[发明专利]一种甲醇气相脱水制二甲醚的方法

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，尤其是涉及一种甲醇气相脱水合成二甲醚生产方法。

背景技术

目前生产二甲醚工艺技术主要有甲醇脱水法(两步法)和合成气直接合成法(一步法)两种。而一步法和两步法又均有液相法和气相法两种工艺。一步法是以合成气为原料，在同一个反应器内甲醇合成和甲醇脱水两步反应在双功能催化剂上同时进行。由于反应协同效应，甲醇一经生成，马上进行脱水反应转化成二甲醚，突破了单纯甲醇合成中的热力学平衡限制，增大了反应推动力，使得CO转化率较单纯甲醇合成时高得多。一步法具有流程短、设备效率高、操作压力低和CO单程转化率高等特点，使得设备投资费用和操作费用大大减少，合成二甲醚的生产成本与两步法相比可以大幅度地降低。但一步法关键在于制备一种高活性和高稳定性的双功能催化剂，能够同时完成甲醇的合成与甲醇脱水两个反应过程。另外一步法二甲醚合成反应器的设计放大也存在一定困难。因而该技术产业化的实施受到催化剂、反应器放大、投资等一系列条件限制。而在两步法中，液相法的特点是反应温度比较低，反应效果较好，但存在设备腐蚀和残液废水等污染问题。产品需要强碱中和处理等过程，使得流程较长，投资偏大，而产品压缩液化的电耗很大，生产成本较高，同时也不太容易实现大规模生产。在以上背景条件下，目前国内大多数二甲醚生产采用气相法，相比之下该法具有流程短、无腐蚀、投资省等特点，被二甲醚生产企业普遍采用。但作为煤化工项目，技术的先进性关键在于节能降耗、绿色环保、产品质量优、综合效益明显。目前气相法合成二甲醚工艺技术中，仍然存在能耗高，热量无充分回收利用，同时一旦废水中含有的少量甲醇极易散发到空气中，对环境造成污染，也增加了生产成本。针对以上情况，本发明在现有二甲醚气相法生产工艺基础上，进行了大胆的技术革新，通过合理的能量回收再利用技术，最大限度的降低生产能耗，同时对目前普遍采用的工艺流程进行优化，不但稳定降低了废水中甲醇含量(废水中甲醇含量接近零)，而且最大限度的回收了系统中的热量损失，降低了生产能耗与生产成本。

发明内容

本发明的目的就是针对目前甲醇气相合成二甲醚工艺中，存在能耗高，热量无充分回收利用，同时废水中含有的少量甲醇极易散发到空气中，对环境造成污染。直接导致生产过程的原料消耗较高、成本高、能耗大。并且在放大规模时需要在工艺指标控制方面付出更大的生产成本的问题，提供一种甲醇气相脱水生产二甲醚的方法。

本发明保留了目前甲醇气相合成二甲醚主体工艺流程，原料甲醇先通过原料加压泵以及汽化换热装置，使原料甲醇的温度200-220℃、压力0.9±0.2Mpa，达到催化脱水反应器入口要求，催化脱水后生成的二甲醚、水、未反应的甲醇等反应产物，依次通过二甲醚、甲醇精馏塔进行精馏分离。目前普遍采用该工艺的装置中，甲醇脱水反应后直接进行冷却吸收，由于甲醇脱水属于放热反应，该反应热如不及时带走或不回收再利用，势必对有利于产物二甲醚的生成反应受到限制，同时造成能量的巨大损失，增加了单位能耗与生产成本，本发明充分考虑了反应热的回收再利用，通过多级换热实现反应热的回收再利用，提高了反应转化率，降低了原料、能量消耗、进而降低了生产成本。

主要工艺流程如下：

原料甲醇经原料加压泵加压后进入换热器Ⅰ，预热后的液相甲醇再进入原料汽化器，通过控制原料汽化器的汽化率或过热程度以实现对反应器入口物料温度的控制，汽化后的甲醇蒸汽进入换热器Ⅱ与高温反应产物换热，进一步提升甲醇蒸汽的温度，使其达到进入反应器的温度要求后进入合成反应器，经过固体催化剂活性氧化铝催化反应后离开反应器出口的反应产物，首先进入换热器Ⅱ与甲醇蒸汽换热降温，然后顺序进入换热器I与原料甲醇进一步换热。在换热器Ⅰ中，反应副产的水蒸汽和没有转化的甲醇蒸汽会得到部分冷凝。离开换热器Ⅰ的反应产物，进入再沸器Ⅰ与甲醇精馏塔Ⅰ的塔釜液换热进一步降温，使其气相甲醇达到大部分冷凝，降温后的气液混合物料直接进入二甲醚精馏塔Ⅱ ，在精馏塔中，经过提馏段和精馏段的多级气液传质和传热，二甲醚产品和极少量副产不凝气上升至塔顶，然后进入冷凝换热器Ⅲ。在冷凝换热器Ⅲ中，二甲醚得到冷凝液化并靠重力自流回塔，没有冷凝下来的二甲醚蒸汽进入二甲醚副塔，气相二甲醚在上升过程中，进一步与塔顶回流液相进行传质换热，产品得到进一步提纯，升至塔顶冷凝换热器得到冷凝液化，液体产物自流至产品回流罐，产品回流罐液相出口的液体经阀控制部分回流进塔，在保持回流罐液位恒定的条件下，其余部分作为产品采出直接流入产品计量罐，回流罐中如存在不凝气，则经顶部气体出口和压力控制阀进入不凝气吸收塔。