專利名稱：一步法催化合成氣二甲醚催化劑還原裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及到一種催化劑還原反應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一步法合成二甲醚 催化劑的還原裝置，屬于煤/生物質(zhì)化工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于石油資源的日漸匱乏，環(huán)境污染及溫室問題日益嚴(yán)重，從生物質(zhì)農(nóng)林廢棄物 資源(如秸稈等)獲取高品位液體燃料和化學(xué)品正逐漸成為一種發(fā)展趨勢，在國內(nèi)外引起 高度關(guān)注。生物質(zhì)氣化催化合成高品位的液體燃料(如二甲醚、甲醇、LPG等)，是通過生物 質(zhì)定向氣化后，經(jīng)催化劑催化合成液體燃料、化學(xué)品，因此，提高催化劑的活性已成為整個 催化合成系統(tǒng)的技術(shù)核心。生物質(zhì)基液體燃料和化學(xué)品的市場前景最終取決于成本的競爭 性，從而降低成本已成為其經(jīng)濟性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。同時，二甲醚可作為液化石油氣和柴油替代 品直接作為燃料使用。目前，一步法二甲醚合成生產(chǎn)大部分停留在實驗室和中試階段，其規(guī)模相對較小， 生產(chǎn)成本較高。大規(guī)模生產(chǎn)二甲醚采用合成氣直接轉(zhuǎn)化工藝。小試及中試規(guī)模對還原氣量 要求不高，成本顯現(xiàn)不出來，大型工業(yè)化過程中，節(jié)約成本將成為二甲醚合成的重要經(jīng)濟指 標(biāo)。因此，催化劑還原中還原氣的節(jié)省也將是二甲醚合成成本的重要組成部分。一步法催化合成二甲醚催化劑還原主要有下述兩個反應(yīng)Cu0+H2 = Cu2CHH2O ； Cu2CHH2 = Cu+H20 ；可見，合成氣一步法催化合成二甲醚催化劑還原反應(yīng)僅需要H2作為反應(yīng)氣。但是 在還原過程中，如果用純的H2進行催化劑還原，會使還原出的Cu晶粒變大，活性和壽命大 大降低，因此需要利用N2作為惰性氣體對H2進行稀釋，從而降低還原的速度，達到催化劑最 佳還原效果。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是針對合成二甲醚催化劑還原過程中還原氣體H2和N2的浪費 而進行的優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，在不影響二甲醚合成催化劑還原效果的情況下，氫氣含量在0 25%,0. 3 0. 5MPa，常溫至270°C程序升溫進行催化劑還原反應(yīng)，提供一種簡單、易操作、 技術(shù)可靠，可節(jié)約80%的隊和50%的H2,同時對系統(tǒng)進行優(yōu)化集成的一步法催化合成氣二 甲醚催化劑還原裝置。為實現(xiàn)以上目的，本實用新型采取了以下的技術(shù)方案一步法催化合成二甲醚催 化劑還原裝置，包括有固定床反應(yīng)器，該固定床反應(yīng)器內(nèi)平行分布多根反應(yīng)列管，所述固定 床反應(yīng)器底部一根列管中備有測溫點，頂部設(shè)有還原氣進口，底部設(shè)有還原后尾氣出口，側(cè) 面下方設(shè)有兩個對稱的導(dǎo)熱油進口，側(cè)面上方設(shè)有導(dǎo)熱油出口 ；用于存儲及導(dǎo)熱油加熱升 溫的導(dǎo)熱油爐，導(dǎo)熱油爐通過導(dǎo)熱油進口與固定床反應(yīng)器連接，導(dǎo)熱油出口通過管路連接 到導(dǎo)熱油爐，導(dǎo)熱油爐的導(dǎo)熱油進出口配有溫度測點，同時根據(jù)程序設(shè)定來控制導(dǎo)熱油進 入固定床反應(yīng)器殼程溫度，導(dǎo)熱油在固定床反應(yīng)器中進行熱交換后，從導(dǎo)熱油出口流出，重新進入導(dǎo)熱油爐進行加熱；包括有壓縮機進口和壓縮機出口的壓縮機，壓縮機其為還原氣 循環(huán)利用增壓，從而使還原氣可以進行循環(huán)利用，所述壓縮機進口通過管路與所述還原后 尾氣出口連接，所述壓縮機出口通過管路與所述還原氣進口連接，在上述管路上均配備有 用于控制還原氣倒流的單向閥及測定壓縮機進出口壓力的壓力表；還包括有在線監(jiān)測進入 固定床反應(yīng)器的還原氣H2含量、以此來確定系統(tǒng)中是否需要補充H2以使還原過程正常運行 的氫氣在線分析儀，H2氣含量降低，需要從H2進口補充H2, H2含量達到要求，停止增加H2 ； 在所述壓縮機出口與所述還原氣進口連接的管路上還分別連接有H2進口和隊進口 ；與所 述還原后尾氣出口連接的管路上還設(shè)有尾氣排空出口，該系統(tǒng)還包括壓縮機冷卻水循環(huán)系 統(tǒng)，單向閥防止氣體倒流，在線測溫測壓等輔助設(shè)備。固定床反應(yīng)器的管程內(nèi)裝有二甲醚合成催化劑，合成氣經(jīng)過還原后的催化劑在一 定壓力、溫度的條件下進行催化合成反應(yīng)，殼程為流動的導(dǎo)熱油，同時固定床反應(yīng)器列管中 配有測溫點；固定床反應(yīng)器內(nèi)平行分布多根反應(yīng)列管，反應(yīng)列管內(nèi)催化劑與反應(yīng)列管外導(dǎo) 熱油進行熱交換，還原氣在反應(yīng)列管內(nèi)進行還原反應(yīng)。氫氣和氮氣在管道內(nèi)混合成一定比 例的還原氣，進入合成塔進行催化劑還原反應(yīng)，混合氣中氫氣含量通過氫氣在線分析儀進 行在線分析，固定床反應(yīng)器溫度控制由導(dǎo)熱油爐加熱導(dǎo)熱油經(jīng)管道到達反應(yīng)器殼程進行加 熱，加熱后的導(dǎo)熱油循環(huán)進入導(dǎo)熱油爐進行再加熱，還原尾氣進入壓縮機進行增壓，通過 單向閥循環(huán)進入固定床反應(yīng)器。整個催化劑還原過程是在，氫氣含量在0 25%，0. 3 0. 5MPa，常溫至270°C條件下進行的，從而對二甲醚合成催化劑進行還原。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點本實用新型在傳統(tǒng)的催化劑還原化 工單元基礎(chǔ)上進行優(yōu)化集成，采取循環(huán)利用惰性氣體N2對吐稀釋后進行還原，在不降低催 化劑還原效果的情況下，節(jié)省N2和H2,大大減少催化劑還原過程中氮氣和氫氣的浪費，該系 統(tǒng)可利用到各種反應(yīng)前需要還原的化工反應(yīng)，同時可規(guī)?；玫揭徊椒ù呋铣啥酌?系統(tǒng)中，推進一步法催化合成二甲醚商業(yè)化運行。

圖1為本實用新型一步法催化合成二甲醚催化劑還原裝置示意圖；圖2為本實用新型溫度控制程序及還原過程中H2含量變化圖；附圖標(biāo)記說明1、H2進口，2、N2進口，3、還原氣進口，4、還原后尾氣出口，5、單向 閥，6、壓縮機進口，7、壓縮機出口，8、尾氣排空出口，9、固定床反應(yīng)器，10、氫氣在線分析儀， 11、壓縮機，12、導(dǎo)熱油爐，13、導(dǎo)熱油進口，14、導(dǎo)熱油出口，15、冷卻水進口，16、冷卻水出 口，17、壓力表，18、測溫點。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型的內(nèi)容做進一步詳細說明。實施例本實施例的一步法催化合成二甲醚催化劑還原裝置及方法是通過利用成熟的化 工設(shè)備單元，進行系統(tǒng)重組優(yōu)化，采用循環(huán)利用還原氣的方法，從而降低還原氣的損耗量， 降低生產(chǎn)成本。如圖1所示，本實施例提供了一步法催化合成二甲醚催化劑還原裝置，包括有固定床反應(yīng)器9，該固定床反應(yīng)器9內(nèi)縱向平行分布多根反應(yīng)列管，列管內(nèi)部裝有二甲醚催化 劑，列管外充滿循環(huán)流動的導(dǎo)熱油，固定床反應(yīng)器9底部一根列管中備有測溫點18，底部有 測溫?zé)犭娕疾蹇字苯硬迦肓泄苤胁窟M行測溫；頂部設(shè)有還原氣進口 3連接列管，底部設(shè)有 還原后尾氣出口 4，側(cè)面下方設(shè)有兩個對稱的導(dǎo)熱油進口 13，側(cè)面上方設(shè)有導(dǎo)熱油出口 14; 導(dǎo)熱油爐12，其用于存儲及對導(dǎo)熱油加熱升溫的，導(dǎo)熱油在導(dǎo)熱油爐12中進行加熱，提供 高溫的導(dǎo)熱油進入固定床反應(yīng)器管程，提供還原反應(yīng)所需要的溫度，通過導(dǎo)熱油進口 13進 入固定床反應(yīng)器9殼程進行熱交換對固定床反應(yīng)器9加熱，熱交換后的導(dǎo)熱油通過固定床 反應(yīng)器9側(cè)面上部的導(dǎo)熱油出口 14流出，然后通過管路流入導(dǎo)熱油爐12進行循環(huán)加熱；包 括有壓縮機進口 6和壓縮機出口 7的壓縮機11，壓縮機對還原過的氣體進行增壓循環(huán)，以 此使還原氣進行循環(huán)重復(fù)使用；在靠近壓縮機出口 7的壓縮機11上設(shè)有冷卻水進口 15，在 靠近壓縮機進口 6的壓縮機11上設(shè)有冷卻水出口 16 ；壓縮機進口 6通過管路與還原后尾 氣出口 4連接，壓縮機出口 7通過管路與還原氣進口 3連接，在上述管路上均配備有壓力表 17和單向閥5，單向閥5用于控制還原氣倒流，壓力表17測定壓縮機11進出口壓力、為還 原氣提供動力使其能循環(huán)利用；還包括有在線監(jiān)測進入固定床反應(yīng)器9的還原氣H2含量、 以此來確定系統(tǒng)中是否需要補充H2以使還原過程正常運行的氫氣在線分析儀10，氫氣在線 分析儀10連接在壓縮機出口 7與還原氣進口 3之間的管路上；在壓縮機出口 7與還原氣進 口 3連接的管路上還分別連接有H2進口 1和隊進口 2 ；與還原后尾氣出口 4連接的管路上 還設(shè)有尾氣排空出口 8，以及相關(guān)的測壓測溫裝置。還原反應(yīng)進行前期，需要利用N2進行系統(tǒng)置換，確保系統(tǒng)中氧氣含量較低，N2進 口 2充入氮氣，開啟壓縮機11，使系統(tǒng)達到0. 3MPa,然后打開尾氣排空出口 8排出含有氧氣 的置換氣體，使系統(tǒng)中的隊循環(huán)起來，以此重復(fù)三次，使系統(tǒng)中含氧量低于0. 5%，然后打 開隊進口 2，使系統(tǒng)壓力達到0. 3MPa，打開壓縮機11，使系統(tǒng)中氣體循環(huán)起來，開啟導(dǎo)熱油 爐12對固定床反應(yīng)器9進行加熱，溫度達到50°C時，打開H2進口 1對整個系統(tǒng)進行加氫， 開始催化劑還原反應(yīng)，利用氫氣在線分析儀10進行現(xiàn)場監(jiān)測，然后導(dǎo)熱油爐12升溫，隨著 還原的進行H2含量由氫氣在線分析儀保持在一定范圍內(nèi)，隨著氫氣的加入，系統(tǒng)中壓力超 過0. 5MPa,需打開尾氣排空出口以此來穩(wěn)定系統(tǒng)壓力；直至還原反應(yīng)完全；還原設(shè)定升溫 程序為由室溫經(jīng) 110°C (lh)，140°C (lh)，160°C (3h)，220°C (3h)和 270°C (lh 3h)進 行還原，實際運行中加熱還原系統(tǒng)中溫度控制程序及還原過程中H2含量變化如圖2所示。本實施例中的所用催化劑為專利號為CN1785519的一步法合成二甲醚的雙功能 催化劑。本實施例中的固定床反應(yīng)器為專利申請?zhí)?00810218978. X中設(shè)計的固定床反應(yīng) 器。一步法合成二甲醚催化劑還原完成后，即進行二甲醚合成過程，其合成氣平均組成為V(H2) V(CO) V (CO2) V(O2) V(N2) V (CH4) = 28. 63 28. 19 29. 19 0 06 11.54 2. 45，其中H2/C0 = 0.98 1. 17，C2以上氣體含量低于0.05%，合成連續(xù)運 行，合成結(jié)果如下表
權(quán)利要求1.一步法催化合成氣二甲醚催化劑還原裝置，其特征在于包括有固定床反應(yīng)器(9)， 該固定床反應(yīng)器(9)內(nèi)平行分布多根反應(yīng)列管，所述固定床反應(yīng)器(9)底部一根列管中備 有測溫點(18)，頂部設(shè)有還原氣進口(3)，底部設(shè)有還原后尾氣出口 G)，側(cè)面下方設(shè)有兩 個對稱的導(dǎo)熱油進口(13)，側(cè)面上方設(shè)有導(dǎo)熱油出口(14)；用于存儲及對導(dǎo)熱油加熱升溫的導(dǎo)熱油爐(12)，導(dǎo)熱油爐(12)通過導(dǎo)熱油進口(13) 與固定床反應(yīng)器(9)連接，導(dǎo)熱油出口(14)通過管路連接到導(dǎo)熱油爐(12)；包括有壓縮機進口(6)和壓縮機出口(7)的壓縮機(11)，所述壓縮機進口(6)通過管 路與所述還原后尾氣出口(4)連接，所述壓縮機出口(7)通過管路與所述還原氣進口(3) 連接，在上述管路上均配備有用于控制還原氣倒流的單向閥( 及測定壓縮機(11)進出口 壓力的壓力表(17)；還包括有在線監(jiān)測進入固定床反應(yīng)器(9)的還原氣H2含量、以此來確定系統(tǒng)中是否需 要補充H2以使還原過程正常運行的氫氣在線分析儀(10)；在所述壓縮機出口(7)與所述還原氣進口( 連接的管路上還分別連接有H2進口(1) 和隊進口(2)；與所述還原后尾氣出口(4)連接的管路上還設(shè)有尾氣排空出口(8)。
2.如權(quán)利要求1所述的一步法催化合成氣二甲醚催化劑還原裝置，其特征在于所述 導(dǎo)熱油爐(12)同時可以是過熱蒸汽鍋爐或電加熱套。
專利摘要本實用新型公開了一步法催化合成氣二甲醚催化劑還原裝置，它主要包括固定床反應(yīng)器、導(dǎo)熱油爐、壓縮機、氫氣在線分析儀和相應(yīng)的測試系統(tǒng)。固定床反應(yīng)器內(nèi)平行分布多根反應(yīng)列管，反應(yīng)列管內(nèi)催化劑與反應(yīng)列管外導(dǎo)熱油進行熱交換，還原氣在反應(yīng)列管內(nèi)進行還原反應(yīng)。氫氣和氮氣在管道內(nèi)混合成一定比例的還原氣，進入合成塔進行催化劑還原反應(yīng)，混合氣中氫氣含量通過氫氣在線分析儀進行在線分析，固定床反應(yīng)器溫度控制由導(dǎo)熱油爐加熱導(dǎo)熱油經(jīng)管道到達反應(yīng)器殼程進行加熱，加熱后的導(dǎo)熱油循環(huán)進入導(dǎo)熱油爐進行再加熱，還原尾氣進入壓縮機進行增壓，通過單向閥循環(huán)進入固定床反應(yīng)器。本實用新型在傳統(tǒng)的催化劑還原化工單元基礎(chǔ)上進行優(yōu)化集成，大大減少催化劑還原過程中氮氣和氫氣的浪費，該系統(tǒng)可利用到各種反應(yīng)前需要還原的化工反應(yīng)，同時可規(guī)?；玫揭徊椒ù呋铣啥酌严到y(tǒng)中，推進一步法催化合成二甲醚商業(yè)化運行。
文檔編號C07C43/04GK201848255SQ201020503240
公開日2011年6月1日 申請日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者呂永興, 吳創(chuàng)之, 周意, 潘賢齊, 熊祖鴻 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所