JP4706812B2 - Method for producing dimethyl ether - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は炭化水素よりジメチルエーテルを製造する方法に関し、特に環境保全や省エネルギーの観点から改良された燃料グレードのジメチルエーテルの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ジメチルエーテルは化学工業において溶剤などに使用されているが、最近特にディーゼル車や燃料電池、都市ガスの原料とする新燃料として用途が注目されている。燃料グレードのジメチルエーテルの製造方法としては、例えば特許2849475 号公報に、水素及び酸化炭素を含む合成ガスをメタノール合成及びメタノール脱水の両者に於いて活性を有する触媒を用いてジメチルエーテルを製造する方法が記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
特許2849475 号公報に記載されたジメチルエーテルの製造方法では、メタノール/ジメチルエーテル反応器から未反応合成ガスとメタノール、ジメチルエーテルおよび生成水を含む反応ガスが得られることになるが、ジメチルエーテルの沸点が低いので凝縮分離する際に低温の熱源が必要である。
また、メタノール合成においてギ酸メチル等の低沸点の酸性物質が生成し、反応系に循環される。ギ酸メチル等の低沸点の酸性物質はジメチルエーテルや生成水との分離が困難であり、腐食性を有すると共に、排水中に混入すれば環境対策が必要となる。
更に、合成ガスを製造する際に原料の炭化水素に対して0.6〜3倍の水蒸気を供給する必要があるが、燃料グレードのジメチルエーテルは安価な天然ガスから製造されることが多く、一般的に天然ガス産出国では水は貴重である。
本発明の目的は、燃料グレードのジメチルエーテルを製造する際の上記問題点を解決し、環境保全や省エネルギーの観点から改良された燃料グレードのジメチルエーテルを製造する方法を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
発明者らは上記の如き課題を有するジメチルエーテルの製造方法について鋭意検討した結果、メタノール合成反応とその脱水反応を分け、あらかじめ低沸点物質を除去した粗メタノールから脱水反応によりジメチルエーテルを合成し、生成した水で原料の炭化水素を加湿するようにすれば、環境保全や省エネルギーの観点から改良されたジメチルエーテルを製造できることを見出し、本発明に到達した。
【0005】
即ち本発明は、 (a)炭化水素を水蒸気または水蒸気および酸素と反応させて、水素、一酸化炭素および二酸化炭素を主成分とする合成ガスを発生させる合成ガス製造工程、 (b)メタノール合成触媒上で該合成ガスを反応させ、生成した粗メタノールを液状で回収するメタノール合成工程、 (c)回収された粗メタノールを蒸留により、溶解ガスと低沸点成分を塔頂部から分離し、含水メタノールを塔底から分離するメタノール蒸留工程、(d)分離された含水メタノールからジメチルエーテルを製造するジメチルエーテル製造工程および (e)得られたジメチルエーテルと生成水および未反応メタノールを蒸留により各々分離するジメチルエーテル蒸留工程からなり、 (e)工程で分離された生成水を原料の炭化水素の加湿に利用することを特徴とするジメチルエーテルの製造方法、および (a)炭化水素を水蒸気または水蒸気および酸素と反応させて、水素、一酸化炭素および二酸化炭素を主成分とする合成ガスを発生させる合成ガス製造工程、 (b)メタノール合成触媒上で該合成ガスを反応させ、生成した粗メタノールを液状で回収するメタノール合成工程、 (c)回収された粗メタノールを蒸留により、溶解ガスと低沸点成分を塔頂部から分離し、 (b)工程において回収したメタノールより高い濃度のメタノールを蒸留塔途中段から分離するメタノール蒸留工程、 (d)分離されたメタノールからジメチルエーテルを製造するジメチルエーテル製造工程、および (e)得られたジメチルエーテルと生成水および未反応メタノールを蒸留により各々分離するジメチルエーテル蒸留工程からなり、 (e)工程で分離された生成水を原料の炭化水素の加湿に利用することを特徴とするジメチルエーテルの製造方法である。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明における原料の炭化水素は、メタンを主成分とする気体状の天然ガス、液体状のLPG、ナフサ、軽質油などが用いられる。
合成ガス製造工程(a) では気体状の炭化水素または液体状の炭化水素を気化したものと水蒸気または水蒸気および酸素を改質炉で、ニッケル系触媒の存在下 800〜1050℃で反応させ、水素、一酸化炭素および二酸化炭素を主成分とする合成ガスが製造される。
メタノール合成工程(b) では通常、銅系触媒が用いられ、圧力0.5〜20MPa、温度200〜300℃で合成ガスから粗メタノールが製造される。
【0007】
メタノール蒸留工程(c) では、合成工程よりの粗メタノールを蒸留塔に供給し、粗メタノール中に含まれる有機不純物すなわちメタノールの沸点より低い有機化合物(低沸点成分)及び溶解ガスを蒸留により分離し、塔底からのメタノールと水、およびメタノールの沸点より高い有機化合物(高沸点成分)を含む粗メタノールを脱水反応(ジメチルエーテル製造工程(d) )に供する。合成工程よりの粗メタノール中には酸性物質が含まれているので、アルカリを添加することが好ましい。
また、上記蒸留塔の中段部からメタノールを主とする留分を抜き出し、塔底から主として水および高沸点成分を抜き出すことにより、 (b)工程において回収したメタノールより高い濃度のメタノールを蒸留塔途中段から分離することができる。この中段部から抜き出したメタノールを脱水反応に供してもよい。
【0008】
ジメチルエーテル製造工程(d) ではγ- アルミナ触媒やシリカ・アルミナ触媒などの公知の脱水触媒を用いることができる。反応圧力は0.5MPa 以上、好ましくは 1 〜2 MPaである。反応圧力が低すぎるとジメチルエーテルの凝縮が困難となり、冷熱による凝縮が必要となって装置コストやエネルギー消費量が増加することになる。脱水反応温度は通常250〜400℃であり、使用する触媒等により決定される。
【0009】
ジメチルエーテル蒸留工程(e) では蒸留塔を 2基用い、第一蒸留塔で塔頂から製品のジメチルエーテルを分離し、第二蒸留塔では塔頂から未反応メタノール、塔底から脱水反応による生成水を分離することが好ましい。第一蒸留塔では製品のジメチルエーテルを空冷または冷却水で分離するために塔頂部の圧力を1〜2MPaとし、第二蒸留塔の圧力は低圧スチームなどの熱源を用いるために塔底部の圧力を0.1〜0.2MPa程度とする。第二蒸留塔で分離された未反応メタノールは、ジメチルエーテル製造工程(d) に循環使用される。
【0010】
本発明ではメタノールの脱水反応による生成水を原料の炭化水素の加湿に利用する。加湿方法にはスプレー方式や充填層を有するスクラッバー、熱交換型など種々の方式があり、特に制限されないが、できるだけ低温の熱源を用いて生成水を全量加湿に利用ためには熱交換型が好ましい。ジメチルエーテル蒸留工程(e) で分離される生成水には有機不純物が微量含まれており、合成ガス製造工程(a) におけるガス改質触媒に影響を与える恐れがあることから、メタノールの脱水反応による生成水を用いて原料の炭化水素の加湿を行った後に、合成ガス製造工程で発生する合成ガス中の凝縮水で更に加湿することが好ましい。
【0011】
本発明ではジメチルエーテル製造において、メタノール合成反応とその脱水反応を分けることによりジメチルエーテルの分離が容易になるので、空冷器や冷却水による凝縮分離が可能となり冷熱が不要となることから、装置コストやエネルギー消費量が削減される。また、従来行われているメタノール脱水法によるジメチルエーテル製造のように、精留されたメタノールを脱水反応に供しようとすると、巨大なメタノール精留塔が必要となるが、粗メタノールから脱水反応によりジメチルエーテルを製造することにより、巨大なメタノール精製塔は不要となることから、装置コストやエネルギー消費量が削減される。更に粗メタノール中の低沸点物質を除去した後、脱水反応に供することによりメタノールの脱水反応への影響が回避され、装置に悪影響を与える有機不純物の生成が減少し、脱水反応を長期間安定して行うことができるようになる。また、脱水反応により生成した水で原料の炭化水素を加湿することにより、天然ガス産出国で貴重な水使用量が削減されると共に、微量の有機不純物を含む排水が無くなるので、環境保全のための排水対策が不要となる。
従って本発明の方法により天然ガス産出国などで燃料グレードのジメチルエーテルを極めて有利に製造することができる。
【0012】
【実施例】
次に実施例により本発明を更に具体的に説明する。但し本発明は以下の実施例により制限されるものではない。
【0013】
実施例1
図1のフローに基づき、5000T/D規模のジメチルエーテル製造装置に本発明を適用した場合を示す。図1において原料の炭化水素(天然ガス)は流路1 より導入され、流路2を経てリサイクル水素(流路3)と混合される。原料天然ガス予熱器4において燃焼排ガス(流路67)と熱交換することにより400℃まで予熱した後、水添反応器5及びサルファー吸着塔6において脱硫される。脱硫した原料天然ガス(流路7)はサチュレーター9において増湿されるが、サチュレーター供給水(流路10)には、合成ガス凝縮水(流路25)及びメタノール精留塔の排水(流路64)が用いられる。
増湿された天然ガス(流路12)はスチームとカーボンのモル比が1.8となるようプロセススチーム(流路13)と混合され、一次改質炉入口ガス予熱器14で630℃まで予熱した後、一次改質炉16の反応管に導入される。一次改質炉の燃料(流路65)には、天然ガスの他合成工程からのオフガス(流路37および流路44)を使用し、流路66より燃焼用空気は導入される。
一次改質炉出口ガス(流路17)は更に二次改質炉19で改質される。二次改質炉19は酸素(流路18)を用いた部分酸化反応器で、出口温度は1000〜1050℃となる。二次改質炉を出たガスは熱回収システム21において、高圧スチームや蒸留工程の熱源として熱回収し、合成ガス冷却器22で常温まで冷却後、合成ガス気液分離器23で合成ガス(流路24)と合成ガス凝縮水(流路25)に分離する。
メタノール合成工程では、合成ガス(流路24)を、合成ガス圧縮機26で約10MPaに昇圧し、未反応循環ガス(流路29)と混合後、合成塔入口ガス予熱器31で予熱し、メタノール合成塔32にてメタノールを合成する。合成塔出口ガス(流路33)を合成塔入口ガス予熱器31と冷却器34により常温まで冷却し、高圧分離器35で未反応ガスと粗メタノール(流路36)に分離する。未反応ガスの大部分はメタノール合成原料として循環再利用するが、一部は系内圧力調整のため、流路37よりパージする。粗メタノール(流路36)は低圧分離器38で溶存ガスの一部を除去し、流路39を経て粗メタノールタンク45に導入される。低圧分離器ベントガス(流路40)は若干のメタノール分を含んでいるため、ベントスクラッバー41で純水(流路42)に吸収することにより回収し、流路43を経て粗メタノールタンク45に導入する。
粗メタノール中の溶存ガスおよび低沸不純物は初流塔49において分離される。低沸不純物の比揮発度を高くすることにより分離を容易にするため、メタノール精留塔排水(流路64)を流路47より添加する。また、酸性成分も含んでいるため、腐食防止のため苛性ソーダ(流路48)を添加する。除去された溶存ガス及び低沸不純物は流路52より放出され、改質炉16等の燃料として使用される。
溶存ガスおよび低沸分を除去した粗メタノール(流路51)をリサイクルメタノール(流路53)と混合し、メタノール蒸発器54で300℃まで蒸発及び過熱した後、脱水反応器56に導入し、ジメチルエーテルを合成する。流路51の粗メタノール中に含まれる水分量は、合成ガス製造工程にどのような方式を採るかにより異なるが、実施例のように2段改質法を採った場合は、約21wt%となる。
脱水反応器56からの粗ジメチルエーテル(流路57)は、ジメチルエーテル精留塔58で精留され製品ジメチルエーテル(流路60)となる。一方、塔底のメタノールと水の混合物(流路61)は、メタノール精留塔62にて分離され、塔頂からのメタノール(流路53)はジメチルエーテル合成原料として循環再使用し、塔底の微量の有機不純物を含んだ水(流路64)は、初留塔49のプロセス水およびサチュレーター供給水として再利用する。
【0014】
実施例2
合成ガス製造工程、メタノール合成工程は実施例1と同様であるが、初留塔49において、水分濃度の低いメタノール(流路51)と微量の有機不純物を含む排水(流路51a)に分離した。こうすることにより、これ以降の工程の機器をコンパクトにすることができると共に、所要エネルギーも削減できる。微量の有機不純物を含む排水(流路51a)はメタノール精留塔62の排水(流路64)と共に、サチュレーター供給水などに再利用される。
【0015】
【発明の効果】
本発明のジメチルエーテル製造方法によると、ジメチルエーテルの分離が容易であり、巨大なメタノール精製塔も不要なので、装置コストやエネルギー消費量が削減される。また、粗メタノール中の低沸点物質を除去するので、反応や装置に悪影響を与えずに脱水反応を長期間安定して行うことができる。更に、脱水反応により生成した水で原料の炭化水素を加湿することにより、水使用量が削減され、微量の有機不純物を含む排水が無くなるので、環境保全のための排水対策が不要となる。
従って天然ガス産出国などで燃料グレードのジメチルエーテルを極めて有利に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の実施形態の一例を示す概略図である。(実施例1)
【図2】図2は本発明の実施形態の一例を示す概略図である。(実施例2)
【符号の説明】
1:天然ガス
2:原料天然ガス
3:リサイクル水素
4:原料天然ガス予熱器
5:水添反応器
6:サルファー吸着塔
7:脱硫天然ガス
8:脱硫天然ガス予熱器
9:サチュレーター
10:サチュレーター供給水
11:循環水
12:増湿天然ガス
13:プロセススチーム
14:一次改質炉入口ガス予熱器
15:一次改質炉入口ガス
16:一次改質炉
17:一次改質ガス
18:酸素
19:二次改質炉
20:二次改質炉出口ガス
21:熱回収システム
22:合成ガス冷却器
23:合成ガス気液分離器
24:合成ガス
25:合成ガス凝縮水
26:合成ガス圧縮機
27:メークアップガス
28:未反応循環ガス
29:循環機
30:メタノール合成塔入口ガス
31:メタノール合成塔入口ガス予熱器
32:メタノール合成塔
33:メタノール合成塔出口ガス
34:メタノール合成塔出口ガス冷却器
35:高圧分離器
36:粗メタノール
37:パージガス
38:低圧分離器
39:粗メタノール
40:低圧分離器ベントガス
41:ベントガススクラッバー
42:純水
43:回収メタノール
44:ベントガス
45:粗メタノールタンク
46:初留塔供給粗メタノール
47:初留塔加水
48:苛性ソーダ
49:初留塔
50:初留塔凝縮器
51:低沸除去粗メタノール
52:初留塔オフガス
53:リサイクルメタノール
54:メタノール蒸発器
55:脱水反応器入口ガス
56:脱水反応器
57:粗ジメチルエーテル
58:ジメチルエーテル精留塔
59:ジメチルエーテル精留塔凝縮器
60:製品ジメチルエーテル
61:メタノール精留塔供給液
62:メタノール精留塔
63:メタノール精留塔凝縮器
64:メタノール精留塔排水
65:一次改質炉燃料
66:燃焼空気
67:燃焼排ガス
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing dimethyl ether from hydrocarbons, and more particularly to a method for producing fuel grade dimethyl ether which is improved from the viewpoint of environmental protection and energy saving.
[0002]
[Prior art]
Dimethyl ether is used as a solvent in the chemical industry, but recently, its use is attracting attention as a new fuel for diesel vehicles, fuel cells, and city gas. As a method for producing fuel grade dimethyl ether, for example, Japanese Patent No. 2849475 describes a method of producing dimethyl ether using a catalyst having activity in both methanol synthesis and methanol dehydration of synthesis gas containing hydrogen and carbon oxide. Has been.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the method for producing dimethyl ether described in Japanese Patent No. 2849475, an unreacted synthesis gas and a reaction gas containing methanol, dimethyl ether and product water can be obtained from a methanol / dimethyl ether reactor. However, since the boiling point of dimethyl ether is low, it is condensed. A low temperature heat source is required for separation.
Further, in the methanol synthesis, an acidic substance having a low boiling point such as methyl formate is generated and circulated in the reaction system. Acidic substances with a low boiling point such as methyl formate are difficult to separate from dimethyl ether and produced water, are corrosive, and require environmental measures if mixed into wastewater.
Furthermore, when producing synthesis gas, it is necessary to supply water vapor in an amount of 0.6 to 3 times that of the raw material hydrocarbon. However, fuel grade dimethyl ether is often produced from inexpensive natural gas. In particular, water is precious in countries that produce natural gas.
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in producing fuel grade dimethyl ether and to provide a method for producing fuel grade dimethyl ether which is improved from the viewpoint of environmental protection and energy saving.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
As a result of diligent investigations on the production method of dimethyl ether having the above-mentioned problems, the inventors separated methanol synthesis reaction and its dehydration reaction, and synthesized and produced dimethyl ether from crude methanol from which low-boiling substances had been removed in advance by dehydration reaction. It has been found that dimethyl ether improved from the viewpoint of environmental protection and energy saving can be produced by humidifying the hydrocarbon of the raw material with water, and the present invention has been achieved.
[0005]
That is, the present invention comprises (a) a synthesis gas production process in which a hydrocarbon is reacted with water vapor or water vapor and oxygen to generate a synthesis gas mainly composed of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide, and (b) a methanol synthesis catalyst. A methanol synthesis step for reacting the synthesis gas and recovering the generated crude methanol in liquid form; (c) separating the dissolved gas and low-boiling components from the top of the tower by distillation of the recovered crude methanol; A methanol distillation step for separating from the bottom of the column, (d) a dimethyl ether production step for producing dimethyl ether from the separated aqueous methanol, and (e) a dimethyl ether distillation step for separating the obtained dimethyl ether, produced water and unreacted methanol by distillation. (E) The dimethyl product is characterized in that the produced water separated in step (e) is used for humidifying the hydrocarbon of the raw material. A method for producing ether, and (a) a synthesis gas production process in which a hydrocarbon is reacted with water vapor or water vapor and oxygen to generate a synthesis gas mainly composed of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide, (b) methanol synthesis A methanol synthesis step of reacting the synthesis gas on a catalyst and recovering the generated crude methanol in liquid form; (c) separating the dissolved gas and low-boiling components from the tower top by distillation of the recovered crude methanol; (b ) A methanol distillation step for separating methanol having a concentration higher than the methanol recovered in the step from the middle stage of the distillation column, (d) a dimethyl ether production step for producing dimethyl ether from the separated methanol, and (e) the obtained dimethyl ether and product water. And a dimethyl ether distillation step in which unreacted methanol is separated by distillation, and separated in step (e). A method for producing dimethyl ether, characterized by using the generated water humidification of the hydrocarbon feedstock.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As the raw material hydrocarbon in the present invention, gaseous natural gas mainly composed of methane, liquid LPG, naphtha, light oil and the like are used.
In the synthesis gas production process (a), gaseous hydrocarbon or liquid hydrocarbon vaporized and steam or steam and oxygen are reacted in a reformer at 800 to 1050 ° C. in the presence of a nickel-based catalyst. A synthesis gas containing carbon monoxide and carbon dioxide as the main components is produced.
In the methanol synthesis step (b), a copper catalyst is usually used, and crude methanol is produced from synthesis gas at a pressure of 0.5 to 20 MPa and a temperature of 200 to 300 ° C.
[0007]
In the methanol distillation step (c), crude methanol from the synthesis step is supplied to the distillation column, and organic impurities contained in the crude methanol, that is, organic compounds lower than the boiling point of methanol (low-boiling components) and dissolved gas are separated by distillation. Then, methanol and water from the bottom of the column and crude methanol containing an organic compound (high boiling point component) higher than the boiling point of methanol are subjected to a dehydration reaction (dimethyl ether production step (d)). Since an acidic substance is contained in the crude methanol from the synthesis step, it is preferable to add an alkali.
In addition, by extracting a fraction mainly composed of methanol from the middle part of the distillation column and mainly extracting water and high-boiling components from the bottom of the column, methanol having a concentration higher than the methanol recovered in step (b) It can be separated from the stage. Methanol extracted from the middle stage may be subjected to a dehydration reaction.
[0008]
In the dimethyl ether production step (d), a known dehydration catalyst such as γ-alumina catalyst or silica-alumina catalyst can be used. The reaction pressure is 0.5 MPa or more, preferably 1 to 2 MPa. If the reaction pressure is too low, it is difficult to condense dimethyl ether, and it is necessary to condense with cold heat, resulting in an increase in apparatus cost and energy consumption. The dehydration reaction temperature is usually 250 to 400 ° C., and is determined by the catalyst used.
[0009]
In the dimethyl ether distillation step (e), two distillation columns are used, and the product dimethyl ether is separated from the top of the first distillation column, and unreacted methanol is separated from the top of the second distillation column, and water produced by the dehydration reaction is separated from the bottom. It is preferable to separate. In the first distillation column, the pressure at the top of the column is 1-2 MPa in order to separate the product dimethyl ether with air cooling or cooling water, and the pressure at the bottom of the second distillation column is 0 because a heat source such as low-pressure steam is used. .About 1 to 0.2 MPa. Unreacted methanol separated in the second distillation column is recycled in the dimethyl ether production step (d).
[0010]
In the present invention, water produced by the dehydration reaction of methanol is used for humidifying the hydrocarbon of the raw material. There are various types of humidification methods, such as a spray method, a scrubber having a packed bed, and a heat exchange type, and there is no particular limitation, but a heat exchange type is preferred in order to use the generated water for humidification using a heat source as low as possible. . The product water separated in the dimethyl ether distillation step (e) contains trace amounts of organic impurities, which may affect the gas reforming catalyst in the synthesis gas production step (a). It is preferable to further humidify the condensed water in the synthesis gas generated in the synthesis gas production step after humidifying the raw material hydrocarbons using the produced water.
[0011]
In the present invention, in the production of dimethyl ether, the separation of dimethyl ether is facilitated by separating the methanol synthesis reaction and the dehydration reaction. Therefore, condensation separation with an air cooler or cooling water is possible, and no cooling is required. Consumption is reduced. In addition, a large methanol rectification tower is required when rectified methanol is subjected to a dehydration reaction as in the case of dimethyl ether production by a conventional methanol dehydration method. By manufacturing the system, a huge methanol refining tower is not necessary, so that the apparatus cost and energy consumption are reduced. Furthermore, by removing low-boiling substances in the crude methanol and then subjecting it to a dehydration reaction, the influence of methanol on the dehydration reaction is avoided, the production of organic impurities that adversely affect the apparatus is reduced, and the dehydration reaction is stabilized for a long time. Can be done. In addition, by humidifying the raw material hydrocarbons with water generated by the dehydration reaction, the amount of valuable water used in natural gas producing countries is reduced and wastewater containing trace amounts of organic impurities is eliminated. No drainage measures are required.
Therefore, fuel grade dimethyl ether can be produced very advantageously by the method of the present invention in a country where natural gas is produced.
[0012]
【Example】
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples.
[0013]
Example 1
The case where this invention is applied to the dimethyl ether manufacturing apparatus of 5000T / D scale based on the flow of FIG. 1 is shown. In FIG. 1, the raw material hydrocarbon (natural gas) is introduced from the flow path 1 and mixed with the recycle hydrogen (flow path 3) via the flow path 2. The raw material natural gas preheater 4 is preheated to 400 ° C. by exchanging heat with the combustion exhaust gas (flow path 67), and then desulfurized in the hydrogenation reactor 5 and the sulfur adsorption tower 6. The desulfurized raw material natural gas (channel 7) is humidified in the saturator 9, but the saturator feed water (channel 10) includes synthesis gas condensed water (channel 25) and waste water from the methanol rectifier (channel). 64) is used.
After the humidified natural gas (channel 12) is mixed with process steam (channel 13) so that the molar ratio of steam to carbon is 1.8, it is preheated to 630 ° C in the primary reformer inlet gas preheater 14 Then, it is introduced into the reaction tube of the primary reforming furnace 16. Off-gas (flow path 37 and flow path 44) from the natural gas synthesis process is used as fuel for the primary reforming furnace (flow path 65), and combustion air is introduced from the flow path 66.
The primary reforming furnace outlet gas (flow path 17) is further reformed in the secondary reforming furnace 19. The secondary reforming furnace 19 is a partial oxidation reactor using oxygen (flow path 18), and the outlet temperature is 1000 to 1050 ° C. The gas that has exited the secondary reforming furnace is recovered in the heat recovery system 21 as a heat source for high-pressure steam and distillation processes, cooled to room temperature with a synthesis gas cooler 22, and then synthesized gas ( Separated into a flow path 24) and synthesis gas condensed water (flow path 25).
In the methanol synthesis step, the synthesis gas (flow path 24) is pressurized to about 10 MPa by the synthesis gas compressor 26, mixed with the unreacted circulation gas (flow path 29), preheated by the synthesis tower inlet gas preheater 31, Methanol is synthesized in the methanol synthesis tower 32. The synthesis tower outlet gas (flow path 33) is cooled to room temperature by the synthesis tower inlet gas preheater 31 and the cooler 34, and is separated into unreacted gas and crude methanol (flow path 36) by the high pressure separator 35. Most of the unreacted gas is circulated and reused as a methanol synthesis raw material, but a part is purged from the flow path 37 to adjust the system pressure. Crude methanol (flow path 36) removes part of the dissolved gas by the low-pressure separator 38, and is introduced into the crude methanol tank 45 via the flow path 39. Since the low-pressure separator vent gas (flow path 40) contains some methanol, it is recovered by being absorbed into pure water (flow path 42) by the vent scrubber 41, and then passed through the flow path 43 to the crude methanol tank 45. Introduce.
Dissolved gas and low boiling impurities in the crude methanol are separated in the initial flow column 49. In order to facilitate separation by increasing the relative volatility of low boiling impurities, methanol rectification tower drainage (flow path 64) is added from flow path 47. Further, since it contains an acidic component, caustic soda (flow path 48) is added to prevent corrosion. The removed dissolved gas and low boiling impurities are discharged from the flow path 52 and used as fuel for the reforming furnace 16 and the like.
Crude methanol (channel 51) from which dissolved gas and low-boiling components have been removed is mixed with recycled methanol (channel 53), evaporated and heated to 300 ° C in a methanol evaporator 54, and then introduced into a dehydration reactor 56. Synthesize dimethyl ether. The amount of water contained in the crude methanol in the flow path 51 differs depending on the method used for the synthesis gas production process, but when the two-stage reforming method is used as in the example, it is about 21 wt%. Become.
Crude dimethyl ether (flow path 57) from dehydration reactor 56 is rectified by dimethyl ether rectification column 58 to become product dimethyl ether (flow path 60). On the other hand, the mixture of methanol and water at the bottom of the column (channel 61) is separated by the methanol rectification column 62, and the methanol (channel 53) from the top of the column is recycled and reused as a dimethyl ether synthesis raw material. Water containing a small amount of organic impurities (channel 64) is reused as process water for the first distillation column 49 and saturator supply water.
[0014]
Example 2
The synthesis gas production process and the methanol synthesis process are the same as in Example 1. However, in the first distillation column 49, separation into methanol (channel 51) having a low water concentration and waste water (channel 51a) containing a small amount of organic impurities was performed. . By doing so, it is possible to make the devices in the subsequent processes compact and to reduce the required energy. Waste water containing a small amount of organic impurities (flow path 51a) is reused together with the waste water (flow path 64) of the methanol rectifying column 62 for saturator supply water or the like.
[0015]
【The invention's effect】
According to the dimethyl ether production method of the present invention, the separation of dimethyl ether is easy, and a huge methanol purification tower is not required, so that the apparatus cost and energy consumption are reduced. Further, since the low boiling point substance in the crude methanol is removed, the dehydration reaction can be stably performed for a long time without adversely affecting the reaction and the apparatus. Furthermore, by humidifying the raw material hydrocarbons with water generated by the dehydration reaction, the amount of water used is reduced and there is no waste water containing a small amount of organic impurities, so that no drainage measures for environmental conservation are required.
Therefore, fuel grade dimethyl ether can be produced very advantageously in countries producing natural gas.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of an embodiment of the present invention. Example 1
FIG. 2 is a schematic view showing an example of an embodiment of the present invention. (Example 2)
[Explanation of symbols]
1: Natural gas
2: Raw natural gas
3: Recycled hydrogen
4: Raw material natural gas preheater
5: Hydrogenation reactor
6: Sulfur adsorption tower
7: Desulfurized natural gas
8: Desulfurized natural gas preheater
9: Saturator
10: Saturator supply water
11: Circulating water
12: humidified natural gas
13: Process steam
14: Primary reformer inlet gas preheater
15: Primary reformer inlet gas
16: Primary reforming furnace
17: Primary reformed gas
18: Oxygen
19: Secondary reforming furnace
20: Secondary reformer outlet gas
21: Heat recovery system
22: Syngas cooler
23: Syngas gas-liquid separator
24: Syngas
25: Syngas condensed water
26: Syngas compressor
27: Makeup gas
28: Unreacted circulating gas
29: Circulator
30: Methanol synthesis tower inlet gas
31: Methanol synthesis tower inlet gas preheater
32: Methanol synthesis tower
33: Methanol synthesis tower outlet gas
34: Gas cooler at the outlet of methanol synthesis tower
35: High pressure separator
36: Crude methanol
37: Purge gas
38: Low pressure separator
39: Crude methanol
40: Low pressure separator vent gas
41: Vent gas scrubber
42: Pure water
43: Recovered methanol
44: Vent gas
45: Crude methanol tank
46: Crude methanol supplied to the first distillation column
47: First distillation tower water
48: Caustic soda
49: First tower
50: First tower condenser
51: Low boiling removal crude methanol
52: First tower off-gas
53: Recycled methanol
54: Methanol evaporator
55: Dehydration reactor inlet gas
56: Dehydration reactor
57: Crude dimethyl ether
58: Dimethyl ether fractionator
59: Dimethyl ether fractionator condenser
60: Product dimethyl ether
61: Methanol rectification column supply liquid
62: Methanol fractionator
63: Methanol fractionator condenser
64: Methanol fractionator drain
65: Primary reformer fuel
66: Combustion air
67: Combustion exhaust gas

Claims (3)

(a)炭化水素を水蒸気または水蒸気および酸素と反応させて、水素、一酸化炭素および二酸化炭素を主成分とする合成ガスを発生させる合成ガス製造工程、
(b)メタノール合成触媒上で該合成ガスを反応させ、生成した粗メタノールを液状で回収するメタノール合成工程、
(c)回収された粗メタノールを蒸留により、溶解ガスと低沸点成分を塔頂部から分離し、含水メタノールを塔底から分離するメタノール蒸留工程、
(d)分離された含水メタノールからジメチルエーテルを製造するジメチルエーテル製造工程、および
(e)得られたジメチルエーテルと生成水および未反応メタノールを蒸留により各々分離するジメチルエーテル蒸留工程からなり、
(e)工程で分離された有機不純物を含む生成水を原料の炭化水素の加湿に利用することを特徴とするジメチルエーテルの製造方法。
(a) a synthesis gas production process in which a hydrocarbon is reacted with water vapor or water vapor and oxygen to generate a synthesis gas mainly composed of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide;
(b) a methanol synthesis step of reacting the synthesis gas on a methanol synthesis catalyst and recovering the generated crude methanol in a liquid state;
(c) a methanol distillation step in which the recovered crude methanol is distilled to separate dissolved gas and low-boiling components from the top of the tower, and water-containing methanol is separated from the bottom of the tower;
(d) a dimethyl ether production process for producing dimethyl ether from the separated aqueous methanol, and
(e) comprising a dimethyl ether distillation step in which the obtained dimethyl ether, product water and unreacted methanol are separated by distillation,
(e) A method for producing dimethyl ether, wherein the produced water containing organic impurities separated in the step is used for humidifying a hydrocarbon of a raw material.
(a)炭化水素を水蒸気または水蒸気および酸素と反応させて、水素、一酸化炭素および二酸化炭素を主成分とする合成ガスを発生させる合成ガス製造工程、
(b)メタノール合成触媒上で該合成ガスを反応させ、生成した粗メタノールを液状で回収するメタノール合成工程、
(c)回収された粗メタノールを蒸留により、溶解ガスと低沸点成分を塔頂部から分離し、 (b)工程において回収したメタノールより高い濃度のメタノールを蒸留塔途中段から分離するメタノール蒸留工程、
(d)分離されたメタノールからジメチルエーテルを製造するジメチルエーテル製造工程、および
(e)得られたジメチルエーテルと生成水および未反応メタノールを蒸留により各々分離するジメチルエーテル蒸留工程からなり、
(e)工程で分離された有機不純物を含む生成水を原料の炭化水素の加湿に利用することを特徴とするジメチルエーテルの製造方法。
(a) a synthesis gas production process in which a hydrocarbon is reacted with water vapor or water vapor and oxygen to generate a synthesis gas mainly composed of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide;
(b) a methanol synthesis step of reacting the synthesis gas on a methanol synthesis catalyst and recovering the generated crude methanol in a liquid state;
(c) The recovered crude methanol is distilled to separate dissolved gas and low-boiling components from the top of the column. (b) A methanol distillation step of separating methanol having a concentration higher than the methanol recovered in the step from the middle stage of the distillation column.
(d) a dimethyl ether production process for producing dimethyl ether from the separated methanol, and
(e) comprising a dimethyl ether distillation step in which the obtained dimethyl ether, product water and unreacted methanol are separated by distillation,
(e) A method for producing dimethyl ether, wherein the produced water containing organic impurities separated in the step is used for humidifying a hydrocarbon of a raw material.
(e)工程で分離された生成水で炭化水素を加湿した後、 (a)工程で発生する合成ガス中の凝縮水で加湿する請求項1または2に記載のジメチルエーテルの製造方法。The method for producing dimethyl ether according to claim 1 or 2, wherein the hydrocarbon is humidified with the produced water separated in step (e) and then humidified with condensed water in the synthesis gas generated in step (a).
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