專利名稱：用甲醇脫水生產(chǎn)二甲醚的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種生產(chǎn)二甲醚的裝置，尤其指用甲醇?xì)庀嗝撍a(chǎn)二甲醚的裝置。
背景技術(shù)：
二甲醚，簡(jiǎn)稱DME，化學(xué)式CH3OCH3，它是一種無色、有輕微醚香味的含氧化合物，在化工和醫(yī)藥行業(yè)中一直被廣泛用作麻醉劑、氣霧劑、制冷劑和各種有機(jī)合成原 料。二甲醚可以直接用作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料和民用燃料，由于石油價(jià)格不斷飚升，二甲醚作為煤為基礎(chǔ)的燃料替代石油產(chǎn)品己成為熱點(diǎn)。二甲醚以資源優(yōu)勢(shì)和環(huán)保特性，結(jié)合我 國(guó)能源貧油少氣多煤的國(guó)情，使二甲醚用于清潔燃料市場(chǎng)的前景相當(dāng)廣大。二甲醚在國(guó)外被譽(yù)為"21世紀(jì)的綠色產(chǎn)品"，在國(guó)內(nèi)則被稱為"第二代民用液體燃料"。
長(zhǎng)期以來，由于生產(chǎn)成本和銷售價(jià)格過高，二甲醚除在精細(xì)化工領(lǐng)域加以應(yīng)用外，難以作為能源進(jìn)行推廣應(yīng)用。隨著我國(guó)在二甲醚生產(chǎn)技術(shù)上的新突破， 一些專家 建議我國(guó)應(yīng)大力發(fā)展推廣清潔新能源二甲醚，作為對(duì)石油資源的補(bǔ)充和替代，利用我 國(guó)豐富的煤炭資源從根本上解決國(guó)家能源安全問題，并實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源技術(shù)趕超世界先 進(jìn)水平的跨越。由于二甲醚具有其它代用燃料不可比擬的優(yōu)勢(shì)，如果二甲醚的價(jià)格降 到能與柴油相競(jìng)爭(zhēng)的水平，將會(huì)成為柴油、汽油和液化氣的主要替代燃料，具有難以 估量的市場(chǎng)前景。
開發(fā)二甲醚，對(duì)我國(guó)環(huán)境保護(hù)也具有十分重要的意義。煤炭直接燃燒，排放大量的硫化物、氮氧化物、煙塵和二氧化碳，這是我國(guó)目前的主要污染源。而二甲醚本身含氧，燃燒充分，不析炭、無殘液。
二甲醚的生產(chǎn)方法
現(xiàn)有的二甲醚的生產(chǎn)方法有合成氣一步法、甲醇脫水兩步法兩種；而甲醇脫水法 又分為甲醇?xì)庀啻呋撍ê鸵合啻呋撍ā?br> 合成氣一步法生產(chǎn)二甲醚的工藝
所謂一步法是指以合成氣為原料，在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)甲醇合成和甲醇脫水兩步反 應(yīng)在雙功能催化劑上同時(shí)進(jìn)行。反應(yīng)過程中，由于反應(yīng)協(xié)同效應(yīng)，甲醇一經(jīng)生成，馬 上進(jìn)行脫水反應(yīng)轉(zhuǎn)化成二甲醚，突破了單純甲醇合成中的熱力學(xué)平衡限制，增大了反 應(yīng)推動(dòng)力，使得CO轉(zhuǎn)化率較單純甲醇合成時(shí)高得多。
合成氣一步法制二甲醚，是以煤、天然氣、渣油為原料，是近幾年世界上競(jìng)相開 發(fā)的工藝路線，具有流程短、成本低、經(jīng)濟(jì)效益顯著等特點(diǎn)。美國(guó)APC、日本NKK公 司自20世紀(jì)90年代初期開始研發(fā)，完成了工業(yè)試驗(yàn)，取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。國(guó)內(nèi)浙江大學(xué) 于90年代末在湖北田力公司建成1500t/a工試裝置，清華大學(xué)2003年在重慶3000t/a中 試裝置，大連物化所、山西煤化所、華東理工大學(xué)等也對(duì)此有所研究。
合成氣一步法生產(chǎn)二甲醚是新的技術(shù)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外眾多的研究機(jī)構(gòu)和專利商十分 關(guān)注該技術(shù)，但工業(yè)化項(xiàng)目不多，國(guó)內(nèi)外尚無萬噸級(jí)裝置。
合成氣一步法的主要問題有1)產(chǎn)品單一，只能生產(chǎn)二甲醚，甲醇產(chǎn)量為二甲醚產(chǎn)量的1-10%，不能調(diào)節(jié)甲醇和二甲醚兩種產(chǎn)品的比例。
2) 催化劑的使用問題
DME的合成催化劑采用甲醇合成及甲醇脫水劑結(jié)合而成，對(duì)合成氣中的有毒成份 (S、 CI)非常敏感，合成氣的凈化精度直接影響到合成催化劑的壽命，對(duì)甲醇催化劑 有毒的介質(zhì)都將極大的影響DMG催化劑的活性，由于二甲醚合成催化劑非常昂貴，其 壽命的長(zhǎng)短直接影響到DMG的生產(chǎn)成本。以煤為原料制得的合成氣除S之外，有微量 的CL、 AS羰基鐵等有毒物質(zhì)，進(jìn)入合成前必須加以脫除。
3) 原料利用率低
在反應(yīng)產(chǎn)物中二甲醚與CO的比例為l: 1 (分子比)，如原料中有水或C02，則反 應(yīng)產(chǎn)物中反應(yīng)產(chǎn)物中CQ2的濃度(摩爾濃度)將超過二甲醚的濃度(摩爾濃度)，而二 氧化碳利用價(jià)值是很低的。因此，以目標(biāo)產(chǎn)品二甲醚計(jì)，合成氣一步法的原料利用率 很低.
4) 反應(yīng)器效率低
合成甲醇、CO變換、甲醇脫水均為放熱反應(yīng)，總反應(yīng)熱效應(yīng)很大(58.8kcal/ molDME)，絕熱溫升達(dá)500-1050°C。如不能有效移走熱量，則合成甲醇的催化活性中 心將被破壞而導(dǎo)致失活。因而必須使用換熱式反應(yīng)器。而無論是固定床還是漿態(tài)床， 由于反應(yīng)器效率低，大型化均有一定問題。
國(guó)內(nèi)外甲醇脫水制二甲醚技術(shù)現(xiàn)狀
由于合成氣一步法制二甲醚在工程化、特別是大型化裝置上應(yīng)用還存在較多風(fēng) 險(xiǎn)，因此當(dāng)前情況下生產(chǎn)二甲醚技術(shù)采用甲醇脫水法技術(shù)路線更加合適，國(guó)外有日本東洋工程公司(TEC)和美國(guó)杜邦等公司，國(guó)內(nèi)經(jīng)十來年的改進(jìn)完善，工藝技術(shù)也己相當(dāng) 成熟。如單建DME裝置，投資低，建設(shè)周期也短。國(guó)內(nèi)外二甲醚生產(chǎn)技術(shù)主要如下
(l)美國(guó)杜邦氣相脫水法
杜邦公司技術(shù)采用絕熱固定床脫水反應(yīng)器，合成壓力1.13MPa，進(jìn)出催化劑床層 溫度分別為270°C、 38°C，甲醇轉(zhuǎn)化率70%。 二甲醚精餾和甲醇回收壓力分別為1MPa、常壓，回收后甲醇送至甲醇貯罐再循環(huán)利用。該技術(shù)生產(chǎn)流程較為典型。反應(yīng) 器采用固定床，溫差大，甲醇轉(zhuǎn)化率低、副產(chǎn)物生成多；反應(yīng)熱利用率不高，反應(yīng)物料進(jìn)二甲醚精鎦塔前的水冷器溫度在16(TC以上，冷卻水耗量大。反應(yīng)器前氣體加熱器需中壓過熱蒸汽加熱，蒸汽消耗高。
(2) 日本東洋工程公司氣相脫水法
該公司在國(guó)內(nèi)已有10萬噸/年裝置投運(yùn)，生產(chǎn)規(guī)模為國(guó)內(nèi)目前最大，反應(yīng)器設(shè)3-4 段絕熱層，段間采用入塔氣作為冷卻介質(zhì)換熱，流程在熱量平衡上己作了部分優(yōu)化， 但受反應(yīng)器型式所限，反應(yīng)熱利用還不夠充分。
(3) 復(fù)合酸脫水技術(shù)
對(duì)硫酸法工藝進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，在反應(yīng)器中加入磷酸，改變反應(yīng)器蒸發(fā)物料的相對(duì) 組成，實(shí)現(xiàn)裝置的連續(xù)生產(chǎn)，解決了反應(yīng)器無機(jī)酸的排放問題。
液相法的優(yōu)點(diǎn)在于反應(yīng)溫度低，由于甲醇脫水反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度越低， 平衡轉(zhuǎn)化率越高，故其甲醇在反應(yīng)器中的單程轉(zhuǎn)化率比氣相法高，達(dá)卯％以上。
液相法的缺點(diǎn)產(chǎn)品純度低，噸產(chǎn)品電耗高；設(shè)備材質(zhì)要求高，投資大。反應(yīng)器 容積大，裝置大型化難度大，l萬噸裝置反應(yīng)器直徑在4米以上。
(4) 先進(jìn)的甲醇?xì)庀嗝撍?br> 由國(guó)內(nèi)西南化工研究設(shè)計(jì)院開發(fā)，也是國(guó)內(nèi)最早開展DME生產(chǎn)技術(shù)研究的單位之 一，其將DME流程中甲醇汽化和甲醇回收巧妙組合，可降低蒸汽和冷卻水消耗，目前 在國(guó)內(nèi)己有幾套投運(yùn)，但脫水反應(yīng)器采用絕熱或冷激式結(jié)構(gòu)，甲醇轉(zhuǎn)化率低，裝置規(guī) 模普遍較小，反應(yīng)器大型化無實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種用甲醇脫水 生產(chǎn)二甲醚的裝置，具有流程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)操作方便，生產(chǎn)燃料級(jí)二甲醚的反應(yīng)熱可替 代蒸汽用于二甲醚再沸器加熱，蒸汽壓力等級(jí)要求低以及反應(yīng)熱回收充分，蒸汽消耗 低的優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為該用甲醇脫水生產(chǎn)二甲醚的 裝置，包括有蒸餾塔和反應(yīng)器，其特征在于甲醇原料管經(jīng)過甲醇預(yù)熱器預(yù)熱接氣化 塔進(jìn)口，氣化塔氣相出口經(jīng)過氣體換熱器接反應(yīng)器進(jìn)口，反應(yīng)器出口依次經(jīng)過蒸餾塔 再沸器換熱接氣體換熱器被冷卻，再依次經(jīng)過甲醇預(yù)熱器、粗二甲醚預(yù)熱器，接粗二 甲醚罐，從粗二甲醚罐出口經(jīng)過粗二甲醚預(yù)熱器接蒸餾塔進(jìn)口，蒸餾塔頂部氣相出 口，接二甲醚回流罐，二甲醚回流罐出口經(jīng)過泵分成兩路、 一路作為產(chǎn)品出口，另一 路回接蒸餾塔回流口，蒸餾塔下部液相出口接甲醇回收塔進(jìn)口，甲醇回收塔頂部氣相 出口通過道管回接氣化塔出口管道中與其合流。
作為改進(jìn)，所述甲醇預(yù)熱器其進(jìn)口前的原料管上設(shè)置有冷凝液換熱器。
再改進(jìn)，所述粗二甲醚預(yù)熱器與粗二甲醚罐之間的道管上設(shè)置有粗二甲醚冷凝器。
再改進(jìn)，所述蒸餾塔氣相出口與二甲醚回流罐之間道管上設(shè)置有蒸餾塔冷凝器。 再改進(jìn)，所述反應(yīng)器其甲醇原料的進(jìn)口溫度為200 220℃，反應(yīng)器回收塔的出口 溫度為300 350℃。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于
(1) 流程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)操作方便；
流程主要包括甲醇汽化、二甲醚蒸餾和甲醇回收，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)過程容易控 制、如有甲醇回收塔，DME(即指二甲醚)蒸餾塔出來的甲醇和水也可送至甲醇合成進(jìn) 行甲醇回收，提高利用率。
(2) 進(jìn)塔溫度低、出塔溫度高，生產(chǎn)燃料級(jí)二甲醚的反應(yīng)熱可替代蒸汽，用于二甲 醚蒸留塔再沸器加熱，蒸汽壓力等級(jí)要求低。反應(yīng)器進(jìn)口溫度200-22(TC，比冷激、絕 熱型反應(yīng)器要低的多，而反應(yīng)器出口溫度可以在30(TC以上。反應(yīng)器出口氣體可先用來 副產(chǎn)較高品位蒸汽或直接用于蒸留塔塔釜加熱，然后再預(yù)熱二甲醚反應(yīng)器入口氣體。 甲醇汽化、甲醇回收可以采用0.7MPa蒸汽加熱即可，使二甲醚裝置無需l.OMPa以上 較高壓力蒸汽。
(3) 反應(yīng)熱回收充分，蒸汽消耗低。
二甲醚反應(yīng)熱先用于蒸餾塔再沸器加熱后，再用于加熱入反應(yīng)器甲醇?xì)夂皖A(yù)熱原 料甲醇，最后加熱入蒸餾塔的粗二甲醚，根據(jù)熱量品質(zhì)高低逐級(jí)充分利用，降低蒸汽 和冷卻水消耗。


圖l為實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖1所示，是本實(shí)施例用甲醇脫水生產(chǎn)二甲醚的裝置，包括有蒸餾塔ll和反應(yīng)器 7，甲醇原料管A經(jīng)過甲醇預(yù)熱器2預(yù)熱接氣化塔4進(jìn)口，氣化塔4氣相出口經(jīng)過氣體換 熱器3接反應(yīng)器7進(jìn)口，反應(yīng)器7出口依次經(jīng)過蒸餾塔再沸器10換熱接氣體換熱器3被冷 卻，再依次經(jīng)過甲醇預(yù)熱器2、粗二甲醚預(yù)熱器5，接粗二甲醚罐9，從粗二甲醚罐9出 口經(jīng)過粗二甲醚預(yù)熱器5接蒸餾塔11進(jìn)口，蒸餾塔ll頂部氣相出口，接二甲醚回流罐 14， 二甲醚回流罐14出口經(jīng)過泵16分成兩路、 一路作為產(chǎn)品出口，另一路回接蒸餾塔 ll回流口，蒸餾塔11下部液相出口接甲醇回收塔12進(jìn)口，甲醇回收塔12頂部氣相出口
通過道管回接氣化塔4出口管道中與其合流。在甲醇預(yù)熱器2的進(jìn)口前的原料管上設(shè)置 有冷凝液換熱器l;而在粗二甲醚預(yù)熱器5與粗二甲醚罐9之間的道管上設(shè)置有粗二甲醚 冷凝器8，在蒸餾塔11氣相出口與二甲醚回流罐14之間道管上設(shè)置有蒸餾塔冷凝器15。 反應(yīng)器7的甲醇原料的進(jìn)口溫度為200 220℃，反應(yīng)器7合成氣的出口溫度為300~350℃。
通過本裝置生產(chǎn)燃料級(jí)二甲醚第噸產(chǎn)品所消耗原料為 序號(hào) 名稱 規(guī)格 規(guī)格 消耗
1 甲醇 精甲醇 噸 1.42
2 水蒸汽 l.OMPa 噸 1.35
3 循環(huán)冷卻水《32。C 噸 120
4 電 380/220Vkwh 8 。
權(quán)利要求1、一種用甲醇脫水生產(chǎn)二甲醚的裝置，包括有蒸餾塔(11)和反應(yīng)器(7)，其特征在于甲醇原料管(A)經(jīng)過甲醇預(yù)熱器(2)預(yù)熱接氣化塔(4)進(jìn)口，氣化塔(4)氣相出口經(jīng)過氣體換熱器(3)接反應(yīng)器(7)進(jìn)口，反應(yīng)器(7)出口依次經(jīng)過蒸餾塔再沸器(10)換熱接氣體換熱器(3)被冷卻，再依次經(jīng)過甲醇預(yù)熱器(2)、粗二甲醚預(yù)熱器(5)，接粗二甲醚罐(9)，從粗二甲醚罐(9)出口經(jīng)過粗二甲醚預(yù)熱器(5)接蒸餾塔(11)進(jìn)口，蒸餾塔(11)頂部氣相出口，接二甲醚回流罐(14)，二甲醚回流罐(14)出口經(jīng)過泵(16)分成兩路、一路作為產(chǎn)品出口，另一路回接蒸餾塔(11)回流口，蒸餾塔(11)下部液相出口接甲醇回收塔(12)進(jìn)口，甲醇回收塔(12)頂部氣相出口通過道管回接氣化塔(4)出口管道中與其合流。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述甲醇預(yù)熱器(2)其進(jìn)口前的原料 管上設(shè)置有冷凝液換熱器(l)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述粗二甲醚預(yù)熱器(5)與粗二 甲醚罐(9)之間的道管上設(shè)置有粗二甲醚冷凝器(8)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述蒸餾塔(ll)氣相出口與二甲醚 回流罐(14)之間道管上設(shè)置有蒸餾塔冷凝器(15)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述反應(yīng)器(7)其甲醇原料的進(jìn)口溫 度為200~220 QC，反應(yīng)器(7)合成氣的出口溫度為300 35(fC。
專利摘要一種用甲醇脫水生產(chǎn)二甲醚的裝置，其特征在于甲醇原料管(A)經(jīng)過甲醇預(yù)熱器(2)預(yù)熱接氣化塔(4)進(jìn)口，氣化塔(4)氣相出口經(jīng)過氣體換熱器(3)接反應(yīng)器(7)進(jìn)口，反應(yīng)器(7)出口依次經(jīng)過蒸餾塔再沸器(10)換熱接氣體換熱器(3)被冷卻，再依次經(jīng)過甲醇預(yù)熱器(2)、粗二甲醚預(yù)熱器(5)，接粗二甲醚罐(9)，從粗二甲醚罐(9)出口經(jīng)過粗二甲醚預(yù)熱器(5)接蒸餾塔(11)進(jìn)口，蒸餾塔(11)頂部氣相出口，接二甲醚回流罐(14)，二甲醚回流罐(14)出口經(jīng)過泵(16)分成兩路、一路作為產(chǎn)品出口，甲醇回收塔(12)頂部氣相出口通過道管回接氣化塔(4)出口管道中與其合流。本實(shí)用新型具有流程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)操作方便，生產(chǎn)燃料級(jí)二甲醚反應(yīng)熱可替代蒸汽用于二甲醚再沸器加熱和蒸汽壓力等級(jí)要求低以及反應(yīng)熱回收充分，蒸汽消耗低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C07C41/09GK201180118SQ200820082170
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月14日
發(fā)明者彭本成, 項(xiàng)文裕 申請(qǐng)人:寧波遠(yuǎn)東化工集團(tuán)有限公司