CN105884586A - 一种甲醇气相脱水制二甲醚装置联产甲醇钠的方法及其装置 - Google Patents

一种甲醇气相脱水制二甲醚装置联产甲醇钠的方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种甲醇气相脱水制二甲醚装置联产甲醇钠的方法和装置，通过对甲醇气相脱水制二甲醚装置的改进来联产甲醇钠，所述的联产装置包括甲醇中间储罐、甲醇进料泵、甲醇精馏塔、反应器、二甲醚精馏塔、水甲醇输送泵、甲醇收集罐、闪蒸汽提塔、甲醇钠反应塔、新增甲醇精馏塔和新增泵。本发明所述的方法和装置可在甲醇气相脱水制二甲醚装置的基础上稍加调整即实现甲醇钠的生产，是一种高效节能的生产工艺和装置。

Description

一种甲醇气相脱水制二甲醚装置联产甲醇钠的方法及其装置
技术领域
本发明涉及化工生产领域，尤其是一种甲醇气相脱水制二甲醚装置联产甲醇钠的方法及其装置。
背景技术
二甲醚(DME)作为一种重要的化工原料，用途十分广泛。工业上制备二甲醚最为成熟的方法是甲醇气相脱水法，其反应方程式如下：
2CH3OH→CH3OCH3+H2O
该反应的主要特点是设有甲醇精馏塔，用精馏的方法将二甲醚精馏塔塔釜中的含水甲醇进行提纯，获得精甲醇再返回做原料，虽然实现了原料的回收利用，但精馏过程也消耗了大量的热能，且所回收的精甲醇为液态，返回做原料时还需要加热汽化，也需要消耗大量的热能，所以，就单纯地生产二甲醚而言，该套生产设备的能耗较高，产品单一，经济成本较高。
甲醇钠是一种重要的有机合成中间体，广泛应用于医药、化工、农药、燃料等行业。工业上采用氢氧化钠与甲醇反应脱水生成甲醇钠甲醇溶液，其反应方程式如下：
NaOH+CH3OH→CH3ONa+H2O
该反应为可逆反应，因此如何将反应产生的水脱除，使反应朝着正方向进行是碱法制备甲醇钠的关键所在。目前工业上采用的成熟可靠的办法是将无水甲醇蒸汽(水含量≤500ppm)从甲醇钠反应塔底部送入，甲碱液(甲醇和氢氧化钠的混合液)从甲醇钠反应塔上部送入，两者逆流接触，使反应产生的水分源源不断的被无水甲醇蒸汽带出，使产品甲醇钠溶液达到质量要求。
中国发明专利申请CN 104341270 A公开了一种甲醇钠和二甲醚的联产工艺，将反应器产生的含水甲醇通过甲醇精馏塔后再经甲醇汽化塔产生甲醇蒸汽，用于生产甲醇钠，其能耗并未有效降低，因为甲醇汽化塔的作用仅在于将甲醇由液相转化为气相，而甲醇精馏塔内本身存在甲醇蒸汽，可以经调整后直接引出使用。
发明内容
本发明所要解决的问题是克服现有技术存在的不足，利用甲醇气相脱水制二甲醚装置联产甲醇钠，合理利用装置内的物料和能量，从而增加产品附加值，降低能耗。
结合二甲醚生产工厂的自身优势，本发明利用二甲醚装置联产甲醇钠，根据工艺计算，现有二甲醚装置甲醇精馏塔(T101)塔顶甲醇蒸汽含水量(水含量≥5％)不能满足甲醇钠生产所需的无水甲醇蒸汽的要求，需结合甲醇钠工艺平衡计算，增设甲醇精馏塔与二甲醚装置原有的甲醇精馏塔串联，以同时满足两套生产装置的工艺需求；同时，对现有二甲醚装置的个别管道和设备做出调整，具体调整如下：1：因闪蒸汽提塔(T104)回收的水甲醇含水量较高(水的质量含量≥60～90％)，该股物料进入甲醇中间罐(V101)中会影响甲醇中间罐(V101)精甲醇的含量，从而使甲醇精馏塔(T101)顶部进口(B口)精甲醇的水含量偏高(水的质量含量≥5％)，导致甲醇精馏塔(T101)塔顶部出气口(A口)甲醇蒸汽中含水量偏高，为保障甲醇精馏塔顶部出口(A口)甲醇蒸汽的水含量，不能将回收的水甲醇直接送入甲醇中间罐(V101)而影响了其甲醇的含量，需新增泵至少一台，将该水甲醇送入甲醇收集罐(V103)，与二甲醚精馏塔釜液一起通过输送泵(P103)送入甲醇精馏塔(T101)中部进行精馏回收。
进一步的，来自二甲醚精馏塔(T102)的塔釜液(水的质量含量≥55％)经水甲醇输送泵(P103)送入甲醇精馏塔(T101)中部进料口(C口)，该进料口与甲醇精馏塔(T101)上部的精甲醇进料口(b)之间有一段5米的填料，经核算，该填料高度足以分离来自二甲醚精馏塔(T102)的塔釜液中水分，使甲醇精馏塔(T101)出口甲醇蒸汽水含量小于≤0.2％，能满足联产甲醇钠对甲醇蒸汽含水量的要求。
另外，二甲醚精馏塔塔釜液正常流量为：12t/h，将该股物料通过水甲醇输送泵(P103)送入甲醇精馏塔(T101)中部进料口(C口)是二甲醚生产中重要的节能方式，故本发明不需单独设置分离塔来回收该股物料中的甲醇。
本发明的具体方案如下：
一种甲醇气相脱水制二甲醚装置联产甲醇钠的方法，所述的甲醇气相脱水制二甲醚装置包括甲醇中间储罐、甲醇进料泵、甲醇精馏塔、反应器、二甲醚精馏塔、水甲醇输送泵、甲醇收集罐、闪蒸汽提塔，还包括甲醇钠反应塔、新增甲醇精馏塔，两者串联，其中新增甲醇精馏塔塔顶产生的无水甲醇蒸汽送入甲醇钠反应塔塔底，与从甲醇钠反应塔塔顶进入的甲碱溶液反应，在甲醇钠反应塔塔底收集甲醇钠，甲醇钠反应塔塔顶引出含水甲醇蒸汽，一部分进入甲醇气相脱水制二甲醚装置中的反应器进行脱水反应，生成二甲醚；另一部分返回新增甲醇精馏塔进行精馏；新增甲醇精馏塔塔底的含水甲醇通过新增泵输送到甲醇气相脱水制二甲醚装置中的甲醇精馏塔塔顶，进行精馏；在闪蒸汽提塔和甲醇收集罐之间增加至少一台泵，将闪蒸汽提塔塔顶产生的含水甲醇送回甲醇收集罐，和甲醇收集罐内收集到的二甲醚精馏塔塔釜液一起送到甲醇精馏塔中部水甲醇进料口C，进行精馏。
进一步的，所述的甲醇气相脱水制二甲醚装置中的甲醇精馏塔上部设有精甲醇进料口B，且所述的进料口B高于进料口C至少5米。
进一步的，所述的新增甲醇精馏塔和所述的甲醇气相脱水制二甲醚装置中的甲醇精馏塔为填料塔，其填料为不锈钢波纹孔板填料。
进一步的，所述的新增甲醇精馏塔塔顶产生的甲醇蒸汽其含水量≤0.8％。
进一步的，所述的甲醇气相脱水制二甲醚装置中的甲醇精馏塔初始进料甲醇的质量浓度≧99.8％、温度135℃。
进一步的，所述的甲醇气相脱水制二甲醚装置中的反应器内温度为285～395℃、压力为0.6～2.5MPa。
进一步的，所述的二甲醚的产量为12.5t/h，甲醇钠的产量为5t/h。
进一步的，所述的甲醇钠反应塔操作温度为125～245℃、压力为0.3～2.5MPa；任选的，所述的甲碱溶液中碱的质量浓度为18-22％，甲碱溶液的温度为25～75℃。
一种二甲醚联产甲醇钠的装置，包括甲醇中间储罐、甲醇进料泵、甲醇精馏塔、反应器、二甲醚精馏塔、水甲醇输送泵、甲醇收集罐、闪蒸汽提塔、甲醇钠反应塔、新增甲醇精馏塔、新增泵，其中，甲醇中间储罐中的原料甲醇经过甲醇进料泵送入甲醇精馏塔进料口B，与来自新增甲醇精馏塔塔底的含水甲醇一起，在甲醇精馏塔进行精馏；新增甲醇精馏塔塔顶产生的无水甲醇蒸汽送入甲醇钠反应塔塔底，与从甲醇钠反应塔塔顶进入的甲碱溶液反应，在甲醇钠反应塔塔底收集甲醇钠，甲醇钠反应塔塔顶引出含水甲醇蒸汽，一部分返回新增甲醇精馏塔进行精馏，另一部分进入反应器进行脱水反应，生成二甲醚；反应器内混合产物引入二甲醚精馏塔，从二甲醚精馏塔塔顶采出二甲醚产品，二甲醚精馏塔塔釜液送至甲醇收集罐，与通过新增泵输送的来自闪蒸汽提塔塔顶的甲醇在甲醇收集罐混合后，通过水甲醇输送泵送入甲醇精馏塔进料口C，进行精馏。
有益效果：(1)本发明所述的联产工艺和装置，甲醇钠反应塔塔顶出来的含水甲醇蒸汽不需要精馏提纯，直接送至二甲醚装置作为原料使用，与传统甲醇钠生产工艺比较，联产时蒸汽耗量减少约80％；(2)本发明所述的方法和装置，在生产二甲醚的同时生产甲醇钠，不影响原有的二甲醚生产状态，生产每吨甲醇钠产品消耗电能10-20KWh、蒸汽0.6-0.9吨、循环水80m3/h，而单独生产甲醇钠，每吨甲醇钠产品将消耗电能约150KWh、蒸汽4.5-5.0吨、循环水约300m3/h，可见本发明所述的方法节能且高效。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的甲醇气相脱水制二甲醚装置示意图；
图2是本发明实施例2提供的甲醇气相脱水制二甲醚装置联产甲醇钠的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步阐述。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。文中相同的附图标记始终代表相同的元件，相似的附图标记代表相似的元件。
实施例1二甲醚生产示例
如图1所示，本装置为年产10万吨二甲醚装置：首先，将原料甲醇中间储罐V101中的原料甲醇经过甲醇进料泵P101送入甲醇精馏塔T101进料口B，初始进料甲醇的质量浓度≧99.8％、温度135℃，甲醇精馏塔T101塔釜配有再沸器，用水蒸汽加热使甲醇汽化成甲醇蒸汽沿塔上升，甲醇蒸汽从甲醇精馏塔T101上部送出，该甲醇蒸汽其含水量为5％，经换热器E102与反应器R101流出物进行热交换后升温到230℃，其压力为2MPa、质量浓度≧95％，之后进入反应器R101内进行脱水反应。
甲醇蒸汽先进入反应器R101内部换热管吸收脱水反应放出的热量，升温至260～320℃即进入催化剂层进行脱水反应，反应器R101内温度为285～395℃、压力为0.6～2.5MPa，反应生成二甲醚和水。
脱水反应产物主要由二甲醚、甲醇、水及少量不凝性气体组成，将其送入二甲醚精馏塔T102后，受到塔顶下流的二甲醚液的冷却和由塔釜上升的水蒸汽的加热的双重作用下，使反应产物中的二甲醚、甲醇、水三组份分离。二甲醚蒸汽沿塔上升进入塔顶冷凝器被冷却水冷凝下来成产品采出；少量不凝性尾气从塔顶冷凝器送出到醇洗塔处理。含水甲醇从二甲醚精馏塔T102塔釜采出，送至甲醇收集罐V103，经水甲醇输送泵P103送至甲醇精馏塔T101进料口C，返回甲醇精馏塔T101作原料；甲醇精馏塔T101塔釜排出的高温釜液，主要是废水，其中含很少量甲醇、微量高沸物先进入闪蒸汽提塔T104再沸器换热，减压后送入闪蒸汽提塔T104中部。釜液进塔后，使其中所含的甲醇闪蒸汽化沿塔上升，甲醇被汽化赶出上升，沿塔上升的水甲醇蒸汽进入塔顶分凝器，使其中的水大部分冷凝下来回流入塔，使甲醇浓度得以提高，甲醇蒸汽由塔顶送出进入冷凝器E108，冷凝下来的回收甲醇送回到甲醇中间罐V101循环使用；甲醇精馏塔T101塔釜的釜液不含甲醇部分下流进入闪蒸汽提塔T104塔釜，即为废水，可从闪蒸汽提塔塔釜排出冷却后送出界外处理。
本装置生产一吨二甲醚单耗如下表1：
表1年产10万吨二甲醚装置每吨产品单耗表
甲醇(吨) 1.25MPa饱和水蒸汽(吨) 电(KWh) 循环水(吨)
1.395 0.75 28 100
实施例2甲醇气相脱水制二甲醚装置联产甲醇钠示例
如图2所示，本装置为年产10万吨二甲醚和4.0万吨的甲醇钠装置：首先，将原料甲醇中间储罐V101中的原料甲醇经过甲醇进料泵P101送入甲醇精馏塔T101进料口B，初始进料甲醇的质量浓度≧99.8％、温度135℃，甲醇精馏塔T101塔釜配有再沸器，用水蒸汽加热使甲醇汽化成甲醇蒸汽沿塔上升，得以精馏。
新增甲醇精馏塔T6202塔顶产生的无水甲醇蒸汽送入甲醇钠反应塔T6201塔底，与从甲醇钠反应塔T6201塔顶进入的甲碱溶液反应，该甲碱溶液中碱的质量浓度为20％，甲碱溶液的温度为75℃。甲醇钠反应塔T6201的操作温度为125～245℃、压力为0.3～2.5MPa，在甲醇钠反应塔T6201塔底收集甲醇钠。
甲醇钠反应塔T6201塔顶引出含水甲醇蒸汽，一部分返回新增甲醇精馏塔T6202进行精馏，另一部经换热器E102与反应器R101流出物进行热交换后升温到230℃，其压力为2MPa、质量浓度≧95％，之后进入反应器R101内进行脱水反应。甲醇蒸汽先进入反应器R101内部换热管吸收脱水反应放出的热量，升温至260～320℃即进入催化剂层进行脱水反应，反应器R101内温度为285～395℃、压力为0.6～2.5MPa，反应生成二甲醚和水。
脱水反应产物主要由二甲醚、甲醇、水及少量不凝性气体组成，将其送入二甲醚精馏塔T102后，受到塔顶下流的二甲醚液的冷却和由塔釜上升的水蒸汽的加热的双重作用下，使反应产物中的二甲醚、甲醇、水三组份分离。二甲醚蒸汽沿塔上升进入塔顶冷凝器被冷却水冷凝下来成产品采出；少量不凝性尾气从塔顶冷凝器送出到醇洗塔处理。含水甲醇从二甲醚精馏塔T102塔釜采出，送至甲醇收集罐V103，与通过新增泵输送的来自闪蒸汽提塔塔顶的甲醇在甲醇收集罐混合后，经水甲醇输送泵P103送至甲醇精馏塔T101进料口C，返回甲醇精馏塔T101作原料；甲醇精馏塔T101塔釜排出的高温釜液，主要是废水，其中含很少量甲醇、微量高沸物先进入闪蒸汽提塔T104再沸器换热，减压后送入闪蒸汽提塔T104中部。釜液进塔后，使其中所含的甲醇闪蒸汽化沿塔上升，甲醇被汽化赶出上升，沿塔上升的水甲醇蒸汽进入塔顶分凝器，使其中的水大部分冷凝下来回流入塔，使甲醇浓度得以提高，甲醇蒸汽由塔顶送出进入冷凝器E108，冷凝下来的回收甲醇送回到甲醇中间罐V101循环使用；甲醇精馏塔T101塔釜的釜液不含甲醇部分下流进入闪蒸汽提塔T104塔釜，即为废水，可从闪蒸汽提塔塔釜排出冷却后送出界外处理。
本实施例所述的联产装置的主要工艺参数如下：
表2二甲醚联产甲醇钠装置工艺参数表
联产后各产品的单耗如下表3和表4：
表3联产装置中每吨二甲醚的单耗表
甲醇(吨) 1.25MPa饱和水蒸汽(吨) 电(KWh) 循环水(吨)
1.395 0.75 28 100
表4联产装置中每吨甲醇钠的单耗表
甲醇(吨) 氢氧化钠(吨) 1.25MPa饱和水蒸汽(吨) 电(KWh) 循环水(吨)
0.18 0.23 0.60～0.9 10～20 80
与实施例1相比，本实施例所述的联产工艺和装置，甲醇钠反应塔塔顶出来的含水甲醇蒸汽不需要精馏提纯，直接送至二甲醚装置作为原料使用，提高了物料利用率，且与传统甲醇钠生产工艺比较，联产时蒸汽耗量减少约80％。本实施例所述的联产工艺和装置，在生产二甲醚的同时生产甲醇钠，不影响原有的二甲醚生产状态，生产每吨甲醇钠产品消耗电能10-20KWh、蒸汽0.6-0.9吨、循环水80m3/h，而单独生产甲醇钠，每吨甲醇钠产品将消耗电能约150KWh、蒸汽4.5-5.0吨、循环水约300m3/h，可见本发明所述的方法节能且高效。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种甲醇气相脱水制二甲醚装置联产甲醇钠的方法，所述的甲醇气相脱水制二甲醚装置包括甲醇中间储罐、甲醇进料泵、甲醇精馏塔、反应器、二甲醚精馏塔、水甲醇输送泵、甲醇收集罐、闪蒸汽提塔，其特征在于：还包括甲醇钠反应塔、新增甲醇精馏塔，两者串联，其中新增甲醇精馏塔塔顶产生的无水甲醇蒸汽送入甲醇钠反应塔塔底，与从甲醇钠反应塔塔顶进入的甲碱溶液反应，在甲醇钠反应塔塔底收集甲醇钠，甲醇钠反应塔塔顶引出含水甲醇蒸汽，一部分进入甲醇气相脱水制二甲醚装置中的反应器进行脱水反应，生成二甲醚；另一部分返回新增甲醇精馏塔进行精馏；新增甲醇精馏塔塔底的含水甲醇通过新增泵输送到甲醇气相脱水制二甲醚装置中的甲醇精馏塔塔顶，进行精馏；在闪蒸汽提塔和甲醇收集罐之间增加至少一台泵，将闪蒸汽提塔塔顶产生的含水甲醇送回甲醇收集罐，和甲醇收集罐内收集到的二甲醚精馏塔塔釜液一起送到甲醇精馏塔中部水甲醇进料口C，进行精馏。
2.根据权利要求1所述的甲醇气相脱水制二甲醚装置联产甲醇钠的方法，其特征在于：所述的甲醇气相脱水制二甲醚装置中的甲醇精馏塔上部设有精甲醇进料口B，且所述的进料口B高于进料口C 5-10米。
3.根据权利要求1所述的甲醇气相脱水制二甲醚装置联产甲醇钠的方法，其特征在于：所述的新增甲醇精馏塔和所述的甲醇气相脱水制二甲醚装置中的甲醇精馏塔为填料塔，其填料为不锈钢波纹孔板填料。
4.根据权利要求1所述的甲醇气相脱水制二甲醚装置联产甲醇钠的方法，其特征在于：所述的新增甲醇精馏塔塔顶产生的甲醇蒸汽其含水量≤0.8％。
5.根据权利要求1所述的甲醇气相脱水制二甲醚装置联产甲醇钠的方法，其特征在于：所述的甲醇气相脱水制二甲醚装置中的甲醇精馏塔初始进料甲醇的质量浓度≧99.8％、温度135℃。
6.根据权利要求1所述的甲醇气相脱水制二甲醚装置联产甲醇钠的方法，其特征在于：所述的甲醇气相脱水制二甲醚装置中的反应器内温度为285～395℃、压力为0.6～2.5MPa。
7.根据权利要求1所述的甲醇气相脱水制二甲醚装置联产甲醇钠的方法，其特征在于：所述的二甲醚的产量为12.5t/h，甲醇钠的产量为5t/h。
8.根据权利要求1所述的甲醇气相脱水制二甲醚装置联产甲醇钠的方法，其特征在于：所述的甲醇钠反应塔操作温度为125～245℃、压力为0.3～2.5MPa；任选的，所述的甲碱溶液中碱的质量浓度为18-22％，甲碱溶液的温度为25～75℃。
9.一种利用权利要求2至8中任意一项所述方法进行二甲醚联产甲醇钠的装置，其特征在于：包括甲醇中间储罐、甲醇进料泵、甲醇精馏塔、反应器、二甲醚精馏塔、水甲醇输送泵、甲醇收集罐、闪蒸汽提塔、甲醇钠反应塔、新增甲醇精馏塔、新增泵，其中，甲醇中间储罐中的原料甲醇经过甲醇进料泵送入甲醇精馏塔进料口B，与来自新增甲醇精馏塔塔底的含水甲醇一起，在甲醇精馏塔进行精馏；新增甲醇精馏塔塔顶产生的无水甲醇蒸汽送入甲醇钠反应塔塔底，与从甲醇钠反应塔塔顶进入的甲碱溶液反应，在甲醇钠反应塔塔底收集甲醇钠，甲醇钠反应塔塔顶引出含水甲醇蒸汽，一部分返回新增甲醇精馏塔进行精馏，另一部分进入反应器进行脱水反应，生成二甲醚；反应器内混合产物引入二甲醚精馏塔，从二甲醚精馏塔塔顶采出二甲醚产品，二甲醚精馏塔塔釜液送至甲醇收集罐，与通过新增泵输送的来自闪蒸汽提塔塔顶的甲醇在甲醇收集罐混合后，通过水甲醇输送泵送入甲醇精馏塔进料口C，进行精馏。
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