[发明专利]生物质合成气一步法合成二甲醚的反应器及温度控制系统

说明书

技术领域

本发明提供一种生物质合成气制备高品位液体燃料的反应器系统，特别涉及一种由生物质合成气一步制二甲醚的反应器及其温度精确控制系统。

背景技术

二甲醚是一种用途广泛的化工产品，可以替代氟氯烃做气溶胶喷雾剂和环保型制冷剂，也是生产低碳烯烃的重要原料。近年来的研究表明，二甲醚可作为液化石油气和柴油替代品直接作为燃料使用。因此，二甲醚的潜在市场无疑是十分巨大的。

目前，工业上生产二甲醚主要采用甲醇催化脱水工艺，其装置规模小，生产成本高。大规模生产二甲醚应该采用合成气直接转化工艺。合成气一步法合成二甲醚由于打破了热力学平衡，获得了高的CO转化率。

目前，合成气一步法合成二甲醚主要有固定床与浆态床两种工艺。在固定床反应器中，由于二甲醚合成放出的大量热量将使催化剂床层温度升高，严重时将使催化剂烧结，因此受催化剂床层传热的限制，固定床反应器难以应用于大规模的工业化生产当中。而浆态床反应器则存在操作复杂，对催化剂要求高等问题，且CO转化效率稍低，未反应的原料气需要反复循环，消耗了大量的循环压缩功。

合成气直接转化为二甲醚主要有下述两个反应：

2CO+4H₂＝CH₃OCH₃+H₂O  △H＝-218.4KJ/mol(250℃)

3CO+3H₂＝CH₃OCH₃+CO₂  △H＝-257.9KJ/mol(250℃)

可见，二甲醚合成是强放热反应。因此，温度的控制对二甲醚合成过程至关重要。催化剂的还原、最佳合成反应温度等都需要温度的精确控制。在合成催化剂的还原过程中，从催化剂的低温脱水到催化剂中氧化铜的还原，需要精确控制还原气还原温度。还原温度过低，会使催化剂活性组分铜还原过慢，造成还原不充分；还原温度过高，易造成催化剂烧结；催化剂还原过程升温过快，易造成催化剂结构改变而使活性降低。在合成过程中，催化剂的最佳反应温度范围较窄，合成温度过高会使反应过于激烈，反应放热造成催化剂飞温烧结，合成温度过低会使反应速率缓慢，CO转化率降低，合成效率降低。

发明内容

本发明的目的在于克服传热限制的二甲醚固定床反应器及其温度控制集成工艺系统，通过优化反应器设计，利用过热水相变潜热大的特点，解决传统固定床反应器因传热限制而难以放大的问题，提供一种能克服传热限制的二甲醚一步法合成反应器与温度控制工艺集成系统。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种生物质合成气一步制二甲醚的反应器，包括有固定床反应器，沿该反应器内纵向平行分布有多根反应列管；在所述固定床反应器的顶端设置有反应气入口，靠近顶端的反应器的壳程上设有排气口，靠近该排气口的反应器两侧上设置有过热水出口；在所述固定床反应器的底端设置有反应气出口，靠近底端的反应器的壳程上设有排液口，靠近该排液口的反应器两侧上设置有过热水进口；包括有锅炉，用于存储从所述锅炉传输来的过热水的汽包；在所述汽包上设有安全阀、压力表、压力调节阀，汽包的一端端部连接有液位计，另一端端部设有排液口，还包括有过热水进水管道和过热水回水管道，该过热水进水管道一端与所述汽包连通，另一端与所述过热水进口连通，该过热水回水管道一端与所述汽包连通，另一端与所述过热水出口连通；还包括有与所述反应列管连接并检测反应列管内温度的测温点，该测温点直观显示反应列管中催化剂床层的温度。

所述反应列管的管径为32～64mm，相邻两反应列管之间的距离为反应列管管径的2.5倍。反应器列管太小影响固定床反应器的生产能力，太大则反应热难以迅速传递给过热水会影响二甲醚的合成反应温度控制，因而反应列管的管径设置为32～64mm，相邻两反应列管之间的距离为反应列管管径的2.5倍能有效保证反应热能的快速传递，满足反应器温度精确控制的要求。

一种应用于生物质合成气一步制二甲醚的反应器的温度控制系统，包括有锅炉，用于存储从所述锅炉传输来的过热水的汽包；在所述汽包上设有安全阀、压力表、压力调节阀，汽包的一端端部连接有液位计，另一端端部设有排液口，还包括有过热水进水管道和过热水回水管道，该过热水进水管道一端与所述汽包连通，另一端与所述过热水进口连通，该过热水回水管道一端与所述汽包连通，另一端与所述过热水出口连通；还包括有与所述反应列管连接并检测反应列管内温度的测温点，该测温点直观显示反应列管中催化剂床层的温度。