CN201841008U

CN201841008U - 一种制备二甲醚的装置

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Publication number: CN201841008U
Application number: CN2010205868272U
Authority: CN
Inventors: 刘殿华; 房鼎业; 姚敏; 焦洪桥; 罗春桃; 张建寿; 艾玉廉; 潘强; 颜蜀雋; 任立军; 宋彩霞; 应卫勇
Original assignee: East China University of Science and Technology; Shenhua Group Corp Ltd; Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co Ltd
Current assignee: East China University of Science and Technology; Shenhua Group Corp Ltd; Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co Ltd
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2020-10-27

Abstract

本实用新型属于化工领域，涉及一种制备二甲醚的装置。本实用新型的制备二甲醚的装置包括淤浆反应器和换热器，其中换热器设置在反应器外，换热器上部设置有汽包，换热器上部管层平于或低于反应器中热载体液位高度，换热器底部高于反应器底部；热载体流出管一端连接反应器中部，另一端连接换热器的上部管层，热载体流出管与反应器的连接处低于反应器中热载体液位高度；热载体流入管一端连接换热器的底部，另一端连接反应器下部，热载体流入管与反应器的连接处高于反应器中的气体分布器。本实用新型的装置增加了反应器的有效反应体积，可实现大规模生产二甲醚，保证了床层温度，避免了床层飞温，提高转化率和二甲醚选择性。

Description

一种制备二甲醚的装置

技术领域

本实用新型属于化工领域，涉及一种二甲醚的制备装置。

背景技术

二甲醚用途广泛：与液化石油气相似，可作为民用燃料；具有较高的十六烷值，可作为汽车燃料的替代品。二甲醚还是重要的化工原料，广泛应用于化工、制药、农药、日化等领域。由于二甲醚的特点，各国的学者和公司对二甲醚的合成工艺、催化剂进行了广泛和深入的研究。

目前二甲醚的合成方法有两种：(1)两步法工艺，即合成气先合成甲醇，甲醇再脱水制二甲醚工艺；(2)一步法工艺，即合成气直接合成二甲醚。一步法工艺可打破热力学平衡的限制，提高了一氧化碳的单程转化率，降低生产成本，可大规模工业化的生产，具有广阔的应用前景。

合成气一步法制二甲醚工艺关键是二甲醚反应器，诸多专利公开了这种反应器的内容，例如中国专利：CN1382676、CN1593740、CN1194257、CN1600412、CN1327874、CN1259509，欧洲专利EP0409086(A1)、日本专利JP10192689、JP09301907、JP09309850，美国专利US2004151640(A1)、US6132690、US6562306、US5218003等。

目前合成气一步法合成二甲醚的反应器存在以下问题：(1)对于固定床反应器来讲，合成气一步法制二甲醚的放热量很大，无法把热量及时移走，造成催化床层温度过高，导致正常操作无法进行；(2)对于气-液-固催化反应器来讲，由于热载体的存在，可保持床层反应温度，解决了合成气一步法制二甲醚的热量移出问题，可防止床层温度过高，但是换热器内置在反应器内，反应器结构复杂，单位反应体积装填的催化剂量少，装置难以大规模化；(3)气-固催化反应器来讲，由于催化剂的磨损，催化剂流失较快，操作费用高，反应热量通过气体显热移走，反应容易飞温。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种新型的制备二甲醚的装置，通过设置外置式换热器，有效解决现有技术中因换热器设置在反应器内而造成的结构复杂、制造成本高、反应器的有效反应体积小、装置难以大型化、反应温度易飞温以及催化剂损失大等缺点。

本实用新型的制备二甲醚的装置包括淤浆反应器(简称反应器)和换热器，其中换热器设置在反应器外，换热器上部设置有汽包；换热器上部管层(即上管板与换热器上封头之间的空间)平于或低于反应器中热载体液位高度，换热器底部高于反应器底部；热载体流出管一端连接反应器中部，另一端连接换热器的上部管层，热载体流出管与反应器的连接处低于反应器中热载体液位高度；热载体流入管一端连接换热器的底部，另一端连接反应器下部，热载体流入管与反应器的连接处高于反应器中的气体分布器。

作为优选实施方式，反应器和换热器之间可设置1-10组热载体流入管和热载体流出管，优选为4组。

作为优选实施方式，热载体流入管和热载体流出管的直径为200mm-500mm。

作为优选实施方式，本实用新型的装置还包括在反应器的顶部出口处设置有气液固分离器。

为进一步有效利用催化剂，作为优选实施方式，本实用新型的反应器内还设置有上圆形锥和下圆形锥，上圆形锥和下圆形锥是开孔大小不同的丝网，开孔均匀分布在锥面上。其中，上圆形锥低于热载体流出管与反应器的连接处；下圆形锥高于热载体流入管与反应器的连接处。下圆形锥固定在距离反应器底部的1/3处以下，优选为距离反应器底部的1/4-1/3处；上圆形锥固定在距离反应器底部的2/5-4/5处，优选为距离反应器底部的2/5-3/5处。下圆形锥开孔直径为0.125-2.0mm，优选开孔直径为0.15-0.2mm；上圆形锥开孔直径为0.1-1.0mm，优选开孔直径为0.12-0.15mm；上、下圆形锥的开孔率是50-99％，优选开孔率为80-95％。上下圆形锥的作用是保证催化剂均匀分布在热载体中，通过开孔直径不同的丝网，使大颗粒催化剂分布在反应床层的下部，小颗粒催化剂分布在反应床层的上部，同时防止催化剂颗粒进入到换热器，有效地利用了催化剂，从而达到提高产量和二甲醚选择性的目的。

作为优选实施方式，本实用新型的装置还包括在热载体流入管的管线上设置用于强制热载体循环的泵。

作为优选实施方式，本实用新型的换热器是水冷换热器。

作为优选实施方式，反应器中部为距离反应器最上端1/4～1/3处。

作为优选实施方式，一个反应器周围可设置多个换热器，优选为1个。

本实用新型使用的催化剂可以是工业甲醇合成铜基催化剂和甲醇脱水γ-Al₂O₃催化剂机械混合的催化剂，也可以是以HZSM分子筛或γ-Al₂O₃为载体的复合双功能催化剂，特别是以甲醇合成铜基催化剂和具有低温活性的甲醇脱水γ-Al₂O₃催化剂机械混合的催化剂为最佳。

利用本实用新型的装置进行反应时，使用的惰性热载体因密度差通过热载体流出管进入换热器列管内，与换热器中的换热介质间接换热后，经换热器底部的热载体流入管进入反应器内，从而形成热载体循环，反应热被换热器中的介质等温蒸发所产生的蒸汽移走，在换热器上部的汽包里，产生3.0-4.0Mpa中压蒸汽。

本实用新型的有益之处在于：换热器设置在反应器外，增加了反应器的有效反应体积，可实现装置的大规模生产；反应器结构简单，制造容易，设备投资成本低；在反应器出口设置气液固分离器，避免了出口气体液固夹带；提高了装置的生产能力，合理的回收了能量，降低了生产成本；该装置在反应的同时移走了反应热，保持了正常的反应温度，保证了生产的连续性，提高了产品产量和二甲醚的选择性；防止因局部催化剂温度过高造成催化剂失活，从而延长了催化剂的寿命。

附图说明

图1是本实用新型的二甲醚制备装置示意图；

图2是水冷换热器上管板示意图。

具体实施方式

结合具体实施方式和附图说明本实用新型，但本实用新型并不限于下面的具体实施方式。

如图1和图2所示，本实用新型提供的用于制备二甲醚的装置，包括淤浆反应器101和水冷换热器102，水冷换热器102设置在反应器101外。其中1为原料气进口，2为气体分布器，3为筒体，4为下圆形锥，5为上圆形锥，6为人孔，7为气液固分离器，8为反应气出口，9为汽包，10为蒸汽上升管，11为下降管，12为热载体流出管，13为新鲜催化剂加入口，14为水冷换热器上管板，15为水冷换热器筒体，16为列管，17为下管板，18为热载体流入管。水冷换热器102上部管层低于反应器101中热载体高度，水冷换热器102底部高于反应器101底部；热载体流出管12分别连接反应器101的距离反应器最上端1/3处和水冷换热器102的上部管层，热载体流出管12与反应器101的连接处位于反应器101中热载体液面之下、上圆形锥5之上；热载体流入管18分别连接水冷换热器102的底部和反应器101的下部，热载体流入管18与反应器101的连接处位于反应器101中的气体分布器2之上、下圆形锥4之下。

制备二甲醚的过程中，合成气由反应器101底部的原料气进口1进入气体分布器2，气体分布器2上有几百到几千个向下开的小孔。合成气进入到反应器101后，从反应器101的下部向上流动，在悬浮在热载体的催化剂上发生反应。反应器101内的热载体的温度大于水冷换热器102的温度，热载体因温度差，形成热载体密度差，因此热载体由反应器101通过热载体流出管12流向水冷换热器102的上部管层。热载体通过水冷换热器上管板14流进水冷换热器102的列管16内。冷却水通过汽包9下方的下降管11流进水冷换热器102的下部，进入水冷换热器102的筒体3。在列管16外，冷却水与热载体间接换热，产生中压蒸汽，使热载体的热量被移走，中压蒸汽通过水冷换热器102的蒸汽上升管10进入汽包9。冷却后的热载体在水冷换热器102底部通过热载体流入管18流回反应器101，形成循环。在反应器101中反应后的气体经过气液固分离器7，例如螺旋式气液固分离器分离后，气体通过反应气出口8进入到下一工段。

实例1：年产10万吨的一步法合成二甲醚的於浆反应器，反应器尺寸：内径是3.0m，高是18m。反应器中装有惰性热载体石蜡油68吨，工业甲醇合成催化剂(CuZnAl催化剂)与甲醇脱水催化剂(γ-Al₂O₃催化剂)按1∶1比例混合，组成双功能细粒度催化剂34.46吨，催化剂粒度为80-120目(催化剂生产厂商是西南化工研究院)。反应的温度是240℃，压力为6.0MPa，空速为1.2L/(g·h)，合成气的组成是：以体积计，65.77％的H2，32.84％的CO，1.39％的CO₂。最后，CO的转化率为80％，二甲醚的选择性为87％，CO₂的选择性为1％，C₂以上的选择性为0.01％。

对比例：在相同的反应条件下，采用普通的内部带有换热器的鼓泡床反应器，反应器的内径是3.2m，高是20m，CO的转化率为75％，二甲醚的选择性为85％，CO₂的选择性为2％，C₂以上的选择性为0.02％。

实例2：年产10万吨一步法合成二甲醚淤浆床反应器，反应器尺寸：内径是3.0m，高是18m。反应器中装有惰性热载体石蜡油68吨，工业甲醇合成催化剂(CuZnAl催化剂)与甲醇脱水催化剂(γ-Al₂O₃催化剂)按1∶1比例混合，组成双功能细粒度催化剂34.46吨，催化剂粒度为80-120目(催化剂生产厂商是西南化工研究院)。反应的温度是260℃，压力为6.0MPa，空速为1.2L/(g·h)，合成气组成是：以体积计，65.77％的H₂，32.84％的CO，1.39％的CO₂。最后，CO的转化率为83％，二甲醚的选择性为89％，CO₂的选择性为1.2％，C₂以上的选择性为0.01％。

对比例：在相同的反应条件下，采用普通的内部带有换热器的鼓泡床反应器，反应器的内径是3.2m，高是20m，CO的转化率为75.5％，二甲醚的选择性为80％，CO₂的选择性为4％，C₂以上的选择性为0.04％。

Claims

1.一种制备二甲醚的装置，包括淤浆反应器和换热器，其特征在于，换热器设置在反应器外，换热器上部设置有汽包；换热器上部管层平于或低于反应器中热载体液位高度，换热器底部高于反应器底部；热载体流出管一端连接反应器中部，另一端连接换热器的上部管层，热载体流出管与反应器的连接处低于反应器中热载体液位高度；热载体流入管一端连接换热器的底部，另一端连接反应器下部，热载体流入管与反应器的连接处高于反应器中的气体分布器。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，反应器和换热器之间设置1-10组热载体流入管和热载体流出管。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，热载体流入管和热载体流出管的直径是200mm-500mm。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，反应器顶部出口处设置有气液固分离器。

5.根据权利要求1～4任何一项所述的装置，其特征在于，反应器内设置有上圆形锥和下圆形锥，上圆形锥低于热载体流出管与反应器的连接处；下圆形锥高于热载体流入管与反应器的连接处。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，下圆形锥固定在距离反应器底部的1/3处以下，上圆形锥固定在距离反应器底部的2/5-4/5处。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，下圆形锥固定在距离反应器底部的1/4-1/3处，上圆形锥固定在距离反应器底部的2/5-3/5处。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，下圆形锥开孔直径为0.125-2.0mm，上圆形锥开孔直径为0.1-1.0mm，上、下圆形锥的开孔率是50-99％。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，下圆形锥的开孔直径为0.15-0.2mm，上圆形锥的开孔直径为0.12-0.15mm，上、下圆形锥的开孔率为80-95％。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在热载体流入管的管线上设置用于强制热载体循环的泵。