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甲醇制二甲醚的反應(yīng)溫度控制方法與流程

文檔序號(hào):12160673閱讀:2034來源:國知局
甲醇制二甲醚的反應(yīng)溫度控制方法與流程
本發(fā)明涉及一種甲醇制二甲醚的反應(yīng)溫度控制方法。技術(shù)背景丙烯是一種需求量很大的基本有機(jī)化工原料,主要來自于石油加工過程。隨著石油資源的日益匾乏,發(fā)展由煤或天然氣等非石油資源制備丙烯的技術(shù)越來越引起國內(nèi)外的重視。由甲醇為原料制取丙烯(MTP)是最有希望取代石油路線的新型工藝。煤或天然氣制合成氣,再由合成氣制取甲醇和二甲醚是成熟的工藝技術(shù)。因此,從甲醇制備丙烯是煤制烯烴路線的關(guān)鍵技術(shù)。近年德國魯奇MTP工藝技術(shù)在神華寧煤煤基烯烴項(xiàng)目的應(yīng)用標(biāo)志著甲醇制丙烯技術(shù)的工業(yè)化已經(jīng)取得了突破,該技術(shù)采用固定床反應(yīng)器,預(yù)反應(yīng)與主反應(yīng)相結(jié)合的二級(jí)反應(yīng)工藝。其中,預(yù)反應(yīng)就是甲醇部分轉(zhuǎn)化生成二甲醚的反應(yīng),主反應(yīng)是預(yù)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入第二個(gè)反應(yīng)器中繼續(xù)反應(yīng)生成丙烯。由于德國魯奇MTP工藝技術(shù)中甲醇轉(zhuǎn)化生成二甲醚的反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng),且和現(xiàn)有技術(shù)一樣,都采用一段固定床反應(yīng)器,從而造成甲醇制二甲醚反應(yīng)裝置中催化劑床層溫差大、熱點(diǎn)溫度高、催化劑容易衰老、催化劑壽命短、進(jìn)料能耗高的問題。美國專利US2014408例如描述了在催化劑如氧化鋁、二氧化鈦和氧化鋇下由甲醇制備DME的方法,其中優(yōu)選350-400℃的溫度。德國特許公開DE3817816描述了結(jié)合到甲醇合成裝置中、用于通過甲醇的催化脫水而制備二甲醚的方法,使用的是絕熱一段固定床反應(yīng)器。上述專利中采用單段絕熱固定床反應(yīng)器,雖然結(jié)構(gòu)簡單,但是催化劑床層溫升近130℃,熱點(diǎn)溫度近400℃,使得催化劑內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,容易衰老,而且催化劑壽命縮短。另外由于是一段固定床反應(yīng)器,所有的進(jìn)料物料都需要加熱到絕熱催化劑床層來啟動(dòng)反應(yīng)所需要的啟動(dòng)溫度,進(jìn)料能耗較高。專利CN103813852A公開了一種用于由甲醇制備二甲醚的冷卻反應(yīng)器。物料先進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部一個(gè)絕熱催化劑床層來啟動(dòng)反應(yīng),隨后通過直接或間接熱交換冷卻的緩和區(qū),最后物料再通過作為調(diào)節(jié)區(qū)的絕熱催化劑床流出反應(yīng)器。該專利還在實(shí)施方案中公布了多種組合方式,其中緩和區(qū)是管式反應(yīng)器,可以采用順流或者逆流的方式熱交換,也可以采用注射液體甲醇作為液體介質(zhì)。該專利雖然有效的控制了反應(yīng)熱點(diǎn)溫度,利用了反應(yīng)熱量, 但是反應(yīng)器設(shè)計(jì)制造相當(dāng)復(fù)雜,催化劑的裝填特別耗時(shí),尤其是緩和區(qū)的管式反應(yīng)器,在兩個(gè)固定床中間,催化劑的裝填更是費(fèi)時(shí)費(fèi)力。另外所有的進(jìn)料物料都需要加熱到絕熱催化劑床層來啟動(dòng)反應(yīng)所需要的啟動(dòng)溫度,進(jìn)料能耗較高。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中催化劑床層溫差大、熱點(diǎn)溫度高、催化劑容易衰老、催化劑壽命短、進(jìn)料能耗較高的問題,本發(fā)明提出了一種甲醇制二甲醚的反應(yīng)溫度控制方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:現(xiàn)有甲醇制二甲醚反應(yīng)器中催化劑床層溫差大、熱點(diǎn)溫度高、催化劑容易衰老、催化劑壽命短、進(jìn)料能耗高的問題。本發(fā)明采用一種新的甲醇制二甲醚的方法,具體涉及一種甲醇制二甲醚的溫度控制方法,該方法用于甲醇制二甲醚反應(yīng)時(shí),具有催化劑床層溫差小、熱點(diǎn)溫度低、催化劑不容易衰老、催化劑壽命長、進(jìn)料能耗低等優(yōu)點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問題之一,本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種甲醇制二甲醚反應(yīng)溫度控制方法,采用多段固定床反應(yīng)器,反應(yīng)器內(nèi)部有n個(gè)反應(yīng)區(qū)從上往下依次為BED1~BEDn,各反應(yīng)區(qū)的進(jìn)料量依次為F1~Fn,各反應(yīng)區(qū)的進(jìn)料量F1~Fn之和為F0,床層BEDn的進(jìn)料分配比例Kn的值等于Fn與F0的比值,其特征在于通過調(diào)節(jié)分配比例K1來控制第一床層BED1的進(jìn)料溫度T1。上述技術(shù)方案中,優(yōu)選地,第一反應(yīng)區(qū)進(jìn)料溫度T1與分配比例K1滿足如下關(guān)系:50(1-K1)+245≤T1≤50(1-K1)+285。上述技術(shù)方案中,優(yōu)選地,1≤n≤6;上述技術(shù)方案中,更優(yōu)選地,1≤n≤3。上述技術(shù)方案中,優(yōu)選地,K1≥0.6;更優(yōu)選地,1>K1≥0.6;上述技術(shù)方案中,更優(yōu)選地,K1≥0.7;更優(yōu)選地,0.95≥K1≥0.7;上述技術(shù)方案中,最優(yōu)選地,K1≥0.75;更優(yōu)選地,0.9≥K1≥0.75;上述技術(shù)方案中,所述上述技術(shù)方案中,優(yōu)選的所述上述技術(shù)方案中,更優(yōu)選的所述本發(fā)明所述的技術(shù)方案,為甲醇制二甲醚反應(yīng)器溫度控制提供了可靠的定量的數(shù)據(jù)支持,并且在反應(yīng)器開車和運(yùn)行的時(shí)候,可以方便快捷的根據(jù)反應(yīng)器第一反應(yīng)區(qū)分配物料的比例來確定該物料需要加熱的溫度,一旦第一反應(yīng)區(qū)物料分配比例確定,后續(xù)各個(gè)反應(yīng)區(qū) 的物料分配比例也相應(yīng)的確定,從而確定了整個(gè)反應(yīng)區(qū)各個(gè)反應(yīng)區(qū)的進(jìn)料分配比例,使得開車和運(yùn)行過程變得簡單。本發(fā)明所述的技術(shù)方案,甲醇制二甲醚反應(yīng)器的原料可以是純甲醇,也可以是含水的甲醇,還可以是含有其他雜質(zhì)的甲醇,但這些雜質(zhì)不影響甲醇制二甲醚反應(yīng)。本發(fā)明所述的技術(shù)方案,使得甲醇制二甲醚反應(yīng)器的開車和運(yùn)行有了精確的數(shù)據(jù)作為參考,在控制和調(diào)節(jié)反應(yīng)區(qū)溫度時(shí),有明確的調(diào)節(jié)方向,從而使得控制和調(diào)節(jié)反應(yīng)區(qū)溫度更加簡便。本發(fā)明所述的技術(shù)方案,在各個(gè)進(jìn)料溫度點(diǎn),反應(yīng)區(qū)熱點(diǎn)溫度明顯低于美國專利US2014408和德國特許公開DE3817816所公開的技術(shù)方案。在各個(gè)進(jìn)料溫度點(diǎn)下,實(shí)施例中反應(yīng)器出口溫度比比較例反應(yīng)器出口溫度降低15~30℃,催化劑床層熱點(diǎn)溫度降低約15~30℃,從而使得床層溫升降低約15~30℃,因此有效的防止床層飛溫現(xiàn)象,延緩催化劑衰老、延長了催化劑壽命;并且由于本發(fā)明所采用的技術(shù)方案頂部進(jìn)料量F1小于1000kg/h,在同等進(jìn)料溫度情況下,由于本發(fā)明采用的技術(shù)方案反應(yīng)器第一反應(yīng)區(qū)需要加熱的進(jìn)料量小,因此加熱負(fù)荷低,故使進(jìn)料能耗較低,節(jié)約了能源。本發(fā)明所述的技術(shù)方案,不是采用傳統(tǒng)的一邊增加第一反應(yīng)區(qū)進(jìn)料,一邊調(diào)節(jié)該進(jìn)料的溫度,再根據(jù)第一反應(yīng)區(qū)反應(yīng)溫度來調(diào)節(jié)第一反應(yīng)區(qū)進(jìn)料的溫度,該方法僅僅依靠經(jīng)驗(yàn)值來判斷和調(diào)節(jié),很容易造成甲醇制二甲醚反應(yīng)器中催化劑床層飛溫,并且需要花費(fèi)大量的時(shí)間來找到適當(dāng)?shù)臏囟赛c(diǎn)。主要是因?yàn)榉磻?yīng)溫度是滯后的,即第一反應(yīng)區(qū)進(jìn)料溫度調(diào)節(jié)后,需要一定的時(shí)間才會(huì)顯示出調(diào)節(jié)的效果,而如果效果不佳或者方向不對(duì),又需要花費(fèi)大量的時(shí)間來重新調(diào)節(jié),這個(gè)不斷調(diào)節(jié)的過程很容易造成催化劑床層飛溫、超溫等現(xiàn)象出現(xiàn),還有就是帶來了個(gè)別床層溫差大、熱點(diǎn)溫度高的問題,以及由此帶來的催化劑容易衰老、催化劑壽命短的問題。下面通過實(shí)施例和示意圖來說明本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)勢。實(shí)施例和示意圖并不限制本發(fā)明的范圍。附圖說明圖1a為本發(fā)明甲醇制二甲醚反應(yīng)溫度控制方法一種示意流程圖。圖1b為本發(fā)明甲醇制二甲醚反應(yīng)溫度控制方法另一種實(shí)施方案的一種示意流程圖。圖2為美國專利US2014408和德國特許公開DE3817816所公開技術(shù)方案流程示意圖。在圖1圖2中,R1~Rn指反應(yīng)器,BED1~BEDn是指反應(yīng)器內(nèi)部的反應(yīng)區(qū),F(xiàn)0是總 進(jìn)料量,T0是總進(jìn)料的溫度,F(xiàn)1~Fn分別指BED1~BEDn的進(jìn)料量,T1是指第一反應(yīng)區(qū)BED1的進(jìn)料溫度;E1為換熱器。進(jìn)料溫度為T0的總進(jìn)料F0分為n股,第一股進(jìn)料F1送入換熱器E1中加熱后溫度為T1,送入第一反應(yīng)區(qū)BED1進(jìn)行反應(yīng),反應(yīng)完成后出第一反應(yīng)區(qū)的物料與第二股進(jìn)料F2進(jìn)行混合,混合后的物料送入第二反應(yīng)區(qū)BED2進(jìn)行反應(yīng),反應(yīng)完成后出第二反應(yīng)區(qū)的物料與第三股進(jìn)料F3進(jìn)行混合,混合后的物料送入第三反應(yīng)區(qū)BED3進(jìn)行反應(yīng),依次類推,直到反應(yīng)物料在第n反應(yīng)區(qū)進(jìn)行反應(yīng)完成后出反應(yīng)器。下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述,但不僅限于本實(shí)施例。具體實(shí)施方式【實(shí)施例1】以1000kg/h純甲醇進(jìn)料為基準(zhǔn),n取6,按照?qǐng)D1a或者1b所示方案進(jìn)行反應(yīng),第一反應(yīng)區(qū)進(jìn)料口進(jìn)料量分別為600kg/h,即K1=0.6,則根據(jù)公式50(1-K1)+245≤T1≤50(1-K1)+285計(jì)算可以得到265≤T1≤305,T1分別取265、285、305。取則各個(gè)反應(yīng)區(qū)出口溫度點(diǎn)溫度、熱點(diǎn)溫度、甲醇轉(zhuǎn)化率結(jié)果如表1:表1一段出口二段出口三段出口四段出口五段出口六段出口熱點(diǎn)溫度甲醇轉(zhuǎn)化率T1=26531129430431732833633683.8%T1=28533030731632833934734783.9%T1=30534932132833935035835884.0%【實(shí)施例2】以1000kg/h純甲醇進(jìn)料為基準(zhǔn),n取6,按照?qǐng)D1a或者1b所示方案進(jìn)行反應(yīng),第一反應(yīng)區(qū)進(jìn)料口進(jìn)料量分別為800kg/h,即K1=0.8,則根據(jù)公式50(1-K1)+245≤T1≤50(1-K1)+285計(jì)算可以得到255≤T1≤295,T1分別取255、275、295。則各個(gè)反應(yīng)區(qū)出口溫度點(diǎn)溫度、熱點(diǎn)溫度、甲醇轉(zhuǎn)化率結(jié)果如表2:表2一段出口二段出口三段出口四段出口五段出口六段出口熱點(diǎn)溫度甲醇轉(zhuǎn)化率T1=25530230732534135235835885.3%T1=27532132234035536637437485.4%T1=29534033835536938038038085.5%【實(shí)施例3】以1000kg/h純甲醇進(jìn)料為基準(zhǔn),n取4,按照?qǐng)D1a或者1b所示方案進(jìn)行反應(yīng),第一反應(yīng)區(qū)進(jìn)料口進(jìn)料量分別為700kg/h,即K1=0.7,則根據(jù)公式50(1-K1)+245≤T1≤50(1-K1)+285計(jì)算可以得到260≤T1≤300,T1分別取260、280、300。則各個(gè)反應(yīng)區(qū)出口溫度點(diǎn)溫度、熱點(diǎn)溫度、甲醇轉(zhuǎn)化率結(jié)果如表3:表3一段出口二段出口三段出口四段出口熱點(diǎn)溫度甲醇轉(zhuǎn)化率T1=26032533134134434482.3%T1=28034334635535635682.6%T1=30036236135836936983.2%【實(shí)施例4】以1000kg/h純甲醇進(jìn)料為基準(zhǔn),n取4,按照?qǐng)D1a或者1b所示方案進(jìn)行反應(yīng),第一反應(yīng)區(qū)進(jìn)料口進(jìn)料量分別為900kg/h,即K1=0.9,則根據(jù)公式50(1-K1)+245≤T1≤50(1-K1)+285計(jì)算可以得到250≤T1≤290,T1分別取250、270、290。則各個(gè)反應(yīng)區(qū)出口溫度點(diǎn)溫度、熱點(diǎn)溫度、甲醇轉(zhuǎn)化率結(jié)果如表4:表4一段出口二段出口三段出口四段出口熱點(diǎn)溫度甲醇轉(zhuǎn)化率T1=25031033035136536583.1%T1=27032834736738038083.3%T1=29034735336337637683.5%【實(shí)施例5】以1000kg/h純甲醇進(jìn)料為基準(zhǔn),n取2,按照?qǐng)D1a或者1b所示方案進(jìn)行反應(yīng),第一反應(yīng)區(qū)進(jìn)料口進(jìn)料量分別為800kg/h,即K1=0.8,則根據(jù)公式50(1-K1)+245≤T1≤50(1-K1)+285計(jì)算可以得到255≤T1≤295,T1分別取255、275、295。K2取0.2,則各個(gè)反應(yīng)區(qū)出口溫度點(diǎn)溫度、熱點(diǎn)溫度、甲醇轉(zhuǎn)化率結(jié)果如表5:表5一段出口二段出口熱點(diǎn)溫度甲醇轉(zhuǎn)化率T1=25535035135180.2%T1=27536736536780.3%T1=29538038038080.4%【實(shí)施例6】以1000kg/h純甲醇進(jìn)料為基準(zhǔn),n取2,按照?qǐng)D1a或者1b所示方案進(jìn)行反應(yīng),第一反應(yīng)區(qū)進(jìn)料口進(jìn)料量分別為900kg/h,即K1=0.9,則根據(jù)公式50(1-K1)+245≤T1≤50(1-K1)+285計(jì)算可以得到250≤T1≤290,T1分別取250、270、290。K2取0.1,則各個(gè)反應(yīng)區(qū)出口溫度點(diǎn)溫度、熱點(diǎn)溫度、甲醇轉(zhuǎn)化率結(jié)果如表6:表6一段出口二段出口熱點(diǎn)溫度甲醇轉(zhuǎn)化率T1=25033535335382.0%T1=27035336936982.1%T1=29037137437482.2%【實(shí)施例7】以1000kg/h進(jìn)料為基準(zhǔn),其中甲醇含量95%,水含量為5%,n取2,按照?qǐng)D1a或者1b所示方案進(jìn)行反應(yīng),第一反應(yīng)區(qū)進(jìn)料口進(jìn)料量分別為900kg/h,即K1=0.9,則根據(jù)公式50(1-K1)+245≤T1≤50(1-K1)+285計(jì)算可以得到250≤T1≤290,T1分別取250、270、290。K2取0.1,則各個(gè)反應(yīng)區(qū)出口溫度點(diǎn)溫度、熱點(diǎn)溫度、甲醇轉(zhuǎn)化率結(jié)果如表7:表7一段出口二段出口熱點(diǎn)溫度甲醇轉(zhuǎn)化率T1=25033034834881.8%T1=27034836436482.0%T1=29036636936982.1%【比較例1~3】按照美國專利US2014408和德國特許公開DE3817816公布的裝置,以1000kg/h純甲醇進(jìn)料為基準(zhǔn),按照?qǐng)D3所示方案進(jìn)行反應(yīng),其中反應(yīng)器進(jìn)料量為1000kg/h,則各個(gè)反應(yīng)區(qū)出口溫度點(diǎn)溫度、熱點(diǎn)溫度、甲醇轉(zhuǎn)化率結(jié)果如表8:表8進(jìn)料量入口溫度熱點(diǎn)溫度出口溫度反應(yīng)器溫升甲醇轉(zhuǎn)化率比較例1100025038038013083.1%比較例2100027040540513583.6%比較例3100029042742713783.9%【比較例4】按照本發(fā)明所述的技術(shù)方案,可以看出本發(fā)明反應(yīng)進(jìn)料溫度T1的區(qū)間在250~305之間,在本比較例中,取T1為230、320作為對(duì)比。以1000kg/h純甲醇進(jìn)料為基準(zhǔn),n取2,K1=0.9,K2取0.1,按照?qǐng)D1a或者1b所示方案進(jìn)行反應(yīng),則各個(gè)反應(yīng)區(qū)出口溫度點(diǎn)溫度、熱點(diǎn)溫度、甲醇轉(zhuǎn)化率結(jié)果如表9,可以看到T1為230時(shí),熱點(diǎn)溫度太低,反應(yīng)啟動(dòng)不了,大量甲醇沒有轉(zhuǎn)化;T1為320時(shí),熱點(diǎn)溫度過高,超出反應(yīng)床層催化劑承受限度,造成飛溫,影響催化劑的壽命。表9一段出口二段出口熱點(diǎn)溫度甲醇轉(zhuǎn)化率T1=23028730730755.5%T1=32041042042084.7%當(dāng)前第1頁1 2 3 
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