[发明专利]用甲醇脱水生产二甲醚的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产二甲醚的装置，尤其指用甲醇气相脱水生产二甲醚的装置。

背景技术

二甲醚，简称DME，化学式CH₃OCH₃，它是一种无色、有轻微醚香味的含氧化合物，在化工和医药行业中一直被广泛用作麻醉剂、气雾剂、制冷剂和各种有机合成原料。

二甲醚可以直接用作发动机燃料和民用燃料，由于石油价格不断飚升，二甲醚作为煤为基础的燃料替代石油产品已成为热点。二甲醚以资源优势和环保特性，结合我国能源贫油少气多煤的国情，使二甲醚用于清洁燃料市场的前景相当广大。二甲醚在国外被誉为“21世纪的绿色产品”，在国内则被称为“第二代民用液体燃料”。

长期以来，由于生产成本和销售价格过高，二甲醚除在精细化工领域加以应用外，难以作为能源进行推广应用。随着我国在二甲醚生产技术上的新突破，一些专家建议我国应大力发展推广清洁新能源二甲醚，作为对石油资源的补充和替代，利用我国丰富的煤炭资源从根本上解决国家能源安全问题，并实现我国能源技术赶超世界先进水平的跨越。由于二甲醚具有其它代用燃料不可比拟的优势，如果二甲醚的价格降到能与柴油相竞争的水平，将会成为柴油、汽油和液化气的主要替代燃料，具有难以估量的市场前景。

开发二甲醚，对我国环境保护也具有十分重要的意义。煤炭直接燃烧，排放大量的硫化物、氮氧化物、烟尘和二氧化碳，这是我国目前的主要污染源。而二甲醚本身含氧，燃烧充分，不析炭、无残液。

二甲醚的生产方法：

现有的二甲醚的生产方法有合成气一步法、甲醇脱水两步法两种；而甲醇脱水法又分为甲醇气相催化脱水法和液相催化脱水法。

合成气一步法生产二甲醚的工艺：

所谓一步法是指以合成气为原料，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。反应过程中，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。

合成气一步法制二甲醚，是以煤、天然气、渣油为原料，是近几年世界上竞相开发的工艺路线，具有流程短、成本低、经济效益显著等特点。美国APC、日本NKK公司自20世纪90年代初期开始研发，完成了工业试验，取得了长足进展。国内浙江大学于90年代末在湖北田力公司建成1500t/a工试装置，清华大学2003年在重庆3000t/a中试装置，大连物化所、山西煤化所、华东理工大学等也对此有所研究。

合成气一步法生产二甲醚是新的技术领域，国内外众多的研究机构和专利商十分关注该技术，但工业化项目不多，国内外尚无万吨级装置。

合成气一步法的主要问题有：1)产品单一，只能生产二甲醚，甲醇产量为二甲醚产量的1-10％，不能调节甲醇和二甲醚两种产品的比例。

2)催化剂的使用问题

DME的合成催化剂采用甲醇合成及甲醇脱水剂结合而成，对合成气中的有毒成份(S、CI)非常敏感，合成气的净化精度直接影响到合成催化剂的寿命，对甲醇催化剂有毒的介质都将极大的影响DMG催化剂的活性，由于二甲醚合成催化剂非常昂贵，其寿命的长短直接影响到DMG的生产成本。以煤为原料制得的合成气除S之外，有微量的CL、AS羰基铁等有毒物质，进入合成前必须加以脱除。

3)原料利用率低

在反应产物中二甲醚与CO的比例为1∶1(分子比)，如原料中有水或CO₂，则反应产物中反应产物中CO₂的浓度(摩尔浓度)将超过二甲醚的浓度(摩尔浓度)，而二氧化碳利用价值是很低的。因此，以目标产品二甲醚计，合成气一步法的原料利用率很低.

4)反应器效率低

合成甲醇、CO变换、甲醇脱水均为放热反应，总反应热效应很大(58.8kcal/molDME)，绝热温升达500-1050℃。如不能有效移走热量，则合成甲醇的催化活性中心将被破坏而导致失活。因而必须使用换热式反应器。而无论是固定床还是浆态床，由于反应器效率低，大型化均有一定问题。

国内外甲醇脱水制二甲醚技术现状

由于合成气一步法制二甲醚在工程化、特别是大型化装置上应用还存在较多风险，因此当前情况下生产二甲醚技术采用甲醇脱水法技术路线更加合适，国外有日本东洋工程公司(TEC)和美国杜邦等公司，国内经十来年的改进完善，工艺技术也已相当成熟。如单建DME装置，投资低，建设周期也短。国内外二甲醚生产技术主要如下：

(1)美国杜邦气相脱水法