、压力、晶化时间，搅拌强度等）的优化改进，实现了工业规模甲醇专用小晶粒ZSM-5分子筛合成。所合成的分子筛在甲醇转化方面具有良好的反应活性、选择性和较强抗积碳能力，从而具有较长的单程寿命。 中国科学院山西煤炭化学研究所开发的“甲醇专用小晶粒ZSM-5分子筛工业合成技术”于2007年通过了由山西省科技厅组织的成果鉴定，专家组一致认为该成果“达到国际先进水平”。 中国科学院山西煤炭化学研究所已经完成定型的第一代MTG催化剂代号为JX6021，目前拥有一套生产能力为150吨/年的生产线，可满足生产能力为40万吨汽油/年的工业装置催化剂需求。JX6021催化剂主要物性参数见表1。 表1 JX6021催化剂主要物性参数 项目 指标 晶体粒径nm 200-500nm 晶胞参数? a-20.061;b-19.983;c-13.418 孔径? 4.8～5.2 酸性分布 强酸25～40％；弱酸60～75％ 比表面积m2/g 400～500 反应工艺方面，针对国外两步法MTG工艺存在的两段工艺流程长，两段催化剂寿命不匹配，以及操作过程复杂等问题，赛鼎工程公司、中国科学院山西煤炭化学研究所以及云南煤化工集团公司共同提出了固定床绝热反应器一步法甲醇转化制汽油的新工艺。首先进行了过程模拟，结合ASPEN PLUS流程模拟软件的功能，选择使用RStoic（已知化学计量数的转化反应器）模型来模拟发生的反应。反应物为CH3OH，产物为整理得到的43种组分、水以及反应产生少量H2。根据试验验测到的主要组分数据以及依据原子守恒原理，获得了综合反应方程式，并把该反应方程式输入到RStoic反应器模型中，选择计算反应热（Heat of reactions），经计算在33