[发明专利]一种甲醇脱水生产二甲醚的流化装置

说明书

技术领域

本发明涉及二甲醚生产的装置，更具体地说是涉及一种以甲醇为原料气相催化脱水制二甲醚的装置。

背景技术

二甲醚(Dimethylether，简称DME)是一种最简单的脂肪醚，用途广泛。二甲醚有高的十六烷值，作为柴油替代燃料具有良好的燃烧性质，其排放物比美国加州超低排放标准要低。二甲醚的物性与液化石油气相似，可代替液化石油气(LPG)作为民用洁净燃料，被誉为“21世纪的绿色燃料”，世界各国目前都在大力发展它的生产和使用技术。

目前合成DME有以下几种方法：(1)液相甲醇脱水法；(2)气相甲醇脱水法；(3)合成气一步法；(4)CO₂加氢直接合成法；(5)催化蒸馏法。其中两步法合成DME的工艺比较成熟，甲醇气相脱水法是目前国内外主要的生产方法，后三种方法正处于研究和工业放大阶段生产。液相甲醇脱水法存在设备腐蚀、环境污染严重、产品后处理困难等问题，国外已基本废除此法。中国仍有个别厂家使用该工艺生产DME；由合成气一步法制DME的生产成本较低，但相对其它两类方法，目前该方法正处于工业放大阶段，规模比较小。另外，它对催化剂、反应压力要求高，产品的分离纯度低，二甲醚选择性低，这都是需要研究解决的问题；世界上有不少国家正在开发催化蒸馏法及CO₂加氢制DME的催化剂和工艺，但目前都处于探索阶段。

甲醇脱水合成DME发生如下化学反应：

2CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂O+2314kJ/mol

该反应是强放热反应。合成DME一般采用的是固定床反应器和浆态床反应器。对于固定床反应器，按换热方式可分为多段绝热式和连续换热式。多段绝热式反应器又可分为直接冷激式和间接冷激式；连续换热式反应器可分为外冷式和内冷式。为了克服固定床的热量交换问题，CN2621805Y提出一种管壳外冷-绝热复合式固定床反应器。总的来说，固定床反应器由于移热困难而难以实现DME的大规模生产。

对于浆态床反应器生产DME的工艺如CN1194257A、US6562306等，虽然移热容易，可实现恒温操作，但由于额外引进一个惰性液体相，使体系存在着严重的传质阻力，结果导致反应速率和反应器的生产能力显著下降，这也限制了DME的工业化生产规模。此外，需增设固体催化剂从产物中分离的设备，如采用操作费用昂贵的过滤设备，而且催化剂微粒常使得搅拌器、泵壳、泵轴和反应器壳体造成磨损等。

在传热速率方面，通过计算，浆态床反应器的总传热系数在837kJ/m²·h·℃左右，而流化床的总传热系数可以是浆态床反应器的2～5倍左右。因此，流化床反应器因其具有优良的传热性能而成为大规模生产DME的理想反应器。

由于甲醇脱水为强放热反应，如何控制流化床反应器的反应温度，避免因超温发生副反应，是采用流化床反应器生产二甲醚存在的主要技术问题。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上设计一种甲醇脱水生产二甲醚的流化装置。

本发明设计的技术方案之一

本发明设计的甲醇脱水生产二甲醚的流化装置包括流化床反应器、沉降器、气固分离设备、取热器和任选的汽提器，其中沉降器位于流化床反应器的上部，气固分离设备位于沉降器的内部，也可以穿过沉降器伸入至流化床反应器内部。

所述的取热器位于流化床反应器的内部或/和外部。所述的取热器的数量为一个或多个。当取热器位于流化床反应器的外部时，每个外置的取热器与流化床反应器通过两条管线相连，一端与流化床反应器下部密相床层相连，另一端与流化床反应器上部的密相床层相连。

所述的汽提器设有待生催化剂出口，该出口通过待生催化剂输送管线与再生器相连。所述的汽提器与流化床反应器同轴或非同轴布置。当所述的汽提器与流化床反应器同轴布置时，汽提器与流化床反应器直接连通。当所述的汽提器与流化床反应器非同轴布置时，汽提器与沉降器之间通过待生催化剂管线和汽提管线相连。

气固分离设备选自重力沉降器、惯性分离器、旋风分离器、旋流分离器、过滤分离器中的一种或几种。其数量为一个或多个。

在沉降器的顶部设有反应物流出口或任选的集气室。