CN102826965B - 一种甲醇气相催化脱水生产二甲醚的工艺及设备 - Google Patents
一种甲醇气相催化脱水生产二甲醚的工艺及设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102826965B CN102826965B CN201210359782.9A CN201210359782A CN102826965B CN 102826965 B CN102826965 B CN 102826965B CN 201210359782 A CN201210359782 A CN 201210359782A CN 102826965 B CN102826965 B CN 102826965B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- reactor
- reaction
- methanol
- water
- dehydration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
本发明涉及一种甲醇气相催化脱水生产二甲醚的工艺及设备，属于化学工业二甲醚生产技术领域。技术方案是：设备包含反应器、反应水分离精馏塔（3）、反应器前换热器（4）和反应器下段前换热器（5）；在反应器上段、下段催化剂床层之间或多段反应器之间设置反应器下段前换热器和反应水分离精馏塔，充分利用反应产物的热量将其中的反应水分离出去，并补充新鲜甲醇后再进入下段催化剂床层继续进行甲醇催化脱水反应。本发明解决甲醇转化率低的问题，进而降低二甲醚生产过程的能耗。本发明可以在0.6-1.6MPa压力下甲醇气相催化脱水生产二甲醚精馏装置上使用，特别适用于甲醇气相脱水生产醇醚燃料及高纯含量的二甲醚。
Description
技术领域
本发明涉及一种甲醇气相催化脱水生产二甲醚的工艺及设备，属于化学工业二甲醚生产技术领域。
背景技术
目前，背景技术的甲醇气相催化脱水生产二甲醚的工艺为：甲醇气体经加热后进入反应器，从反应器出来的反应产物为混合物，含有反应生成物二甲醚、水以及未反应的甲醇等，反应后的混合物经回收热量后送入二甲醚精馏塔进行精馏分离，精馏塔釜液中含有反应水和未反应的甲醇再返回系统将甲醇回收，精馏塔顶为成品二甲醚；如中国专利号200410022020.5和200810054951.1所述，有的采用多段反应器或在反应器催化剂内设置换热管将反应热导出，如中国专利号200820063170.4和200620097885.2所述。
甲醇脱水生成二甲醚的化学反应其特点是，每生成1个分子的二甲醚就会生成1个分子的水，水是反应产物，水分进入反应器催化剂床层使得反应速度降低，同时也降低了甲醇脱水反应的平衡转化率；进入反应器甲醇气体中的甲醇含量很难达到100%，一般含有一定的水分，因此反应生成物中的水分摩尔百分含量要大于二甲醚的摩尔百分含量；催化剂上部或上段发生甲醇脱水反应生成的反应水以气体的形式存在，占据了大量的空间，水汽的分压大于二甲醚的分压，使得未反应的甲醇气体的分压大幅度降低，反应气进入催化剂下部或下段后使得甲醇脱水反应无法深度进行，反应器下部或后段催化剂的作用得不到有效发挥，同时因水的分子量小，水分在反应气中占的摩尔百分比很高，需要占据较大的空间，反应产物中的二甲醚含量较低、水分及甲醇含量较高，进行精馏分离以及精馏釜液进行甲醇回收需要的能耗也较高。
背景技术甲醇气相催化脱水生产二甲醚的工艺及设备主要存在的以下几个方面的问题：一是受化学平衡的影响，只能获得较低的甲醇转化率，一般为70-80%；二是反应器上部或上段进行甲醇脱水反应生成的反应产物中水分含量高，一般摩尔百分比为40-45%，脱水反应无法深度进行，使反应器下部或后段催化剂的作用得不到有效发挥，造成催化剂的大量浪费；三是因反应水在反应器中为气态，占据的空间较大，反应器设备及输送管路庞大；四是反应产物中较低的二甲醚含量以及较高的水分含量使得精馏分离及精馏釜液回收的能耗增加；五是生产过程中反应水的冷凝热浪费严重，没有得到较好的回收利用。
反应器下部或下段，以下统称为反应器下段或下段；反应器上部或上段，以下统称为反应器上段或上段。
发明内容
本发明的目的是提供一种甲醇气相催化脱水生产二甲醚的工艺及设备，将反应器上段催化剂床层甲醇气相脱水反应产物中的反应水分离，并引入新鲜甲醇，再进入下段催化剂床层，使进入下段催化剂床层的气体中的水汽含量降低、甲醇含量提高，在下段催化剂床层继续进行脱水反应，进而提高甲醇转化率，解决背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案为：
一种甲醇气相催化脱水生产二甲醚的工艺，包含反应器、反应水分离精馏塔、反应器前换热器和反应器下段前换热器；气体甲醇经反应器前换热器温度提升进入反应器上段催化剂床层进行催化脱水反应，反应产物经反应器下段前换热器换热后进入反应水分离精馏塔将其中的水精馏分离，同时向反应水分离精馏塔补充新鲜甲醇；甲醇气化后随分离水后的反应产物进入反应器下段催化剂床层继续进行催化脱水反应，分离出的水从反应水分离精馏塔底部排出，进行回收处理；反应器下段催化剂床层出口的反应产物，经反应器的反应器前换热器降温后送入后工序。
本发明的特别之处是在反应器上段、下段催化剂床层之间或多段反应器之间设置反应器下段前换热器和反应水分离精馏塔，充分利用反应产物的热量将其中的反应水分离出去，并补充新鲜甲醇后再进入下段催化剂床层继续进行甲醇催化脱水反应。
本发明的反应水分离精馏塔理论上属于反应器的一部分，利用精馏的原理将反应器上段催化剂床层甲醇催化脱水产物中的水与甲醇、二甲醚分离，二甲醚、甲醇为气态由塔顶部排出经换热提温后进入下段催化剂床层继续进行甲醇催化脱水反应；新鲜甲醇从反应水分离精馏塔上部或顶部加入，相当于精馏的回流，以保证塔顶采出的二甲醚、甲醇混合气体中较低的水汽含量，进而保证甲醇在反应器下段催化剂床层进行的脱水反应具有较高的转化率，同时将反应器上段反应产物的显热及反应产物中反应水的冷凝热用于反应水分离精馏塔的热源，来实现反应水的分离及甲醇的汽化。
在反应水分离精馏塔设置再沸器，热源为外来补充热源，蒸汽和导热油均可，以便于生产调节和控制塔釜温度；反应器上段催化剂床层甲醇催化脱水反应产物从塔的中部或中下部进料，为气相或气液混合进料。
所述反应器可以设置两段或多段，反应水分离精馏塔可以设置一台或多台与反应器配套。
反应水分离精馏塔塔顶气体为二甲醚、甲醇、水混合气体，水分的摩尔百分比≤20%，以≤5%为最佳；塔釜为液体水和少量甲醇，甲醇的摩尔百分比≤20%，以≤5%为最佳。
本发明的原理是：根据化学反应平衡的原理，在一定条件下达到化学平衡状态时，体系中各反应物和生成物的物质的量不再发生变化；反应生成物为两种，当一种反应生成物的量减少时，化学反应将向正方向移动，反应物的转化率将提高；甲醇气相催化脱水生产二甲醚的反应，反应速度很快，在很短的时间内即达到化学平衡，达到化学平衡时，反应物甲醇、生成物二甲醚和水的量将维持一定的平衡浓度，当反应生成物中的水减少、反应物甲醇增加时，将打破化学反应平衡，使甲醇脱氢反应继续进行。
一种甲醇气相催化脱水生产二甲醚的设备，包含反应器、反应水分离精馏塔、反应器前换热器和反应器下段前换热器；反应器前换热器的出口连接反应器的顶部，反应器与反应器下段前换热器连接，反应器下段前换热器连接反应水分离精馏塔，反应水分离精馏塔设有新鲜甲醇入口；所述的反应器包含反应器上段和反应器下段；气体甲醇经反应器前换热器温度提升进入反应器上段催化剂床层进行催化脱水反应，反应产物经反应器下段前换热器换热后进入反应水分离精馏塔将其中的水精馏分离，同时向反应水分离精馏塔补充新鲜甲醇；甲醇气化后随分离水后的反应产物进入反应器下段催化剂床层继续进行催化脱水反应，分离出的水从反应水分离精馏塔底部排出，进行回收处理；反应器下段催化剂床层出口的反应产物，经反应器前换热器降温后送入后工序。
在反应器上段和下段之间设置反应水分离精馏塔和反应器下段前换热器。
在反应水分离精馏塔下部设置再沸器，热源为外来补充热源，蒸汽和导热油均可，以便于生产调节和控制塔釜温度；反应器上段催化剂床层甲醇催化脱水反应产物从塔的中部或中下部进料，为气相或气液混合进料。
所述反应器为两段或多段结构，反应水分离精馏塔设置一台或多台与反应器配套。
本发明的积极效果是：针对现有甲醇气相脱水生产二甲醚工艺及设备存在的问题；在反应器上、下部催化剂床层之间或多段反应器之间设置反应水分离精馏塔，将反应产物中的水全部或部分分离，利用反应产物的显热及反应水的冷凝热汽化甲醇、分离反应水，补充新鲜甲醇后的混合气体再进入下部或下段催化剂床层继续进行甲醇催化脱水反应，解决甲醇转化率低的问题，进而降低二甲醚生产过程的能耗。
本发明甲醇气相催化脱水生产二甲醚的工艺及设备，与背景技术所述相比，甲醇转化率由70-80%提高到85-95%，二甲醚精馏塔釜液甲醇含量由35-45%提高到45%-65%；利用反应器上部或上段反应气显热及反应水冷凝热汽化甲醇的量占甲醇原料总量的20-40%，在反应器下部或下段催化剂床层进行脱水反应的甲醇的量占总量的20-40%，二甲醚整个生产过程能耗下降5-20%，反应器及配套管路的截面积可降低10-20%。
本发明可以在0.6-1.6MPa压力下甲醇气相催化脱水生产二甲醚精馏装置上使用，特别适用于甲醇气相脱水生产醇醚燃料及高纯含量的二甲醚。
附图说明
附图1是背景技术工艺流程示意图
附图2是本发明设备构成及工艺流程示意图；
图中：反应器上段1、反应器下段2、反应水分离精馏塔3、反应器前换热器4、反应器下段前换热器5、再沸器6、甲醇气体进口7、反应气出口14；塔底釜液（分离水出口）15；液体甲醇进口18。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
附图1为背景技术工艺流程示意图，主要包括反应器前换热器、反应器上段、反应器下段；流程简要说明如下：甲醇气体原料经反应器前换热器换热提温，进入反应器上段进行脱水反应，出口高温反应气含有生成物二甲醚、水和未反应的甲醇，与少量温度较低的甲醇气体混合后进入反应器下段，下段出口反应气进入反应器进口换热器与低温甲醇气体换热降温后进入后工序；因甲醇在反应器上段进行的脱水反应已达到或接近化学平衡，下段进口补充的低温甲醇气体的量一般为甲醇原料总量的0-5%，甲醇脱水反应总转化率为70-80%，若增大下段进口低温甲醇气体的量，甲醇总的转化率会明显降低。
附图2为本发明实施例设备构成及工艺流程示意图，包括反应器上段1、反应器下段2、反应水分离精馏塔3、反应器前换热器4、反应器下段前换热器5、再沸器6。流程简要说明如下：甲醇气体原料经反应器前换热器4换热提温，进入反应器上段1进行脱水反应，出口高温反应气含有生成物二甲醚、水和未反应的甲醇，进入反应器下段2的反应器下段前换热器5降温后由中部或中下部进入反应水分离精馏塔3，与上部来的液体甲醇进行传质、传热、精馏分离，水进入塔底由塔底排出回收处理，二甲醚及甲醇气体由塔顶排出经反应器下段前换热器加热提温后进入反应器下段催化剂床层进行脱水反应，反应脱水产物进入反应器前换热器与低温甲醇气体换热降温后进入后工序；反应器上段脱水反应产物中的水分在反应水分离精馏塔内全部或部分脱除，同时利用反应产物的显热和反应水的冷凝热汽化甲醇，进入反应器下段催化剂床层气体中的水分含量低、甲醇含量高，脱水反应的动力增加，可以充分发挥下段催化剂的作用，提高甲醇脱水反应的转化率，甲醇总的转化率为85-95%。
参照附图2，操作压力为0.8MPa(G)，采用脱水反应温度250-400℃催化剂、两段反应器以精甲醇为原料对本发明做进一步说明如下：
a.甲醇含量98%、流量13265kg/h、温度130℃的甲醇气体7，进入反应器前换热器4，温度升高到270℃的甲醇气体8进入反应器上段1的催化剂床层进行脱水反应；组成（wt%）二甲醚56.35%、水24.05%、甲醇19.60%，流量13265kg/h、温度为360℃的反应产物9进入反应器下段前换热器5，温度下降为160℃的反应产物10进入反应水分离精馏塔3的中下部；
b．反应水分离精馏塔3理论塔盘数为4 0层，组成（wt%）二甲醚56.35%、水24.05%、甲醇19.60%，流量13265kg/h、温度为160℃的反应产物10进入反应水分离精馏塔3的第13层塔盘（自下往上数）；甲醇含量为99%、流量5050Kg／h、温度为35℃的液体甲醇18，进入反应水分离精馏塔3的顶部入口第一层塔盘；反应水分离精馏塔3塔顶出口的二甲醚、甲醇、水混合气体11，组分含量（wt%）为二甲醚47.21%、甲醇47.36%、水5.43%，流量15835Kg/h、温度120-125℃的气体11进入反应器后换热器5，温度提升到290℃的混合气12进入反应器下段2的催化剂床层进行脱水反应；反应水分离精馏塔3塔底釜液15，组分含量（wt%）为水95.97%、甲醇4.03%，流量2480kg/h、温度150-160℃，排出回收处理。当控制塔釜温度为168-170℃时，塔底釜液15中的甲醇含量（wt%）可降到≤0.1%；
c.反应器下段2出口反应产物13，组分含量（wt%）为二甲醚71.03%、甲醇14.21%、水14.76%，流量15835Kg/h、温度315℃，进入反应器前换热器4；温度下降为200℃的反应气14，其组分含量与13相同，送入后工序；
d.流量800-1000kg/h、压力0.9MPa（G）饱和蒸汽16进入分离精馏塔再沸加热器6，控制塔釜温度150-160℃，排出的温度为150-160℃的冷凝水17,回收处理。
Claims (4)
1.一种甲醇气相催化脱水生产二甲醚的工艺，其特征在于：设备包含反应器、反应水分离精馏塔、反应器前换热器和反应器下段前换热器；所述反应器为两段或多段，反应水分离精馏塔设置一台或多台与反应器配套；在反应器上段、下段催化剂床层之间或多段反应器之间设置反应器下段前换热器和反应水分离精馏塔；
气体甲醇经反应器前换热器温度提升进入反应器上段催化剂床层进行催化脱水反应，反应产物经反应器下段前换热器换热后进入反应水分离精馏塔将其中的水精馏分离，同时向反应水分离精馏塔补充新鲜甲醇；甲醇气化后随分离水后的反应产物进入反应器下段催化剂床层继续进行催化脱水反应，分离出的水从反应水分离精馏塔底部排出，进行回收处理；反应器下段催化剂床层出口的反应产物，经反应器的反应器前换热器降温后送入后工序；反应水分离精馏塔将反应器上段催化剂床层甲醇催化脱水产物中的水与甲醇、二甲醚分离，二甲醚、甲醇为气态由塔顶部排出，经换热提温后进入下段催化剂床层继续进行甲醇催化脱水反应；
新鲜甲醇从反应水分离精馏塔上部或顶部加入，塔顶采出的二甲醚、甲醇混合气体中水分的摩尔百分比≤20%，甲醇在反应器下段催化剂床层进行的脱水反应，甲醇总的转化率为85-95%，同时将反应器上段反应产物的显热及反应产物中反应水的冷凝热用于反应水分离精馏塔的热源，来实现反应水的分离及甲醇的汽化。
2.根据权利要求1所述的一种甲醇气相催化脱水生产二甲醚的工艺，其特征在于：在反应水分离精馏塔设置再沸器，以便于生产调节和控制塔釜温度；反应器上段催化剂床层甲醇催化脱水反应产物从塔的中部或中下部进料，为气相或气液混合进料。
3.一种甲醇气相催化脱水生产二甲醚的设备，包含反应器、反应水分离精馏塔（3）、反应器前换热器（4）和反应器下段前换热器（5）；反应器前换热器的出口连接反应器的顶部，反应器与反应器下段前换热器连接，反应器下段前换热器连接反应水分离精馏塔，反应水分离精馏塔设有新鲜甲醇入口；所述的反应器包含反应器上段（1）和反应器下段（2）；气体甲醇经反应器前换热器温度提升进入反应器上段催化剂床层进行催化脱水反应，反应产物经反应器后换热器换热后进入反应水分离精馏塔将其中的水精馏分离，同时向反应水分离精馏塔补充新鲜甲醇；甲醇气化后随分离水后的反应产物进入反应器下段催化剂床层继续进行催化脱水反应，分离出的水从反应水分离精馏塔底部排出，进行回收处理；反应器下段催化剂床层出口的反应产物，经反应器前换热器降温后送入后工序；反应水分离精馏塔将反应器上段催化剂床层甲醇催化脱水产物中的水与甲醇、二甲醚分离，二甲醚、甲醇为气态由塔顶部排出，经换热提温后进入下段催化剂床层继续进行甲醇催化脱水反应；新鲜甲醇从反应水分离精馏塔上部或顶部加入，塔顶采出的二甲醚、甲醇混合气体中水分的摩尔百分比≤20%，甲醇在反应器下段催化剂床层进行的脱水反应，甲醇总的转化率为85-95%，同时将反应器上段反应产物的显热及反应产物中反应水的冷凝热用于反应水分离精馏塔的热源，来实现反应水的分离及甲醇的汽化；所述反应器为两段或多段结构，反应水分离精馏塔设置一台或多台与反应器配套。
4.根据权利要求3所述的一种甲醇气相催化脱水生产二甲醚的设备，其特征在于：在反应水分离精馏塔下部设置再沸器（6），以便于生产调节和控制塔釜温度；反应器上段催化剂床层甲醇催化脱水反应产物从塔的中部或中下部进料，为气相或气液混合进料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210359782.9A CN102826965B (zh) | 2012-09-25 | 2012-09-25 | 一种甲醇气相催化脱水生产二甲醚的工艺及设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210359782.9A CN102826965B (zh) | 2012-09-25 | 2012-09-25 | 一种甲醇气相催化脱水生产二甲醚的工艺及设备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102826965A CN102826965A (zh) | 2012-12-19 |
| CN102826965B true CN102826965B (zh) | 2014-10-22 |
Family
ID=47330308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210359782.9A Active CN102826965B (zh) | 2012-09-25 | 2012-09-25 | 一种甲醇气相催化脱水生产二甲醚的工艺及设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102826965B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103254042B (zh) * | 2013-05-24 | 2015-04-08 | 青岛理工大学 | 一种合成二甲醚的工艺方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101891597A (zh) * | 2010-07-05 | 2010-11-24 | 杨奇申 | 一种具有多级反应的二甲醚生产方法 |
| CN102471194A (zh) * | 2009-07-03 | 2012-05-23 | 卢尔吉有限公司 | 用于生产甲醇和二甲醚的方法和装置 |
| CN202786061U (zh) * | 2012-09-25 | 2013-03-13 | 文安县天澜新能源有限公司 | 一种甲醇气相催化脱水生产二甲醚的设备 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8378150B2 (en) * | 2009-08-12 | 2013-02-19 | Catalytic Distillation Technologies | Process for the production of dimethyl ether |
-
2012
- 2012-09-25 CN CN201210359782.9A patent/CN102826965B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102471194A (zh) * | 2009-07-03 | 2012-05-23 | 卢尔吉有限公司 | 用于生产甲醇和二甲醚的方法和装置 |
| CN101891597A (zh) * | 2010-07-05 | 2010-11-24 | 杨奇申 | 一种具有多级反应的二甲醚生产方法 |
| CN202786061U (zh) * | 2012-09-25 | 2013-03-13 | 文安县天澜新能源有限公司 | 一种甲醇气相催化脱水生产二甲醚的设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102826965A (zh) | 2012-12-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103908929B (zh) | 一种组合换热式多壳程的甲醇制烯烃固定床生产设备及其生产方法 | |
| CN100523132C (zh) | 一种利用固定床装置进行费托合成的方法 | |
| CN100582066C (zh) | 一种乙醇脱水生产乙烯的工艺 | |
| CN101979476B (zh) | 一种煤制合成气进行甲烷化合成天然气的工艺 | |
| CN102775274B (zh) | 一种草酸酯加氢制乙二醇的系统及方法 | |
| CN103467248B (zh) | 一种节能型的酯加氢工艺 | |
| CN102372558A (zh) | 用于乙醇制乙烯的方法 | |
| CN110171804B (zh) | 一种制氢提纯一体化装置及使用方法 | |
| CN101492398B (zh) | 高效冷凝、低安装高度co2气提法尿素生产工艺及高压管式全冷凝反应器 | |
| CN101376630B (zh) | 一种合成甲酸甲酯的间歇反应精馏方法和装置 | |
| CN102337160B (zh) | 一种高水气比饱和热水塔分股co变换工艺 | |
| CN101798265B (zh) | 一种生物乙醇制备乙酸乙烯的方法 | |
| CN101544545B (zh) | 一种从甲醇生产二甲醚的方法 | |
| CN105255532B (zh) | 一种流化床与固定床结合的甲烷化方法 | |
| CN102876411A (zh) | 一种生产合成天然气的方法及装置 | |
| CN102826965B (zh) | 一种甲醇气相催化脱水生产二甲醚的工艺及设备 | |
| CN103540376B (zh) | 合成气甲烷化制替代天然气的方法 | |
| CN202786061U (zh) | 一种甲醇气相催化脱水生产二甲醚的设备 | |
| CN207451978U (zh) | 一种利用二氧化碳生产醋酸正丙酯的装置 | |
| CN102268307A (zh) | 一种利用甲醇驰放气生产合成天然气的方法 | |
| CN203170305U (zh) | 一种组合换热式多壳程的甲醇制烯烃固定床生产设备 | |
| CN204939338U (zh) | 一种焦化粗苯加氢工艺的反应系统 | |
| CN102179059A (zh) | 一种乙酸甲酯的水解装置及其工艺方法 | |
| CN103420752A (zh) | 生物质乙醇脱水制乙烯的分离精制方法 | |
| CN101851152A (zh) | 一种甲醇气相脱水制二甲醚的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |