甲醇制汽油流化床工艺实验研究及模拟计算

摘要

甲醇制汽油(MTG)反应具有反应速度快、放热量大且集中、催化剂易失活等特点。目前普遍采用的固定床反应器技术中需要九倍于原料气的循环干气将反应热移出，存在着能耗高、操作周期短等问题。而流化床反应器具有传热、传质效果好、温度分布均匀、换热效果好等优点可以很好地解决固定床反应器固有的问题。但是根据目前的研究现状，甲醇制汽油流化床工艺得到的汽油收率仅在18％-25％之间，存在着催化剂选择性低和汽油收率低的问题，尚未工业化，因此开展甲醇制汽油流化床反应器的研究，开展流化床反应器工艺相关的研究工作，对该技术的工业化具有很好的推动作用。本论文在自行设计制作的内径为32 mm的小型流化床反应器上，筛选催化剂，研究流化床甲醇制汽油的反应规律，并在此基础上利用Aspen plus软件对不同的流化床工艺流程进行模拟计算，确定较适宜的流化床工艺流程。主要内容如下:
　　1)针对经喷雾造粒干燥获得的两种不同硅铝比(a:n(SiO2)/n(Al2O3)=40、b:n(SiO2)/n(Al2O3)=50)的改性ZSM-5分子筛催化剂，利用小型流化床反应器进行了催化性能评价，结果表明，b催化剂的催化性能高于a催化剂，同时发现在催化剂中加入磷元素和镧系元素La、Ce可以提高汽油收率。
　　2)分别考察了质量空速、反应温度、反应压力等工艺条件对流化床甲醇制汽油反应结果的影响。结果表明，提高压力有利于增加汽油的收率;加入镧系元素的催化剂在反应温度为380℃，反应压力为0.5 MPa，空速4.6h-1的条件下，甲醇转化率为100％，汽油收率可达30％左右。
　　3)对几种流化床工艺进行模拟计算，较优的工艺为“循环气与反应气1∶1进料进入反应器+加压精馏操作工艺路线”，即循环气与反应气1∶1进料，在进行气液液三相分离后，气相产物和有机相液体产物分别经过压缩机和加压泵加压到相应压力，进行后续分离操作。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．2 煤制油技术概述

1．3．1 甲醇制汽油反应机理

1．3．2 甲醇制汽油工艺流程

1．3．3 甲醇制汽油催化剂

1．4 流化床甲醇制汽油的研究现状

1．5 本论文研究内容

第2章 实验部分

2．1 实验仪器

2．2 实验药品

2．3 实验装置及实验流程

2．3．1 实验装置设计

2．3．2 实验流程

2．3．3 流化状态的确定

2．4 分析方法的建立

2．4．1 气体产物的分析

2．4．2 液体产物的分析

2．4．3 数据处理

2．5 催化剂表征

2．5．1 催化剂粒径及其分布的测定

2．5．2 催化剂物相鉴定

2．5．3 催化剂晶体形态的测定

2．5．4 催化剂比表面积及孔结构测定

2．5．5 催化剂组分的测定

第3章 改性ZSM-5催化剂的表征及其反应性能

3．2．1 XRF分析

3．2．2 XRD分析

3．2．3 SEM分析

3．2．4 比表面积及孔结构分析

3．3 空速对催化剂反应性能的影响

3．4 反应温度对催化剂反应性能的影响

3．5 反应压力对催化剂反应性能的影响

3．6 催化剂失活及再生次数对催化剂反应性能的影响

3．7 进料组成对催化剂反应性能的影响

3．8 本章小结

第4章 甲醇制汽油流化床工艺模拟计算

4．1 多种甲醇制汽油流化床工艺路线的选择

4．2 模拟反应方程式的建立

4．3 计算基准

4．4 四种模拟计算工艺路线简介

4．4．2 循环气与反应气1∶1进入反应器+加压精馏操作

4．4．3 无循环气进入反应器+加压精馏操作

4．4．4 甲醇+20％水进料+加压精馏操作

4．5 模拟计算过程介绍

4．5．1 反应工段

4．5．2 气液分离工段

4．5．3 精馏工段

4．6 模拟计算结果及分析

4．7 本章小结

结论

附录

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢