專利名稱：一種甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的工藝及設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的工藝及設備，屬于化學工業(yè)二甲醚生產(chǎn)技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
目前，背景技術(shù)的甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的工藝為甲醇氣體經(jīng)加熱后進入反應器，從反應器出來的反應產(chǎn)物為混合物，含有反應生成物二甲醚、水以及未反應的甲醇等，反應后的混合物經(jīng)回收熱量后送入二甲醚精餾塔進行精餾分離，精餾塔釜液中含有反應水和未反應的甲醇再返回系統(tǒng)將甲醇回收，精餾塔頂為成品二甲醚；如中國專利號200410022020. 5和200810054951. I所述，有的采用多段反應器或在反應器催化劑內(nèi)設置換熱管將反應熱導出，如中國專利號200820063170. 4和200620097885. 2所述。
甲醇脫水生成二甲醚的化學反應其特點是，每生成I個分子的二甲醚就會生成I個分子的水，水是反應產(chǎn)物，水分進入反應器催化劑床層使得反應速度降低，同時也降低了甲醇脫水反應的平衡轉(zhuǎn)化率；進入反應器甲醇氣體中的甲醇含量很難達到100%，一般含有一定的水分，因此反應生成物中的水分摩爾百分含量要大于二甲醚的摩爾百分含量；催化劑上部或上段發(fā)生甲醇脫水反應生成的反應水以氣體的形式存在，占據(jù)了大量的空間，水汽的分壓大于二甲醚的分壓，使得未反應的甲醇氣體的分壓大幅度降低，反應氣進入催化劑下部或下段后使得甲醇脫水反應無法深度進行，反應器下部或后段催化劑的作用得不到有效發(fā)揮，同時因水的分子量小，水分在反應氣中占的摩爾百分比很高，需要占據(jù)較大的空間，反應產(chǎn)物中的二甲醚含量較低、水分及甲醇含量較高，進行精餾分離以及精餾釜液進行甲醇回收需要的能耗也較高。
背景技術(shù)：
甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的工藝及設備主要存在的以下幾個方面的問題一是受化學平衡的影響，只能獲得較低的甲醇轉(zhuǎn)化率，一般為70-80% ;二是反應器上部或上段進行甲醇脫水反應生成的反應產(chǎn)物中水分含量高，一般摩爾百分比為40-45%，脫水反應無法深度進行，使反應器下部或后段催化劑的作用得不到有效發(fā)揮，造成催化劑的大量浪費；三是因反應水在反應器中為氣態(tài)，占據(jù)的空間較大，反應器設備及輸送管路龐大；四是反應產(chǎn)物中較低的二甲醚含量以及較高的水分含量使得精餾分離及精餾釜液回收的能耗增加；五是生產(chǎn)過程中反應水的冷凝熱浪費嚴重，沒有得到較好的回收利用。反應器下部或下段，以下統(tǒng)稱為反應器下段或下段；反應器上部或上段，以下統(tǒng)稱為反應器上段或上段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的工藝及設備，將反應器上段催化劑床層甲醇氣相脫水反應產(chǎn)物中的反應水分離，并引入新鮮甲醇，再進入下段催化劑床層，使進入下段催化劑床層的氣體中的水汽含量降低、甲醇含量提高，在下段催化劑床層繼續(xù)進行脫水反應，進而提高甲醇轉(zhuǎn)化率，解決背景技術(shù)中存在的上述問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的工藝，包含反應器、反應水分離精餾塔、反應器前換熱器和反應器下段前換熱器；氣體甲醇經(jīng)反應器前換熱器溫度提升進入反應器上段催化劑床層進行催化脫水反應，反應產(chǎn)物經(jīng)反應器下段前換熱器換熱后進入反應水分離精餾塔將其中的水精餾分離，同時向反應水分離精餾塔補充新鮮甲醇；甲醇氣化后隨分離水后的反應產(chǎn)物進入反應器下段催化劑床層繼續(xù)進行催化脫水反應，分離出的水從反應水分離精餾塔底部排出，進行回收處理；反應器下段催化劑床層出口的反應產(chǎn)物，經(jīng)反應器的反應器前換熱器降溫后送入后工序。本發(fā)明的特別之處是在反應器上段、下段催化劑床層之間或多段反應器之間設置反應器下段前換熱器和反應水分離精餾塔，充分利用反應產(chǎn)物的熱量將其中的反應水分離出去，并補充新鮮甲醇后再進入下段催化劑床層繼續(xù)進行甲醇催化脫水反應。本發(fā)明的反應水分離精餾塔理論上屬于反應器的一部分，利用精餾的原理將反應器上段催化劑床層甲醇催化脫水產(chǎn)物中的水與甲醇、二甲醚分離，二甲醚、甲醇為氣態(tài)由塔頂部排出經(jīng)換熱提溫后進入下段催化劑床層繼續(xù)進行甲醇催化脫水反應；新鮮甲醇從反應 水分離精餾塔上部或頂部加入，相當于精餾的回流，以保證塔頂采出的二甲醚、甲醇混合氣體中較低的水汽含量，進而保證甲醇在反應器下段催化劑床層進行的脫水反應具有較高的轉(zhuǎn)化率，同時將反應器上段反應產(chǎn)物的顯熱及反應產(chǎn)物中反應水的冷凝熱用于反應水分離精餾塔的熱源，來實現(xiàn)反應水的分離及甲醇的汽化。在反應水分離精餾塔設置再沸器，熱源為外來補充熱源，蒸汽和導熱油均可，以便于生產(chǎn)調(diào)節(jié)和控制塔釜溫度；反應器上段催化劑床層甲醇催化脫水反應產(chǎn)物從塔的中部或中下部進料，為氣相或氣液混合進料。所述反應器可以設置兩段或多段，反應水分離精餾塔可以設置一臺或多臺與反應器配套。反應水分離精餾塔塔頂氣體為二甲醚、甲醇、水混合氣體，水分的摩爾百分比(20%,以彡5%為最佳；塔釜為液體水和少量甲醇，甲醇的摩爾百分比彡20%,以彡5%為最佳。本發(fā)明的原理是根據(jù)化學反應平衡的原理，在一定條件下達到化學平衡狀態(tài)時，體系中各反應物和生成物的物質(zhì)的量不再發(fā)生變化；反應生成物為兩種，當一種反應生成物的量減少時，化學反應將向正方向移動，反應物的轉(zhuǎn)化率將提高；甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的反應，反應速度很快，在很短的時間內(nèi)即達到化學平衡，達到化學平衡時，反應物甲醇、生成物二甲醚和水的量將維持一定的平衡濃度，當反應生成物中的水減少、反應物甲醇增加時，將打破化學反應平衡，使甲醇脫氫反應繼續(xù)進行。一種甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的設備，包含反應器、反應水分離精餾塔、反應器前換熱器和反應器下段前換熱器；反應器前換熱器的出口連接反應器的頂部，反應器與反應器下段前換熱器連接，反應器下段前換熱器連接反應水分離精餾塔，反應水分離精餾塔設有新鮮甲醇入口 ；所述的反應器包含反應器上段和反應器下段；氣體甲醇經(jīng)反應器前換熱器溫度提升進入反應器上段催化劑床層進行催化脫水反應，反應產(chǎn)物經(jīng)反應器下段前換熱器換熱后進入反應水分離精餾塔將其中的水精餾分離，同時向反應水分離精餾塔補充新鮮甲醇；甲醇氣化后隨分離水后的反應產(chǎn)物進入反應器下段催化劑床層繼續(xù)進行催化脫水反應，分離出的水從反應水分離精餾塔底部排出，進行回收處理；反應器下段催化劑床層出口的反應產(chǎn)物，經(jīng)反應器前換熱器降溫后送入后工序。在反應器上段和下段之間設置反應水分離精餾塔和反應器下段前換熱器。在反應水分離精餾塔下部設置再沸器，熱源為外來補充熱源，蒸汽和導熱油均可，以便于生產(chǎn)調(diào)節(jié)和控制塔釜溫度；反應器上段催化劑床層甲醇催化脫水反應產(chǎn)物從塔的中部或中下部進料，為氣相或氣液混合進料。所述反應器為兩段或多段結(jié)構(gòu)，反應水分離精餾塔設置一臺或多臺與反應器配套。本發(fā)明的積極效果是針對現(xiàn)有甲醇氣相脫水生產(chǎn)二甲醚工藝及設備存在的問題；在反應器上、下部催化劑床層之間或多段反應器之間設置反應水分離精餾塔，將反應產(chǎn)物中的水全部或部分分離，利用反應產(chǎn)物的顯熱及反應水的冷凝熱汽化甲醇、分離反應水， 補充新鮮甲醇后的混合氣體再進入下部或下段催化劑床層繼續(xù)進行甲醇催化脫水反應，解決甲醇轉(zhuǎn)化率低的問題，進而降低二甲醚生產(chǎn)過程的能耗。本發(fā)明甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的工藝及設備，與背景技術(shù)所述相比，甲醇轉(zhuǎn)化率由70-80%提高到85-95%，二甲醚精餾塔釜液甲醇含量由35-45%提高到45%_65% ;利用反應器上部或上段反應氣顯熱及反應水冷凝熱汽化甲醇的量占甲醇原料總量的20-40%，在反應器下部或下段催化劑床層進行脫水反應的甲醇的量占總量的20-40%，二甲醚整個生產(chǎn)過程能耗下降5-20%，反應器及配套管路的截面積可降低10-20%。本發(fā)明可以在0. 6-1. 6MPa壓力下甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚精餾裝置上使用，特別適用于甲醇氣相脫水生產(chǎn)醇醚燃料及高純含量的二甲醚。


附圖I是背景技術(shù)工藝流程示意圖
附圖2是本發(fā)明設備構(gòu)成及工藝流程示意 圖中反應器上段I、反應器下段2、反應水分離精餾塔3、反應器前換熱器4、反應器下段前換熱器5、再沸器6、甲醇氣體進口 7、反應氣出口 14 ;塔底釜液(分離水出口)15 ;液體甲醇進口 18。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明做進一步說明。附圖I為背景技術(shù)工藝流程示意圖，主要包括反應器前換熱器、反應器上段、反應器下段；流程簡要說明如下甲醇氣體原料經(jīng)反應器前換熱器換熱提溫，進入反應器上段進行脫水反應，出口高溫反應氣含有生成物二甲醚、水和未反應的甲醇，與少量溫度較低的甲醇氣體混合后進入反應器下段，下段出口反應氣進入反應器進口換熱器與低溫甲醇氣體換熱降溫后進入后工序；因甲醇在反應器上段進行的脫水反應已達到或接近化學平衡，下段進口補充的低溫甲醇氣體的量一般為甲醇原料總量的0-5%，甲醇脫水反應總轉(zhuǎn)化率為70-80%，若增大下段進口低溫甲醇氣體的量，甲醇總的轉(zhuǎn)化率會明顯降低。附圖2為本發(fā)明實施例設備構(gòu)成及工藝流程示意圖，包括反應器上段I、反應器下段2、反應水分離精餾塔3、反應器前換熱器4、反應器下段前換熱器5、再沸器6。流程簡要說明如下甲醇氣體原料經(jīng)反應器前換熱器4換熱提溫，進入反應器上段I進行脫水反應，出口高溫反應氣含有生成物二甲醚、水和未反應的甲醇，進入反應器下段2的反應器下段前換熱器5降溫后由中部或中下部進入反應水分離精餾塔3，與上部來的液體甲醇進行傳質(zhì)、傳熱、精餾分離，水進入塔底由塔底排出回收處理，二甲醚及甲醇氣體由塔頂排出經(jīng)反應器下段前換熱器加熱提溫后進入反應器下段催化劑床層進行脫水反應，反應脫水產(chǎn)物進入反應器前換熱器與低溫甲醇氣體換熱降溫后進入后工序；反應器上段脫水反應產(chǎn)物中的水分在反應水分離精餾塔內(nèi)全部或部分脫除，同時利用反應產(chǎn)物的顯熱和反應水的冷凝熱汽化甲醇，進入反應器下段催化劑床層氣體中的水分含量低、甲醇含量高，脫水反應的動力增加，可以充分發(fā)揮下段催化劑的作用，提高甲醇脫水反應的轉(zhuǎn)化率，甲醇總的轉(zhuǎn)化率為85-95%。參照附圖2，操作壓力為0. 8MPa(G)，采用脫水反應溫度250_400°C催化劑、兩段反應器以精甲醇為原料對本發(fā)明做進一步說明如下
a.甲醇含量98%、流量13265kg/h、溫度130°C的甲醇氣體7，進入反應器前換熱器4，溫度升高到270°C的甲醇氣體8進入反應器上段I的催化劑床層進行脫水反應；組成(wt%)二 甲醚56. 35%、水24. 05%、甲醇19. 60%,流量13265kg/h、溫度為360°C的反應產(chǎn)物9進入反應器下段前換熱器5，溫度下降為160°C的反應產(chǎn)物10進入反應水分離精餾塔3的中下部；
b.反應水分離精餾塔3理論塔盤數(shù)為40層，組成(wt%) 二甲醚56. 35%、水24. 05%、甲醇19. 60%，流量13265kg/h、溫度為160°C的反應產(chǎn)物10進入反應水分離精餾塔3的第13層塔盤(自下往上數(shù))；甲醇含量為99%、流量5050Kg / h、溫度為35°C的液體甲醇18，進入反應水分離精餾塔3的頂部入口第一層塔盤；反應水分離精餾塔3塔頂出口的二甲醚、甲醇、水混合氣體11，組分含量(wt%)為二甲醚47. 21%、甲醇47. 36%、水5. 43%，流量15835Kg/h、溫度120-125°C的氣體11進入反應器后換熱器5，溫度提升到290°C的混合氣12進入反應器下段2的催化劑床層進行脫水反應；反應水分離精餾塔3塔底釜液15，組分含量(wt%)為水95. 97%、甲醇4. 03%，流量2480kg/h、溫度150_160°C，排出回收處理。當控制塔釜溫度為168-170°C時，塔底釜液15中的甲醇含量(wt%)可降到< 0. 1% ；
c.反應器下段2出口反應產(chǎn)物13，組分含量(wt%)為二甲醚71.03%、甲醇14. 21%、水14. 76%，流量15835Kg/h、溫度315°C，進入反應器前換熱器4 ;溫度下降為200°C的反應氣14，其組分含量與13相同，送入后工序；
d.流量800-1000kg/h、壓力0.9MPa (G)飽和蒸汽16進入分離精餾塔再沸加熱器6，控制塔釜溫度150-160°C，排出的溫度為150-160°C的冷凝水17，回收處理。
權(quán)利要求
1.一種甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的工藝，其特征在于設備包含反應器、反應水分離精餾塔、反應器前換熱器和反應器下段前換熱器；氣體甲醇經(jīng)反應器前換熱器溫度提升進入反應器上段催化劑床層進行催化脫水反應，反應產(chǎn)物經(jīng)反應器下段前換熱器換熱后進入反應水分離精餾塔將其中的水精餾分離，同時向反應水分離精餾塔補充新鮮甲醇；甲醇氣化后隨分離水后的反應產(chǎn)物進入反應器下段催化劑床層繼續(xù)進行催化脫水反應，分離出的水從反應水分離精餾塔底部排出，進行回收處理；反應器下段催化劑床層出口的反應產(chǎn)物，經(jīng)反應器的反應器前換熱器降溫后送入后工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述之一種甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的工藝，其特征在于在反應器上段、下段催化劑床層之間或多段反應器之間設置反應器下段前換熱器和反應水分離精餾塔，充分利用反應產(chǎn)物的熱量將其中的反應水分離出去，并補充新鮮甲醇后再進入下段催化劑床層繼續(xù)進行甲醇催化脫水反應。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述之一種甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的工藝，其特征在于在反應水分離精餾塔設置再沸器，以便于生產(chǎn)調(diào)節(jié)和控制塔釜溫度；反應器上段催化劑床層甲醇催化脫水反應產(chǎn)物從塔的中部或中下部進料，為氣相或氣液混合進料。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述之一種甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的工藝，其特征在于所述反應器可以設置兩段或多段，反應水分離精餾塔可以設置一臺或多臺與反應器配套。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述之一種甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的工藝，其特征在于反應水分離精餾塔塔頂氣體為二甲醚、甲醇、水混合氣體，水分的摩爾百分比彡20%;塔釜為液體水和少量甲醇，甲醇的摩爾百分比< 20%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述之一種甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的工藝，其特征在于水分的摩爾百分比彡5% ;塔釜為液體水和少量甲醇，甲醇的摩爾百分比彡5%。
7.一種甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的設備，包含反應器、反應水分離精餾塔(3)、反應器前換熱器(4)和反應器下段前換熱器(5);反應器前換熱器的出口連接反應器的頂部，反應器與反應器下段前換熱器連接，反應器下段前換熱器連接反應水分離精餾塔，反應水分離精餾塔設有新鮮甲醇入口 ；所述的反應器包含反應器上段(I)和反應器下段(2);氣體甲醇經(jīng)反應器前換熱器溫度提升進入反應器上段催化劑床層進行催化脫水反應，反應產(chǎn)物經(jīng)反應器后換熱器換熱后進入反應水分離精餾塔將其中的水精餾分離，同時向反應水分離精餾塔補充新鮮甲醇；甲醇氣化后隨分離水后的反應產(chǎn)物進入反應器下段催化劑床層繼續(xù)進行催化脫水反應，分離出的水從反應水分離精餾塔底部排出，進行回收處理；反應器下段催化劑床層出口的反應產(chǎn)物，經(jīng)反應器前換熱器降溫后送入后工序。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述之一種甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的設備，其特征在于在反應器上段和下段之間設置反應水分離精餾塔(3)和反應器下段前換熱器(5)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述之一種甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的設備，其特征在于在反應水分離精餾塔下部設置再沸器(6)，以便于生產(chǎn)調(diào)節(jié)和控制塔釜溫度；反應器上段催化劑床層甲醇催化脫水反應產(chǎn)物從塔的中部或中下部進料，為氣相或氣液混合進料。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述之一種甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的設備，其特征在于所述反應器為兩段或多段結(jié)構(gòu)，反應水分離精餾塔設置一臺或多臺與反應器配套。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚的工藝及設備，屬于化學工業(yè)二甲醚生產(chǎn)技術(shù)領域。技術(shù)方案是設備包含反應器、反應水分離精餾塔(3)、反應器前換熱器(4)和反應器下段前換熱器(5)；在反應器上段、下段催化劑床層之間或多段反應器之間設置反應器下段前換熱器和反應水分離精餾塔，充分利用反應產(chǎn)物的熱量將其中的反應水分離出去，并補充新鮮甲醇后再進入下段催化劑床層繼續(xù)進行甲醇催化脫水反應。本發(fā)明解決甲醇轉(zhuǎn)化率低的問題，進而降低二甲醚生產(chǎn)過程的能耗。本發(fā)明可以在0.6-1.6MPa壓力下甲醇氣相催化脫水生產(chǎn)二甲醚精餾裝置上使用，特別適用于甲醇氣相脫水生產(chǎn)醇醚燃料及高純含量的二甲醚。
文檔編號C07C43/04GK102826965SQ20121035978
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者景玉國, 張維, 肖躍進, 盧文軍, 賈志學, 宋紅英, 張鵬飛 申請人:文安縣天瀾新能源有限公司