CN103449980B - 一种甲醇脱水制二甲醚的方法及装置 - Google Patents

一种甲醇脱水制二甲醚的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种甲醇脱水制备二甲醚的方法，包括：甲醇经预热后，在催化剂作用下发生脱水反应，得到的反应混合物进行气液分离；得到的气相直接进入催化蒸馏塔；得到的液相先脱除阴、阳离子后也进入催化蒸馏塔；所述的催化蒸馏塔反应段装有固体离子交换树脂催化剂，催化蒸馏塔塔顶馏出物经冷凝后得到合格的二甲醚产品；催化蒸馏塔塔底得到含醇废水。本发明还涉及一种所述方法的专用装置。本发明工艺流程简单，甲醇在液相状态下反应，具有反应温度低、转化率高、选择性好、能耗低的优点；另外本发明通过离子交换器去除具有腐蚀性的阴、阳离子，有效解决了液相法的腐蚀问题。

Description

一种甲醇脱水制二甲醚的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种化学产品的生产方法，具体涉及一种甲醇脱水制二甲醚的方法及装置。
背景技术
二甲醚又称甲醚，简称DME。二甲醚作为一种基本化工原料，由于其良好的易压缩、冷凝、汽化特性，可广泛应用于工业、农业、医疗、日常生活等领域。二甲醚未来主要用于替代汽车燃油、石油液化气、城市煤气等，市场前景极为广阔。
甲醇脱水法最早采用硫酸法脱水，反应在液相中进行，主要缺点是设备腐蚀严重、操作条件恶劣，而且对环境污染严重。目前二甲醚的生产方法主要有：（1）采用甲醇气相脱水制二甲醚，优点：二甲醚纯度可以达到99.9%，缺点：甲醇脱水反应温度较高，一般200～380℃，对甲醇原料的纯度也有一定要求；（2）单纯采用催化蒸馏法制二甲醚，优点：甲醇脱水反应和产物分离同时在一座催化蒸馏塔中进行，缺点：塔板数较多，设备投资较高，操作弹性较小。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种甲醇脱水制二甲醚的方法及装置，能够简化工艺流程，降低反应温度和生产能耗，同时可以降低对甲醇原料的纯度要求，提高甲醇的单程转化率，增强装置的操作弹性，有效解决装置的腐蚀问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案:
提供一种甲醇脱水制备二甲醚的方法，包括以下步骤：
1)甲醇经预热达到100～180℃后，在催化剂作用下，在0.5～4.0MPa的压力和100～180℃的温度下发生脱水反应，得到由生成的二甲醚、副产物水和未反应的甲醇组成的反应混合物；
2)步骤1)得到的反应混合物在0.5～2.0MPa的压力和100～180℃的温度下进行气液分离，得到气相和液相；
3)步骤2)得到的气相直接进入催化蒸馏塔；步骤2)得到的液相先脱除阴、阳离子后也进入催化蒸馏塔；所述的催化蒸馏塔反应段装有固体离子交换树脂催化剂，操作压力：0.5～2.0MPa，塔顶温度：40～80℃，塔釜温度：100～200℃，回流比：0.5～10，空速：0.3～10h-；催化蒸馏塔塔顶馏出物经冷凝后得到合格的二甲醚产品；催化蒸馏塔塔底得到含醇废水。
步骤1)所述的预热，优选的方案中是使甲醇依次经过换热器单元和加热器来完成；进一步优选的方案中，所述的换热器单元由2个串联的换热器构成；最优选的方案中，甲醇经进料管进入第一换热器，换热后经过第一换热器出口管，温度为40～60℃，进入第二换热器进行换热，经过第二换热器出口管，温度为60～80℃，再进入加热器，甲醇经过加热器出口管，温度达到100～180℃。
步骤1)所述的脱水反应优选在1.2～2.5MPa的压力和120～150℃的温度下进行。
步骤2)所述的气液分离，优选在0.8～1.5MPa的压力和120～150℃的温度下进行。
步骤3)所述的催化蒸馏塔操作条件优选：压力1.0～1.5MPa，塔顶温度50～60℃，塔釜温度150～200℃，回流比0.5～5，空速0.5～1.0h-。
本发明一种优选的方案中，步骤3)所述的催化蒸馏塔塔底得到的含醇废水进入甲醇回收塔，甲醇回收塔操作条件为：压力为0～0.1MPa，优选0～0.05MPa；塔顶温度为50～80℃，优选60～75℃；塔釜温度为90～120℃，优选95～115℃；回流比为0.5～10，优选0.5～5.0；甲醇回收塔塔顶馏出物经冷凝后得到甲醇，返回步骤1)循环使用；甲醇回收塔塔釜水返回步骤1)用于预热甲醇。
本发明还提供所述的甲醇脱水制备二甲醚的方法的专用装置，它至少包括换热器、加热器、脱水反应器、气液分离器、离子交换器和催化蒸馏塔，所述的换热器、加热器、脱水反应器、气液分离器和催化蒸馏塔之间通过导流装置连接，其中，所述的换热器出口与加热器入口相连，所述的加热器出口与脱水反应器入口相连，所述的脱水反应器出口与气液分离器入口相连，所述的气液分离器气相出口与催化蒸馏塔气相入口相连，所述的气液分离器液相出口经换热器与离子交换器相连，所述的离子交换器出口与催化蒸馏塔液相入口相连。
本发明优选的装置中，所述的换热器由第一换热器和第二换热器串联构成；所述的气液分离器液相出口经第二换热器与离子交换器相连。
本发明进一步优选的装置中，还包括与所述的催化蒸馏塔塔底废水出口相连的甲醇回收塔，且所述的甲醇回收塔顶与所述的第一换热器甲醇入口相连，甲醇回收塔塔底废水出口与所述的第一换热器废水入口相连。
本发明优选的装置更进一步包括与催化蒸馏塔塔顶出口相连的催化蒸馏塔冷凝器、与催化蒸馏塔塔底出口相连的催化蒸馏塔再沸器、与甲醇回收塔塔顶出口相连的甲醇回收塔冷凝器、与甲醇回收塔塔底出口相连的甲醇回收塔再沸器。
本发明最优选的方案中，采用所述的专用装置，以甲醇为原料脱水制备二甲醚，具体方法如下：
如图1所示，甲醇经甲醇进料管1进入第一换热器2，换热后甲醇经过第一换热器出口管3，温度为40～60℃，进入第二换热器4进行换热，甲醇经过第二换热器出口管5，温度为60～80℃，进入加热器6，甲醇经过加热器出口管7，温度为120～150℃，进入脱水反应器8，操作压力：1.2～2.5MPa，操作温度：120～150，在催化剂作用下，甲醇脱水生成二甲醚混合物，生成的反应混合物经脱水反应器出口管9进入气液分离器10，气液分离器10的操作压力：0.8～1.5MPa，操作温度：120～150℃，分离得到的气相经气液分离器气相出口管15直接进入催化蒸馏塔16，分离得到的液相经气液分离器液相出口管11进入第二换热器4，经换热的液相再经第二换热器液相混合物出口管12，温度为60～95℃，进入离子交换器13，脱除阴、阳离子，然后经离子交换器出口管14进入催化蒸馏塔16，操作压力：1.0～1.5MPa，塔顶温度：50～60℃，塔釜温度：150～200℃，回流比：0.5～5，空速：0.5～1.0h-，催化蒸馏塔反应段装有固体离子交换树脂催化剂，反应混合物中的甲醇在催化蒸馏塔反应段中进一步反应生成二甲醚和反应副产物水，反应副产物水和少量未反应的甲醇与产物二甲醚经催化蒸馏塔分离提纯，塔顶馏出物经催化蒸馏塔冷凝器17冷凝后，得到合格的二甲醚产品，经二甲醚产品管18输送至装置外；正常情况下，在催化蒸馏塔塔底可以得到合格的含醇废水，达到直接排放要求，塔釜含醇废水经催化蒸馏塔废水管21直接进入第一换热器2回收余热后，经废水出口管27输送至装置外；但有时会由于开停车、生产故障以及催化剂末期催化剂活性的影响，会造成废水含醇量超标，催化蒸馏塔塔釜超标的含醇废水经催化蒸馏塔至甲醇回收管20进入甲醇回收塔22，操作压力：0～0.05MPa，塔顶温度：60～75℃，塔釜温度：95～115℃，回流比：0.5～5.0，塔顶馏出物经甲醇回收塔冷凝器23冷凝后，得到合格的甲醇，经甲醇回收塔塔顶甲醇出口管24返回甲醇进料管1循环使用；甲醇回收塔塔釜水经甲醇回收塔釜底出口管26，进入第一换热器2回收余热后，经废水出口管27输送至装置外。
本发明的甲醇脱水生产二甲醚的方法，与现有技术比较，具有以下优点：（1）工艺流程简单，反应温度低、转化率高、选择性好、能耗低、投资省；（2）装置对原料甲醇的纯度适应能力强，可以降低原料甲醇的采购成本。（3）装置操作弹性较大，产品二甲醚的纯度及废水中甲醇含量便于控制；（4）通过离子交换去除具有腐蚀性的阴、阳离子，有效解决了装置的腐蚀问题。
附图说明
图1为本发明实施例1的甲醇脱水制备二甲醚的专用装置示意图。
图2为本发明实施例2的甲醇脱水制二甲醚的专用装置示意图。
图中标号说明如下：
1、甲醇进料管；2、第一换热器；3、第一换热器出口管；4、第二换热器；5、第二换热器出口管；6、加热器；7、加热器出口管；8、脱水反应器；9、脱水反应器出口管；10、气液分离器；11、气液分离器液相出口管；12、第二换热器液相混合物出口管；13、离子交换器；14、离子交换器出口管；15、气液分离器气相出口管；16、催化蒸馏塔；17、催化蒸馏塔冷凝器；18、二甲醚产品管；19、催化蒸馏塔再沸器；20、催化蒸馏塔至甲醇回收管；21、催化蒸馏塔废水管；22、甲醇回收塔；23、甲醇回收塔冷凝器；24、甲醇回收塔塔顶甲醇出口管；25、甲醇回收塔再沸器；26、甲醇回收塔釜底出口管；27、第二换热器废水出口管。
具体实施方式
实施例1
一种甲醇脱水生产二甲醚的专用装置，如图1所示，主要由第一换热器2、第二换热器4、加热器6、脱水反应器8、气液分离器10、离子交换器13、催化蒸馏塔16、甲醇回收塔22构成；其中，第一换热器2入口与甲醇进料管1相连，第一换热器2经第一换热器出口管3和第二换热器4入口相连，第二换热器4出口经第二换热器出口管5与加热器6入口相连，加热器6出口经加热器出口管7与脱水反应器8入口相连，脱水反应器8出口经脱水反应器出口管9与气液分离器10入口相连，气液分离器10气相出口通过气液分离器气相出口管15与催化蒸馏塔16气相入口相连，气液分离器10液相出口通过气液分离器液相出口管11与第二换热器4液相混合物入口相连，第二换热器4液相混合物出口经第二换热器液相混合物出口管12与离子交换器13入口相连，离子交换器13出口经离子交换器出口管14与催化蒸馏塔16液相入口相连，催化蒸馏塔16塔顶连接催化蒸馏塔冷凝器17，催化蒸馏塔冷凝器17出口连接二甲醚产品管18，催化蒸馏塔16塔釜连接催化蒸馏塔再沸器19，催化蒸馏塔塔底出口经催化蒸馏塔废水管21与第一换热器2废水入口相连。
实施例2
一种甲醇脱水生产二甲醚的专用装置，如图2所示，在实施例1的装置基础上，进一步包括甲醇回收塔22，催化蒸馏塔通过催化蒸馏塔至甲醇回收管20与甲醇回收塔22入口相连；甲醇回收塔20塔顶出口连接甲醇回收塔冷凝器23，再经甲醇回收塔塔顶甲醇出口管24与甲醇进料管1相连，甲醇回收塔20的塔釜连接甲醇回收塔再沸器25，再经甲醇回收塔釜底出口管26与第一换热器2的废水入口相连。
实施例3
如图2所示，含量99.5%（质量比）的甲醇500kg/h，经甲醇进料管1进入实施例2的甲醇脱水制二甲醚的专用生产装置，甲醇脱水反应器8操作压力为1.5～3.0MPa，操作温度为140～150℃，空速为1h-；气液分离器10操作压力为0.8～1.3MPa，操作温度为120～130℃；离子交换器13操作温度为80～85℃；催化蒸馏塔16操作压力为1.0～1.2MPa，塔顶温度为50～60℃，塔釜温度为150～200℃，回流比为0.5～2，空速为1h-；装置开停车时，甲醇回收塔22投入运行；正常开车时，甲醇回收塔22停运，甲醇回收塔22操作压力为0～0.1MPa，塔顶温度为60～70℃，塔釜温度为100～120℃，回流比为0.5～5，投入运行后，塔顶可得纯度大于99.5%的甲醇，塔釜得到纯度大于99.9%的水。最终在催化蒸馏塔16塔顶得到纯度大于99.9%的二甲醚，在催化蒸馏塔16塔釜得到纯度大于99.9%的水。

Claims (2)

1.一种甲醇脱水制备二甲醚的方法，其特征在于，包括以下步骤：
甲醇经甲醇进料管(1)进入第一换热器(2)，换热后甲醇经过第一换热器出口管(3)，温度为40～60℃，进入第二换热器(4)进行换热，甲醇经过第二换热器出口管(5)，温度为60～80℃，进入加热器(6)，甲醇经过加热器出口管(7)，温度为120～150℃，进入脱水反应器(8)，操作压力：1.2～2.5MPa，操作温度：120～150℃，在催化剂作用下，甲醇脱水生成二甲醚混合物，生成的反应混合物经脱水反应器出口管(9)进入气液分离器(10)，气液分离器(10)的操作压力：0.8～1.5MPa，操作温度：120～150℃，分离得到的气相经气液分离器气相出口管(15)直接进入催化蒸馏塔(16)，分离得到的液相经气液分离器液相出口管(11)进入第二换热器(4)，经换热的液相再经第二换热器液相混合物出口管(12)，温度为60～95℃，进入离子交换器(13)，脱除阴、阳离子，然后经离子交换器出口管(14)进入催化蒸馏塔(16)，操作压力：1.0～1.5MPa，塔顶温度：50～60℃，塔釜温度：150～200℃，回流比：0.5～5，空速：0.5～1.0h-1，催化蒸馏塔反应段装有固体离子交换树脂催化剂，反应混合物中的甲醇在催化蒸馏塔反应段中进一步反应生成二甲醚和反应副产物水，少量未反应的甲醇与产物二甲醚经催化蒸馏塔分离提纯，塔顶馏出物经催化蒸馏塔冷凝器(17)冷凝后，得到合格的二甲醚产品，经二甲醚产品管(18)输送至装置外；催化蒸馏塔(16)塔釜含醇废水经催化蒸馏塔至甲醇回收管(20)进入甲醇回收塔(22)，操作压力：0～0.05MPa，塔顶温度：60～75℃，塔釜温度：95～115℃，回流比：0.5～5.0，塔顶馏出物经甲醇回收塔冷凝器(23)冷凝后，得到合格的甲醇，经甲醇回收塔(22)塔顶甲醇出口管(24)返回甲醇进料管(1)循环使用；甲醇回收塔(22)塔釜水经甲醇回收塔釜底出口管(26)， 进入第一换热器(2)回收余热后，经废水出口管(27)输送至装置外。
2.权利要求1所述的甲醇脱水制备二甲醚的方法的专用装置，它包括换热器、加热器、脱水反应器、气液分离器、离子交换器和催化蒸馏塔，所述的换热器、加热器、脱水反应器、气液分离器和催化蒸馏塔之间通过导流装置连接，其中，所述的换热器出口与加热器入口相连，所述的加热器出口与脱水反应器入口相连，所述的脱水反应器出口与气液分离器入口相连，所述的气液分离器气相出口与催化蒸馏塔气相入口相连，所述的气液分离器液相出口经换热器与离子交换器相连，所述的离子交换器出口与催化蒸馏塔液相入口相连；所述的换热器由第一换热器和第二换热器串联构成；所述的气液分离器液相出口经第二换热器与离子交换器相连；
所述的专用装置还包括与所述的催化蒸馏塔塔底废水出口相连的甲醇回收塔，且所述的甲醇回收塔顶与所述的第一换热器甲醇入口相连，甲醇回收塔塔底废水出口与所述的第一换热器废水入口相连；
所述的专用装置更进一步包括与催化蒸馏塔塔顶出口相连的催化蒸馏塔冷凝器、与催化蒸馏塔塔底出口相连的催化蒸馏塔再沸器、与甲醇回收塔塔顶出口相连的甲醇回收塔冷凝器、与甲醇回收塔塔底出口相连的甲醇回收塔再沸器。
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