CN101705106A - 一种粗(精)甲醇制取mtg(或dme)节能新工艺 - Google Patents

一种粗(精)甲醇制取mtg(或dme)节能新工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种粗(精)甲醇制取MTG(或DME)节能新工艺，该工艺包括下列步骤：a、甲醇输送及余热回收过程；b、甲醇分离提浓过程；c、甲醇脱水反应过程；d、产品精馏分离过程；e、尾气洗涤回收过程。本发明将两套装置的部分设备有机结合起来不仅实现热能综合利用，减少工程投资，同时便于产品结构调整的一种低能耗工艺。

Description

一种粗(精)甲醇制取MTG(或DME)节能新工艺
技术领域
本发明涉及甲醇制MTG(汽油)、甲醇制DME(二甲醚)及DME生产MTG(二甲醚生产汽油)领域，尤其是一种粗(精)甲醇制取MTG(或DME)节能新工艺。
背景技术
我国是一个富煤贫油的国家，汽油的进口量已经超过总用量的50％，而且需求量仍在不断增加。近年来我国甲醇、二甲醚装置及产量已经出现暂时过剩。现有本发明专利完全可以实现甲醇生产汽油、二甲醚生产汽油或甲醇生产二甲醚节能新工艺。在国内及国外具有较大的市场，前景较好。
气相粗(精)甲醇生产二甲醚技术在国内非常成熟，二甲醚生产汽油技术也成熟，我们将两种生成工艺结合起来，并将系统中的热能按照品位等级实现阶梯式热能回收，做到综合能耗最低。
发明内容
为了解决现有甲醇生产二甲醚、甲醇生产汽油或二甲醚生产汽油中能耗大，装置各单元为独立的单系统、工程出现重复投资等问题；本发明提供一种可以由甲醇直接生产汽油或甲醇直接生产二甲醚的节能新工艺，并将两套装置的部分设备有机结合起来不仅实现热能综合利用，减少工程投资，同时便于产品结构调整的一种低能耗工艺。
为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是本发明的技术方案是：该甲醇制二甲醚的生产工艺包括下列步骤：
a、甲醇输送及余热回收过程；
b、甲醇分离提浓过程；
c、甲醇脱水反应过程；
d、产品精馏分离过程；
e、尾气洗涤回收过程；
其中步骤a中，甲醇经过原料泵增压后分别通过一级余热加热器、二级余热加热器、三级余热加热器分别回收残液、蒸汽冷凝水和反应后气体的余热，将甲醇的温度加热到145℃；
其中步骤b中，来自三级余热加热器的甲醇及来自精馏分离塔经增压泵增压输送过来的富液分别进入回收蒸发传质塔不同塔板，在回收蒸发传质塔内完成甲醇提浓汽化过程；
其中步骤b中，是1.3～2.5MPa的中压蒸汽由一级热源再沸器加入，依次通过二级热源再沸器、二级余热加热器实现外供热能三级阶梯型回收利用；
其中步骤c中，从回收蒸发传质塔顶部出来的气相甲醇进入气气换热器A进一步提温，温度提到170～200℃后进入带电加热器脱水反应器，催化剂床层温度控制在250～350℃，完成脱水反应；
其中步骤d中，是转化后的气体依次通过气气换热器B(制二甲醚时是不是不通过它了？)、气气换热器A、余热再沸器、三级余热加热器进行四级余热回收，并以气态状态进入精馏分离塔进行MTG产品分离，并通过主产品冷却器、产品中间槽、回流泵来实现产品的纯度，塔底富液通过增压泵输送到回收蒸发传质塔回收未反应的甲醇；
其中步骤e中，是主产品冷却器出来的气体含有部分甲醇和有效气体，采用原料泵过来的部分甲醇在有效气体回收塔内对放空气体进行洗涤，将甲醇返回原料常压槽。
上述步骤c中：主要化学反应方程式为：2CH3OH＝CH3OCH3+H2O+2314kJ/mol(1)，在一定温度和压力情况下，并有γ-AL2O3催化剂存在时完成甲醇脱水反应。
一种甲醇制MTG的生产工艺，在上述方案的基础上，在步骤c和步骤d之间增加DME转化MTG过程：本过程是在上述系统工艺流程中增加气气换热器B、带电加热器转化反应器、主控制阀B、近路控制阀B、副线控制阀B及增压机；
上述上骤中，从带电加热器脱水反应器出来的含有DME、甲醇、水的气相混合气体进入气气换热器B进一步提温，温度提高到350～380℃后进入带电加热器转化反应器，带电加热器转化反应器床层温度控制在390～415℃、压力在0，8～2.5MPa情况下进行转化反应生成MTG，并通过主控制阀B、近路控制阀B及副线控制阀B来调节催化剂床层温度；
其中步骤e中，是主产品冷却器出来的气体含有部分甲醇和有效气体，采用原料泵过来的部分甲醇在有效气体回收塔内对放空气体进行洗涤，将甲醇返回原料常压槽，余下气体经过增压机输送到带电加热器转化反应器进入下一循环。
甲醇制MTG的生产工艺：由带电加热器转化反应器转化后的气体依次通过气气换热器B、气气换热器A、余热再沸器、三级余热加热器进行四级余热回收，并以气态状态进入精馏分离塔进行MTG产品分离，并通过主产品冷却器、产品中间槽、回流泵来实现产品的纯度，塔底富液通过增压泵输送到回收蒸发传质塔回收未反应的甲醇，根据要求产品的纯度再增设一套或数套精馏分离塔及回流装置。
甲醇制MTG的生产工艺：在带电加热器脱水反应器和带电加热器转化反应器的催化剂容积大的情况下，上部装填生产DME催化剂，下部装填生产MTG催化剂，“气气换热器A进一步提温后进入带电加热器脱水反应器完成脱水反应，并通过主控制阀A、近路控制阀A及副线控制阀A”和“气气换热器B进一步提温后进入带电加热器转化反应器进行转化反应生成MTG，并通过主控制阀B、近路控制阀B及副线控制阀B”这两部分可以合并为一个工艺流程，同样能够满足生产MTG的要求。
本发明的有益效果是利用现有的设备及工艺参数将甲醇直接生产汽油和甲醇直接生产二甲醚两套装置的部分设备有机结合起来，不仅实现热能综合利用，减少工程投资，同时便于产品结构调整的一种低能耗工艺。
附图说明
图1为本发明甲醇制备汽油的工艺流程图
图2为本发明甲醇制备二甲醚的工艺流程图
图中1-带电加热器脱水反应器、2-气气换热器A、3-回收蒸发传质塔、4-余热再沸器、5-一级热源再沸器、6-杂醇冷却器、7-一级余热加热器、8-二级余热加热器、9-三级余热加热器、10-精馏分离塔、11-二级热源再沸器、12-主产品冷却器、13-产品中间槽、14-回流泵、15-原料中间槽、16-原料常压槽、17-原料泵、18-有效气体回收塔、19-主控制阀A、20-近路控制阀A、21-副线控制阀A、22-带电加热器转化反应器、23-气气换热器B、24-主控制阀B、25-近路控制阀B、26-副线控制阀B、27-增压机、28-增压泵.
具体实施方案
下面结合附图对本发明实施方式作进一步说明：
方案一、甲醇生产二甲醚和二甲醚再生产汽油的新工艺，如图1所示，具有以下过程：
a、甲醇输送及余热回收过程；
b、甲醇分离提浓过程；
c、甲醇脱水反应过程；
d、DME(或甲醇)转化MTG过程；
e、产品精馏分离过程；
f、尾气洗涤回收过程。
本发明过程中步骤a，甲醇经过原料泵17增压后分别通过一级余热加热器7、二级余热加热器8、三级余热加热器9分别回收残液、蒸汽冷凝水和反应后气体的余热，将甲醇的温度加热到145℃；
本发明过程中b，来自三级余热加热器145℃的甲醇及来自精馏分离塔10以增压泵28增压输送过来的145℃的富液分别进入回收蒸发传质塔3不同塔板，在回收蒸发传质塔3内完成甲醇提浓汽化过程，回收蒸发传质塔3排除残液中甲醇含量小于70PPm；
本发明过程中b，是原料甲醇中的杂醇由回收蒸发传质塔3下部抽出，经过杂醇冷却器6冷却后回收；
本发明过程中b，是1.5MPa(例如2.5MPa)的中压蒸汽由一级热源再沸器5加入，依次通过二级热源再沸器11、二级余热加热器8实现外供热能三级阶梯型回收利用。
本发明过程中c，145℃的气相甲醇进入气气换热器A2进一步提温，温度提到170～200℃后进入带电加热器脱水反应器1，催化剂床层温度控制在250～350℃，完成脱水反应，并通过主控制阀A、近路控制阀A及副线控制阀A来调节催化剂床层温度和催化剂的升温过程，升温过程是从常温升到250～350℃；
本发明过程中c，主要化学反应方程式为：2CH3OH＝CH3OCH3+H2O+2314kJ/mol(1)，在一定温度(250～350℃)和压力(0.8～2.5MPa)情况下，并有γ-AL2O3催化剂存在时完成甲醇脱水反应。
本发明过程中d，出带电加热器脱水反应器1的气体温度为300～320℃，含有DME、甲醇、水的气相混合气体进入气气换热器B23进一步提温，温度提高到350～380℃后进入带电加热器转化反应器22进行转化反应生成MTG(汽油，C2～C5)，反应器床层温度控制在390～415℃进行转化反应生成MTG，并通过主控制阀B24、近路控制阀B25及副线控制阀B26来调节(进催化剂床层温度高时，副线阀开起度大)催化剂床层温度，使催化剂床层温度控制在390～415℃范围。
本发明过程中d，是在一定温度(390～415℃)和压力(0.8～2.5MPa)情况下，并有ZSM-5以及其它催化剂存在条件下完成下列反应：
CH3OH→1/2CH3OCH3+1/2H2O+10.08kJ…………………(2)
1/2CH3OCH3→(CH2)烯+1/2H2O+18.69kJ……………………(3)
(CH2)烯→烃(烯烃、芳香烃、脂肪烃)+15.96kJ………(4)
本发明过程中d，是“气气换热器B23进一步提温后进入带电加热器转化反应器22进行转化反应生成MTG，并通过主控制阀B24、近路控制阀B25及副线控制阀B26”的工艺流程可采用多套串联或并联的工艺流程；
本发明过程中d，是如果带电加热器脱水反应器1和带电加热器转化反应器22的催化剂容积足够大，上部装填生产DME催化剂，下部装填生产MTG催化剂，专利流程图上的“气气换热器A2进一步提温后进入带电加热器脱水反应器1完成脱水反应，并通过主控制阀A19、近路控制阀A20及副线控制阀A21”和“气气换热器B23进一步提温后进入带电加热器转化反应器22进行转化反应生成MTG，并通过主控制阀B24、近路控制阀B25及副线控制阀B26”部分可以合并为一个工艺流程。同样能够满足生产MTG的要求；
本发明过程中e，出带电加热器转化反应器22390～415℃的气体依次通过气气换热器B23、气气换热器A2、余热再沸器4、三级余热加热器9进行四级余热回收，并以气态状态进入精馏分离塔10(进料位置靠近精馏塔的下部)进行MTG产品分离。并通过主产品冷却器12、产品中间槽13、回流泵14来实现产品的纯度，精馏分离塔10塔底富液通过增压泵28输送到回收蒸发传质塔3回收未反应的C1～C5的部分有效成分。根据要求产品的纯度也可以再增设一套或数套精馏分离塔及回流装置。
本发明过程中f，是主产品冷却器12出来的气体含有部分甲醇和含有部分C1～C5有效成分，采用原料泵过来的部分甲醇在有效气体回收塔18内对放空气体进行洗涤，将甲醇返回原料常压槽16，余下气体(C1～C5)经过增压机27输送到带电加热器转化反应器22进入下一循环。
通过方案一的工艺生产MTG(93#汽油)可以做到：甲醇消耗≤2.36t/tMTG、冷却水消耗≤186t/tMTG、蒸汽消耗≤1.36t/tMTG、电消耗≤189KWh/tMTG，比现有甲醇生产汽油技术分别节省甲醇0.22t/tMTG、冷却水157t/tMTG、蒸汽0.84t/tMTG、221KWh/tMTG。
方案二、甲醇生产二甲醚和的新工艺：方案一系统工艺流程中减去气气换热器B、带电加热器转化反应器22、主控制阀B、近路控制阀B、副线控制阀B、及增压机27本专利就成为生产DME(二甲醚)产品的工艺技术，如发明专利图2。主要化学反应方程式为：2CH3OH＝CH3OCH3+H2O+2314kJ/mol(1)，在一定温度和压力情况下，并有γ-AL2O3催化剂存在时完成甲醇脱水反应。
脱水后的气体依次通过气气换热器B、气气换热器A2、余热再沸器4、三级余热加热器9进行四级余热回收，并以气态状态进入精馏分离塔10进行MTG产品分离，并通过主产品冷却器12、产品中间槽13、回流泵14来实现产品的纯度，塔底富液通过增压泵28输送到回收蒸发传质塔回收未反应的甲醇；主产品冷却器12出来的气体含有部分甲醇和有效气体，采用原料泵17过来的部分甲醇在有效气体回收塔18内对放空气体进行洗涤，将甲醇返回原料常压槽16。
通过方案二的工艺生产中间产物DEM(二甲醚)可以做到：甲醇消耗≤1.408t/tDEM、冷却水消耗≤37t/tDEM、蒸汽消耗≤0.8t/tDEM、电消耗≤5KWh/tDEM，比现有甲醇生产二甲醚技术分别节省甲醇0.12t/tDEM、冷却水63t/tDEM、蒸汽0.42t/tDEM、电12KWh/tDEM.

Claims (12)

1.一种粗(精)甲醇制取MTG(或DME)节能新工艺，具有以下过程：
a、甲醇输送及余热回收过程，
b、甲醇分离提浓过程，
c、甲醇脱水反应过程，
d、DME(或甲醇)转化MTG过程，
e、产品精馏分离过程，
f、尾气洗涤回收过程，
其特征是：
所述的过程a甲醇通过泵输送，并经过一至三余热加热器加热，温度升高到145℃，大部分甲醇被汽化；
所述的过程b是回收后余热后的甲醇及精馏分离塔过来的富液分别进入回收蒸发传质塔对甲醇进行提浓汽化；
所述的过程c是气态甲醇在反应器内，并有催化剂存在条件下内完成脱水反应；
所述的过程d是气态DME(或甲醇)在反应器内，并有催化剂存在条件下内完成转化反应生成MTG；
所述的过程e是通过精馏分离完成产品分离任务；所述的过程f是通过洗涤回收甲醇等，并将有效气体返回系统进行下一反应；
2.根据权利要求1所述一种粗(精)甲醇制取MTG(或DME)节能新工艺，其特征是所述是：甲醇经过原料泵(17)增压后分别通过一级余热加热器(7)、二级余热加热器(8)、三级余热加热器(9)分别回收残液、蒸汽冷凝水和反应后气体的余热，将甲醇的温度加热到145℃；
3.根据权利要求1所述一种粗(精)甲醇制取MTG(或DME)节能新工艺，其特征是所述是：来自三级余热加热器(9)的甲醇及来自增压泵(28)输送过来的富液分别进入不同塔板，在回收蒸发传质塔(3)内完成甲醇提浓汽化过程，回收蒸发传质塔(3)排除残液中甲醇含量小于70PPm；
4.根据权利要求1所述一种粗(精)甲醇制取MTG(或DME)节能新工艺，其特征是所述是：气相甲醇进入气气换热器A进一步提温后进入带电加热器脱水反应器(1)完成脱水反应，并通过主控制阀A(19)、近路控制阀A(20)及副线控制阀A(21)来调节催化剂床层温度和催化剂的升温还原过程；
5.根据权利要求1所述一种粗(精)甲醇制取MTG(或DME)节能新工艺，其特征是所述是：含有DME、甲醇、水的气相混合气体进入气气换热器B(23)进一步提温后进入带电加热器转化反应器(22)进行转化反应生成MTG，并通过主控制阀B(24)、近路控制阀B(25)及副线控制阀B(26)来调节催化剂床层温度和催化剂的升温还原过程；
6.根据权利要求1所述一种粗(精)甲醇制取MTG(或DME)节能新工艺，其特征是所述是：转化后的气体依次通过气气换热器B(23)、气气换热器A(2)、余热再沸器(4)、三级余热加热器(9)进行四级余热回收，并以气态状态进入精馏分离塔(10)进行MTG产品分离，并通过主产品冷却器(12)、产品中间槽(13)、回流泵(14)来实现产品的纯度，塔底富液通过增压泵(28)输送到回收蒸发传质塔(3)回收未反应的甲醇。也可以再增设一套或数套精馏分离塔及回流装置(主要根据要求产品的纯度)；
7.根据权利要求1所述一种粗(精)甲醇制取MTG(或DME)节能新工艺，其特征是所述是：主产品冷却器(12)出来的气体含有部分甲醇和有效气体，采用原料泵(17)过来的部分甲醇在有效气体回收塔(18)内对放空气体进行洗涤，将甲醇返回原料常压槽(16)，余下气体经过增压机(27)输送到带电加热器转化反应器(22)进入下一循环。
8.根据权利要求1所述一种粗(精)甲醇制取MTG(或DME)节能新工艺，其特征是所述是：系统工艺流程中减去气气换热器B(23)、带电加热器转化反应器(22)、主控制阀B(24)、近路控制阀B(25)、副线控制阀B(26)、及增压机(27)本专利就成为生产DME产品的工艺技术，如发明专利图2；
9.根据权利要求1所述一种粗(精)甲醇制取MTG(或DME)节能新工艺，其特征是所述是：中压蒸汽由一级热源再沸器(5)加入，依次通过二级热源再沸器(11)、二级余热加热器(8)实现外供热能三级阶梯型回收利用；
10.根据权利要求1所述一种粗(精)甲醇制取MTG(或DME)节能新工艺，其特征是所述是：“气气换热器B(23)进一步提温后进入带电加热器转化反应器(22)进行转化反应生成MTG，并通过主控制阀B(24)、近路控制阀B(25)及副线控制阀B(26)”的工艺流程可采用多套串联或并联的工艺流程。
11.根据权利要求1所述一种粗(精)甲醇制取MTG(或DME)节能新工艺，其特征是所述是：如果带电加热器脱水反应器(1)和带电加热器转化反应器(22)的催化剂容积足够大，上部装填生产DME催化剂，下部装填生产MTG催化剂，专利流程图上的“气气换热器A进一步提温后进入带电加热器脱水反应器(1)完成脱水反应，并通过主控制阀A(19)、近路控制阀A(20)及副线控制阀A(21)”和“气气换热器B(23)进一步提温后进入带电加热器转化反应器(22)进行转化反应生成MTG，并通过主控制阀B(24)、近路控制阀B(25)及副线控制阀B(26)”部分可以合并为一个工艺流程。同样能够满足生产MTG的要求。
12.根据权利要求1所述一种粗(精)甲醇制取MTG(或DME)节能新工艺，其特征是所述是：原料甲醇中的杂醇由回收蒸发传质塔(3)下部抽出，经过杂醇冷却器(6)冷却后回收。
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