CN1429802A

CN1429802A - 生产二甲醚的方法

Info

Publication number: CN1429802A
Application number: CN02160838A
Authority: CN
Inventors: 饭嶋正树; 小林一登
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2003-07-16
Also published as: US20030121200A1; US6924399B2; EP1323699A1

Abstract

在室温和大气压下将甲醇由甲醇生产区运输至二甲醚消耗区或其邻近区域，通过将含运输甲醇的原料在二甲醚消耗区或其邻近区域转化为二甲醚，从而以低成本得到二甲醚。

Description

生产二甲醚的方法

相关申请的互相参考

本发明基于在先日本专利申请No.2001-401509(2001年12月28日提交)和No.2002-024527(2002年1月31日提交)的内容并要求享有其优先权，在此将二者的全文引作参考。

发明背景

1.发明领域本发明涉及一种生产二甲醚(DME)的方法。

2.相关技术的描述

用作例如燃料的液化石油气(LPG)是非常昂贵的。具体而言，如果送至消耗区，例如家庭中，LPG的价格比输出价格高出10倍。因此，近年来，二甲醚作为LPG的替代品吸引了人们的注意，因此目前对其进行了应用研究。

通常在天然气产区中，通过将天然气或由天然气合成的甲醇用作原料生产二甲醚。在高压下将生产出的二甲醚液化，并将液化的二甲醚置于高压罐或气瓶中，输送至消耗区。或者将生产出的二甲醚冷却至低于-25℃的温度下，并在大气压下填充到凝固罐中，传送至消耗区。

但是，二甲醚会产生运输和贮存成本的问题。而且，当二甲醚贮存在高压罐中时，需要监控二甲醚生产区中高压气体的安全性。

发明概述

本发明旨在提供一种二甲醚的生产方法，并且以较低的总成本将其提供给消耗区。在本发明的方法中，在室温和大气压下，将容易操作的液体甲醇从甲醇制备区输送到二甲醚消耗区，并且在二甲醚被消耗的区域将其制备出来，使输送和贮存成本明显降低，并因此降低了总成本。

本发明还旨在提供一种生产二甲醚的方法，它能将含甲醇的原料转化为二甲醚，并且通过使用含甲醇原料转化为二甲醚所产生的热量，将从蒸馏塔中分离并排出的水中所含的甲醇转化为氢气和二氧化碳，以此有效地利用甲醇。

本发明的第一方面提供了一种二甲醚的生产方法，包括在室温和大气压下，将含甲醇原料输送到二甲醚消耗区域或其邻近区域，并将甲醇转化为二甲醚。

此外，本发明的第二方面提供了一种二甲醚的生产方法，包括：

提供一种二甲醚生产装置，所述装置包括装载了二甲醚合成催化剂的内反应器、安装在内反应器外部并且装载了甲醇分解催化剂的外反应器以及连接内反应器和外反应器的蒸馏塔；

将加热后的含甲醇原料供至内反应器，以形成反应混合物；

将反应混合物供至蒸馏塔，以将反应混合物分离为二甲醚和含甲醇的水；以及

将含甲醇的水供至外反应器，以将甲醇分解为氢气和二氧化碳。

本发明的其它目的和优点将在以下的说明书中列举，其中部分是从说明书中显而易见的，或者通过实施本发明而领会。本发明的目的和优点可以通过下文具体指出的手段和组合得以认识并获得。

附图简述

并入说明书并作为说明书一部分的附图，以及上述的总体说明和下述的优选实施方案的详述阐述了本发明的优选实施方案，用于解释本发明的原理。

图1示意性地显示了用于本发明第一实施方案的二甲醚生产装置的结构；

图2示意性地显示了并入附图1所示生产装置中的甲醇蒸馏塔的结构；以及

图3示意性地显示了用于本发明第二实施方案的二甲醚生产装置的结构。

发明详述

以下将详细描述本发明的二甲醚生产方法。

(第一实施方案)

在第一步骤中，在天然气产区，例如中东或近东，制备甲醇，并在室温和大气压下将其输送至二甲醚(DME)消耗区或邻近区域。在DME消耗区将输送的甲醇转化为DME。

DME消耗区或其邻近区域包括，例如1)其中安装了城市气体生产装置的区域，使用DME作为LPG替代品，用于城市气体的热控制，2)进行出租车服务的场所，其中使用DME代替LPG作为柴油机车辆的燃料，3)出售装于气瓶中的DME作为LPG替代品的场所，以及4)使用DME作为燃料的家庭。

为了将甲醇转化为DME，将例如100％纯度的甲醇用作原料，并于240℃-320℃的温度和大气压下，在用于合成DME的催化剂例如氧化铝系列催化剂的存在下进行反应。

DME可以在如图1和2所示的生产装置中生产。

图1所示的生产装置包括反应塔1。在反应塔1中安装了催化剂装载段2，且冷却室3安装成环绕反应塔1的外表面，冷却流体例如水在所述冷却室3中循环。供水通道4与冷却室3的底部附近的区域连接。另一方面，蒸汽排出通道5与冷却室3的上部相连。

供料通道6与反应塔1的底部相连。而且，热交换器7安装在供料通道6上。

经连接在反应塔1上部的流体通道9，DME蒸馏塔8与反应塔1连接。流体通道9延伸穿过热交换器7。此外，冷却装置10安装在流体通道9上。

现在，参照图1所示的生产装置描述生产DME的方法。

在第一步骤中，将加热至240-320℃的具有例如100％纯度的甲醇通过供料通道6供应至反应塔1，并在装载段2中装载的DME合成催化剂的存在下合成DME。DME的合成反应是放热反应，因此有可能通过供水通道4向冷却室3供水，从而从蒸汽排出通道5得到热水或蒸汽。

将含DME的反应混合物通过流体通道9供至DME蒸馏塔8。当反应化合物通过流体通道9循环时，在热交换器7中，在反应混合物和通过供料通道6循环的原料之间发生了热交换，结果是反应混合物被冷却而原料被加热。此外，反应混合物在冷却装置10中冷却并随后供应至DME蒸馏塔8中。供至DME蒸馏塔8的反应混合物被分离为DME和含甲醇的水。分离的DME通过流体通道11从蒸馏塔8的顶部排出。另一方面，分离的含甲醇的水通过流体通道12从蒸馏塔8的底部排出。

要顺便说的是，可以向图1所示的生产装置中加入如图2所示的甲醇蒸馏塔13。

更具体地说，在甲醇蒸馏塔13内部的垂直方向上，彼此分开地安装了两个装载构件(或塔板)14a和14b。循环通道15一端与甲醇蒸馏塔13的底部相连，另一端与甲醇蒸馏塔13中低于较低的装载构件14b的部分相连。泵16和热交换器17从甲醇蒸馏塔13底部一侧开始，顺序安装在循环通道15上。支路20从循环通道15上分支出来，阀门18和冷却装置19安装在支路20上。

甲醇蒸馏塔13的顶部经流体通道22与气-液分离器21相连，且冷却装置23安装在流体通道22上。气-液分离器21经回流的流体通道24与甲醇蒸馏塔13的上部侧壁相连。此外，用于排出甲醇和DME的流体通道25连接在气-液分离器21上。

图1所示的用于排出DME的流体通道11连接在甲醇蒸馏塔13中低于较低的装载构件14b的部分上。同样，图1所示的用于排出含甲醇的水的流体通道12连接在甲醇蒸馏塔13中位于较高和较低的装载构件14a和14b之间的部分上。

在图2所示的系统中，DME和含甲醇的水分别通过流体通道11和12供至甲醇蒸馏塔13中，并将安装在支路20上的阀门18关闭。同时，启动泵18，并例如将蒸汽供至热交换器17，以加热蒸馏塔13的底部。此时，通过流体通道11供应的DME在甲醇蒸馏塔13的底部被加热，以使其在甲醇蒸馏塔13中向上移动。另一方面，通过流体通道12供应的含水甲醇在较低装载构件14b和较高装载构件14a中被汽提。通过所述汽提，馏出甲醇并且同时将含有未馏出甲醇的水贮存在蒸馏塔13的底部。贮存在蒸馏塔13底部的含有未馏出甲醇的水被泵16驱动，通过循环通道15循环。在循环过程中，含有未馏出甲醇的水在热交换器17中被加热，以在蒸馏塔13的底部馏出甲醇。

含蒸汽的甲醇和DME通过连接在蒸馏塔13顶部的流体通道22循环。在循环过程中，通过冷却装置23冷却含蒸汽的甲醇和DME，并随后供至气液分离器21。在气液分离器21中，含蒸汽的甲醇和DME被分离为甲醇、DME和水。排出分离出的甲醇和DME并通过流体通道25回收，并将分离出的水通过回流流体通道24返回蒸馏塔13。

在上述的蒸馏操作中，将贮存在蒸馏塔13底部的加热后的水(所述加热后的水中甲醇含量基本为0)通过打开阀门18，经过支路20，并随后在安装于支路20的冷却装置19中冷却，排至外部。

顺带说明，当将上述第一实施方案中输送的甲醇在DME消耗区中转化为DME时，所述转化可通过下述本发明第二实施方案的方法进行。

根据上述的本发明第一实施方案，甲醇在室温和大气压下由二甲醚生产区向消耗区或其邻近区域输送，而在消耗区将输送的甲醇转化为DME。与常规方法相比，本发明的特殊方法在输送成本上具有明显的优点，所述常规方法是在甲醇生产区制造DME，随后在高压下将制造出的DME液化，并将液化的DME贮存在高压罐或气瓶中以输送至DME消耗区，或将制造出的DME冷却至不高于-25℃的温度并在大气压下贮存在冷冻罐中，用于输送至消耗区。因此，本发明产生下述的突出效果：

1)使用DME代替LPG用于城市气热控制的城市气生产装置的所有者可以以低成本生产城市气。

2)在使用DME代替LPG作为柴油机车辆的燃料的出租车服务经营中，可以以低成本提供柴油机车辆的燃料。

3)在将DME装于气瓶中作为LPG替代品的燃料销售业中，可以以低成本销售DME。

4)在使用DME的家庭中，可以使用DME作为低成本燃料。

通过将图1所示的生产装置，可以在反应塔1中进行含甲醇原料转化为DME的操作。同时，通过将水供至环绕反应塔1的冷却罐3，使用反应塔1中进行的放热反应将其加热，可以得到热水和蒸汽。

此外，通过将图2所示的甲醇蒸馏塔13添加到图1所示的生产装置中，可以回收甲醇并排放其中甲醇含量基本为0的水。具体地说，将在DME蒸馏塔8中分离的DME通过流体通道11供至甲醇蒸馏塔13的中部，并将含甲醇的水通过流体通道12供至甲醇蒸馏塔13的较低部分。同时，加热甲醇蒸馏塔13的较低部分以汽提含甲醇的水，以回收甲醇并排放其中甲醇含量基本为0的水。

(第二实施方案)

图3示意性地显示了在本发明第二实施方案中使用的二甲醚生产装置的结构。

如图所示，二甲醚生产装置包括圆筒形内反应器31。DME合成催化剂例如氧化铝系列催化剂的装载段32安置在内反应器31之内，并且含有甲醇重整催化剂例如铜基催化剂的装载段33的环形外反应器34安装成环绕在内反应器31的外表面。

供料通道35连接在内反应器31的底部。第一和第二热交换器36，37安装在供料通道35上。

DME蒸馏塔38通过与内反应器31上部相连的流体通道39₁连接在内反应器31上。流体通道39₁延伸穿过第一热交换器36。冷却装置40安装在流体通道39₁上。蒸馏塔38的底部通过流体通道39₂与外反应器34连接。泵41安装在流体通道39₂上，靠近蒸馏塔38。并且流体通道39₂延伸穿过第二热交换器37。

供料支路42从供料通道35中分支出来，与流体通道39₂相连。此外，带有安装于其上的冷却装置43的排放通道44与外反应器34连接。

现在阐述使用图3所示生产装置生产DME的方法。

在第一步骤中，将加热至240至320℃的原料，例如纯度100％的甲醇通过供料通道35供至内反应器31。于是，在装载段32中的DME合成催化剂例如氧化铝基催化剂的存在下合成DME。DME的合成反应是放热反应。

含DME的反应混合物通过流体通道39₁供至DME蒸馏塔38。在通过流体通道39₁的同时，反应混合物在第一热交换器36内与通过供料通道35的原料热交换，结果是反应混合物被冷却而原料被加热。反应混合物在冷却装置40中被进一步冷却，并随后供至蒸馏塔38。供至蒸馏塔38的反应混合物被分离为DME和含甲醇的水。分离的DME从蒸馏塔38的顶部排放，以被回收。

另一方面，含甲醇的水在泵41的驱动下从蒸馏塔38的底部经流体通道39₂供至环形外反应器34中。在通过流体通道39₂的同时，含甲醇的水在第二热交换器37内与通过供料通道35的原料进行热交换，结果是水被加热而原料被冷却。供至外反应器34的水中所含的甲醇在装载段33中甲醇重整催化剂的存在下被重整，产生氢气和二氧化碳。应当注意，甲醇重整反应是吸热反应，而DME合成反应是放热反应。因此，可以在反应过程中保持良好的热平衡，从而有效地利用热量。

如果在上述的甲醇重整反应中，在蒸馏塔38底部的甲醇量很少，就将原料甲醇从供料通道35经供料支路42引入流体通道39₂，含甲醇的水在所述流体通道39₂中流动。

排放在外反应器34中形成的氢气和二氧化碳并通过其中安装了冷却装置的排放通道44被回收。

如上所述，按照本发明第二实施方案，含甲醇原料可以被转化为DME，并且从蒸馏塔中分离并排放的水中所含的甲醇可以被有效地利用。

更具体地说，在二甲醚的一般生产方法中，被加热至240℃-320℃的甲醇供至反应塔，并且在装载段中DME合成催化剂例如氧化铝基催化剂的存在下合成DME。如前所述，DME合成反应是放热反应。含DME的反应混合物被冷却而随后供至DME蒸馏塔，以被分离为DME和含甲醇的水。分离的DME从蒸馏塔的顶部排放以被回收，而含甲醇的水从蒸馏塔的底部排放。

就常规的二甲醚生产方法而言，从DME蒸馏塔底部排出的水当然含甲醇。但排放的水中所含的甲醇没有被有效利用而被废弃了。

在这种情况下，在本发明第二实施方案中，含甲醇的原料在内反应器31内转化为DME。同时，从DME蒸馏塔38分离的含甲醇的水被供至环绕内反应器31的环形外反应器34中，以利用内反应器31(放热反应)中产生的热量和外反应器34中装载的甲醇分解催化剂来分解甲醇，由此主要得到氢气。因此，含甲醇原料可转化为DME，而从蒸馏塔38中分离并排放的水中所含的甲醇可被有效利用。

还应当注意的是，用于甲醇分解反应的原料甲醇可以经供料支路42，由供料通道35引入流体通道39₂，含甲醇的水在所述流体通道39₂中流动。因此，即使是在蒸馏塔38的底部的甲醇量很少的情况下，也可以有效分解甲醇，得到具有高度稳定性的氢气。

顺带一提的是，在上述第二实施方案中，装载了DME合成催化剂的反应器安装在内，而装载了甲醇分解催化剂的反应器安装在外。但是，也可以将这两个反应器的位置关系调换。

如上详细描述的那样，本发明的二甲醚生产方法使得可以运输在室温和大气压下呈液体形式因而容易处理的甲醇，使其从甲醇生产区运输到二甲醚消耗区，以用于在消耗区中生产二甲醚。因此，运输成本和贮存成本明显降低，使得能够以低成本将二甲醚供应至，例如城市气体生产装置的所有者、出租车服务业经营者、将二甲醚作为LPG替代品的销售者和家庭。

本发明还提供了一种生产二甲醚的方法，使得可以将含甲醇原料转化为二甲醚，并且通过利用二甲醚合成反应产生的热量，将从蒸馏塔中分离并排放的水中所含的甲醇转化为氢气。

本领域技术人员能够容易地发现其它优点和变型。因此，本发明在其更广泛的方面并不限于此处显示和描述的具体细节和代表性实施方案。因此，可以作出多种改型，而并不背离由以下权利要求书及其等效物所定义的总的发明构思的精神或范围。

Claims

1.二甲醚的生产方法，包括在室温和大气压下将含甲醇原料运输至二甲醚消耗区或其邻近区域，并将甲醇转化为二甲醚。

2.权利要求1的二甲醚生产方法，其特征在于二甲醚消耗区或其邻近区域是其中安装了城市气体生产装置的区域，所述装置使用二甲醚作为LPG的替代品，用于城市气体的热控制。

3.权利要求1的二甲醚生产方法，其特征在于二甲醚消耗区或其邻近区域是其中利用二甲醚代替LPG作为柴油机车辆的燃料进行出租车服务的区域。

4.权利要求1的二甲醚生产方法，其特征在于二甲醚消耗区或其邻近区域是其中出售装于气瓶中的二甲醚作为LPG替代品的区域。

5.权利要求1的二甲醚生产方法，其特征在于二甲醚消耗区或其邻近区域是使用二甲醚作为燃料的家庭。

6.权利要求1-5任一项的二甲醚生产方法，其特征在于在二甲醚消耗区或其邻近区域中，通过使用以下装置完成将甲醇转化为二甲醚的过程，所述装置包括其中装载了二甲醚合成催化剂并使冷却流体与其外表面接触的反应塔(1)，加热后的含甲醇原料被供至反应塔(1)，并将冷却流体与反应塔(1)接触，以使冷却流体以热水或蒸汽形式被回收和利用。

7.权利要求6的二甲醚生产方法，其特征在于在二甲醚消耗区或其邻近区域中，通过使用以下装置完成将甲醇转化为二甲醚的过程，所述装置包括将反应塔(1)中形成的混合物引入其中的二甲醚蒸馏塔(8)，以及将在二甲醚蒸馏塔(8)中分离的二甲醚和含甲醇的水引入其中的甲醇蒸馏塔(13)，于是，在反应塔(1)中形成的反应混合物供至二甲醚蒸馏塔(8)以便被分离为二甲醚和含甲醇的水，分离的二甲醚供至甲醇蒸馏塔(13)的中部，含甲醇的水供至甲醇蒸馏塔(13)的较低部分，并且甲醇蒸馏塔(13)的较低部分被加热以将水中所含的甲醇汽提并因此分别回收甲醇和水。

8.权利要求1-5任一项的二甲醚生产方法，其特征在于在二甲醚消耗区或其邻近区域中，通过使用以下装置完成将甲醇转化为二甲醚的过程，所述装置包括装载了二甲醚合成催化剂的内反应器(31)，环绕内反应器(31)的外表面并装载了甲醇分解催化剂的外反应器(34)，以及连接内反应器(31)和外反应器(34)的蒸馏塔(38)，这样，加热后的含甲醇原料供至内反应器(31)以形成反应混合物，将由此形成的反应混合物供至蒸馏塔(38)，以将其分离为二甲醚和含甲醇的水，并将含甲醇的水供至外反应器(34)，以将其分解为氢气和二氧化碳。

9.二甲醚的生产方法，包括：

提供一种二甲醚生产装置，所述装置包括装载了二甲醚合成催化剂的内反应器(31)，安装在内反应器(31)外部并装载了甲醇分解催化剂的外反应器(34)，以及连接内反应器(31)和外反应器(34)的蒸馏塔(38)；

将加热后的含甲醇原料供至内反应器(34)，以形成反应混合物；

将反应混合物供至蒸馏塔(38)，以将反应混合物分离为二甲醚和含甲醇的水；和

将含甲醇的水供至外反应器(34)，以将甲醇分解为氢气和二氧化碳。

10.权利要求9的二甲醚生产方法，其特征载于将规定量的甲醇加入含甲醇的水中。