[实用新型]用于由甲醇制备二甲醚的设备

说明书

本实用新型提供一种用于由甲醇制备二甲醚的设备，更具体而言，提出用于通过在气相中使甲醇催化脱水而制备二甲醚的设备，其包含绝热催化剂床作为启动区、通过间接热交换冷却的缓和区以及任选作为调节区的绝热催化剂床。通过使用本实用新型的设备，甲醇转化成二甲醚的转化率可提高且不想要的副产物的形成可降低。

技术领域

本实用新型涉及用于由甲醇制备二甲醚的设备，更具体而言，涉及用于通过在气相中在固体催化剂，特别是基于氧化铝的固体催化剂下使甲醇酸催化脱水而制备二甲醚(DME)的设备，其容许对高目标产物收率以及副产物形成的最小化而言最佳的反应控制。

背景技术

多年来已知通过催化脱水而由甲醇催化制备二甲醚(DME)。美国专利 US 2,014,408例如描述了在催化剂如氧化铝、二氧化钛和氧化钡下由甲醇制备DME的方法，其中优选350-400℃的温度。

关于现有技术和关于二甲醚制备的目前实践的其它信息可在 Ullmann'sEncyclopedia of Industrial Chemistry，第6版，1998Electronic Release，关键词“二甲醚”中找到。在第3章“制备”中，特别解释了纯气体甲醇的催化转化在固定床反应器中进行。

就反应工程观点看，固定床反应器优选用于在气相中将甲醇催化脱水成DME，因为它们的特征是结构简单性。德国特许公开DE 3817816描述了结合到甲醇合成装置中、用于通过甲醇的催化脱水而制备二甲醚的方法，而不存在先前的甲醇反应器中未转化的合成气体的分离。作为脱水反应器，使用简单的固定床反应器。当其用于温度控制而不用任何其它措施，而是仅用外部绝缘包围以避免热损失时，它也可称为绝热固定床反应器。

甲醇根据以下反应方程式脱水成二甲醚：

2CH₃OH＝(CH₃)₂O+H₂O

是放热平衡反应；因此，由此可见从热动力观点看，高转化率在尽可能低的反应温度下实现。另一方面，从反应动力观点看，需要最小的反应温度以确保足够的反应速率以及因此可接受的甲醇转化率。迄今所用绝热固定床反应器的缺点是未能确保最佳的温度控制、确保高转化率和使副产物的形成最小化。

副产物如一氧化碳CO、二氧化碳CO₂、氢气H₂和甲烷CH₄的形成优选在较高的温度下进行。作为形成所述前三种副产物的可能原因，设想用蒸汽将进料流中的甲醇或已形成的DMF蒸汽裂化，所述蒸汽作为反应副产物形成。甲烷例如可在形成的碳氧化物与氢气顺序反应时形成。这些副产物的形成是不理想的，因为它们削弱反应产物的纯度并降低反应对DME的选择性。

理论研究“Modeling and Optimization of MeOH to DME Isothermal Fixed-bed Reactor”，Farsi等人，International Journal of Chemical Reactor Engineering，第8卷，2010，文章A79描述了关于在准(或基本)等温固定床反应器中使甲醇催化脱水成二甲醚的反应器温度的最佳温度廓线曲线，其中固体催化剂置于管中，在所述管的壳侧/壳程上被作为冷却介质的部分蒸发水围绕。通过使用考虑脱水反应的热动力和动力方面的遗传算法，从反应器入口至反应器出口按指数规律降低的温度曲线计算为最佳值，其中反应器入口温度为约800K，且反应器出口温度为约560K。出自该轴向温度曲线，对于最佳的等温反应区，计算为约86％的甲醇转化率，而在绝热反应器中它仅为约82％。然而，所述文件未提供关于最佳的固定床反应器应如何建设性地被设计用于由甲醇制备DME的任何信息。此外，仅甲醇转化，而不是可能副产物的信息用作最佳化的标准。

实用新型内容