CN105873660B - 用于二甲醚反应器的产物流的分离处理方法 - Google Patents

用于二甲醚反应器的产物流的分离处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于从合成气体(e)中合成二甲醚(z)的反应器(4)的产物流(g)的分离处理方法，所述产物流含有至少二甲醚、甲醇、水、二氧化碳、一氧化碳和氢气。将产物流(g)至少部分地以气体状态进料至液体回流操作的吸收塔(6)，其中从吸收塔(6)的塔顶去除气态塔顶流(m)，而从吸收塔(6)的塔底去除液态塔底流(p)。将至少部分的塔底流(p)进料至第一蒸馏塔(5)中，其中从第一蒸馏塔(5)去除含有二甲醚的气态转移流(q)和主要地含有甲醇和/或水的流(r)。将至少部分的塔顶流(m)首先冷却至第一温度水平并继而冷却至一个或多个其它温度水平，其中在冷却至第一温度水平后形成了第一冷凝流(n)，并在进一步冷却至其它温度水平后形成一种或多种其它冷凝流(s、t)。将部分的第一冷凝流(n)用于形成液体回流，并且将至少部分的其它冷凝流(s、t)进料至其它蒸馏塔(9)中，从其它蒸馏塔(9)的塔底去除液态流(z)，所述液态流基本上含有二甲醚且几乎不含有或不含二氧化碳。本发明还涉及相应的分离设备和用于制备二甲醚的设备(100)。

Description

用于二甲醚反应器的产物流的分离处理方法
技术领域
本发明涉及用于通过分离技术处理来自用于从合成气体合成二甲醚的反应器的含有至少二甲醚、甲醇、水、二氧化碳、一氧化碳和氢气的产物流的方法、相应的分离设备和用于制备二甲醚的设备。
背景技术
二甲醚(DME)为结构上最简单的醚。二甲醚含有两个甲基基团作为有机自由基。二甲醚是极性的并且通常以液态形式用作溶剂。二甲醚也可以用作制冷剂并代替常规的氯氟烃。
目前，已经越来越多地将二甲醚用作燃料气体(液态气)和诸如柴油的传统燃料的替代品。由于其相对较高的十六烷数量(55至60)，例如，仅需对常规柴油发动机进行微小改进即可用二甲醚运行。二甲醚以相对干净地方式燃烧而不会形成碳沉积物。如果二甲醚是从生物质制备的，其算作是所谓的生物燃料，并因此可以按税收优惠条款进行交易。
可以直接从甲醇中制备二甲醚或间接从天然气体或生物气体中制备二甲醚。在后一种情况下，天然气体或生物气体首先被转化成合成气体。合成气体也可以通过其它方法，例如通过对废料或生物质进行热分解来获得。然后将合成气体在两步反应中转化为甲醇然后转化为二甲醚，或在一步反应中直接转化为二甲醚。
从合成气体中合成二甲醚相对于从甲醇合成二甲醚具有热力学的和经济学优势。
本发明特别涉及二甲醚的一步合成，术语“一步”合成是指所有的反应发生在一个且相同的反应器中的合成方法。从例如US 4,536,485 A和US 5,189,203 A中知晓二甲醚的一步合成。通常使用杂化催化剂。该反应是放热的，并通常在20至100巴的压力、200至300℃的温度下进行。
对于二甲醚的一步合成，通常采用直立管式反应器，从其下方进料加压、加热的合成气体。将管式反应器中获得的产物流从塔顶去除，对其进行冷却并引入到分离。
除二甲醚外，该产物流还含有合成气体中未反应的组分以及其它反应产物。通常，除二甲醚外，该产物流还包含至少甲醇、水、二氧化碳、一氧化碳和氢气以及少量的甲烷、乙烷、有机酸和高级醇类。
产物流是在20和80巴之间的上述压力下获得的。为了从产物流中获得二甲醚，有必要将产物流冷却至显著低于0℃的温度。为了防止水冻结和/或根据相关规定获得二甲醚，有必要在对产物流进行冷却之前分离掉相当大量的甲醇和/或水。
然而，由于二甲醚和二氧化碳在甲醇和水中相当高的溶解性和高压力，尽管上述各组分在沸点方面相当大的差异，无法通过一步部分冷凝而实现令人满意的分离。
从US 2013/327086 A1中了解到一种用于从由反应产物组成的反应气体混合物中轻易分离所述反应产物的方法，其涉及至少一个低锅炉和/或非冷凝的反应气体和至少一个高锅炉。EP 0 343 454 A2涉及一种集成到用于通过甲醇的催化脱水制备二甲醚和通过将脱水产物进料至蒸馏塔以纯化脱水产物从而回收纯净的二甲醚的甲醇合成方法。为提高来自天然气体流的丙烷、丁烷和其它重组分的产率，US 5 685 170 A提出了吸收塔的应用。例如，还从DE 199 43 219 A1已知用于制备二甲醚的方法。
特别是在前面提到的压力下，需要用于降低相应产物流的甲醇和/或水含量的改善的选项。
发明内容
在此背景下，本发明提出了根据以下特征的用于通过分离技术处理来自用于从合成气体合成二甲醚的反应器的含有至少二甲醚、甲醇、水、二氧化碳、一氧化碳和氢气的产物流的方法、相应的分离设备和用于制备二甲醚的设备。
根据本发明的实施方案，一种用于通过分离技术处理来自用于从合成气体合成二甲醚的反应器的含有至少二甲醚、甲醇、水、二氧化碳、一氧化碳和氢气的产物流的方法其特征在于
-将所述产物流以至少部分气态的形式进料至以液体回流操作的吸收塔中，从所述吸收塔的塔顶去除气态塔顶流，而从塔底去除液态贮槽流，
-将所述贮槽流至少部分地进料至第一蒸馏塔中，从所述第一蒸馏塔收回含有二甲醚的转移流和主要地含有甲醇和/或水的流，
-将所述塔顶流首先至少部分地冷却至第一温度水平，并随后进一步冷却至一个或多个其它温度水平，在冷却至所述第一温度水平后形成第一冷凝流，并在进一步冷却至所述一个或多个其它温度水平后形成一种或多种其它冷凝流，以及
-将所述第一冷凝流部分地用于形成液体回流，并将所述一种或多种其它冷凝流至少部分地进料至其它蒸馏塔中，从所述其它蒸馏塔的塔底去除主要含有二甲醚并且贫含或不含二氧化碳的液态流。
优选的实施方案如下并引用在随后的说明中。
在一个实施方案中，将所述第一冷凝流中不用于形成所述液体回流的馏分至少部分地进料至所述第一蒸馏塔中或所述其它蒸馏塔中。
在一个实施方案中，对所述吸收塔进行操作以使所述塔顶流贫含甲醇和/或水。
在一个实施方案中，对所述一个或多个其它温度水平进行选择以使所述一种或多种其它冷凝流贫含一氧化碳和氢气。
在一个实施方案中，从所述其它蒸馏塔的塔顶去除富含二氧化碳且贫含二甲醚的气态塔顶流。
在一个实施方案中，在20至100巴的压力水平下将所述产物流进料至所述吸收塔。
在一个实施方案中，在30至70巴的压力水平下将所述产物流进料至所述吸收塔。
在一个实施方案中，在60至150℃的温度水平下将所述产物流进料至所述吸收塔。
在一个实施方案中，所述将所述塔顶流进一步冷却至所述一个或多个其它温度水平包含冷却至二氧化碳的熔融温度和-15℃之间的最低温度水平。
在一个实施方案中，将所述塔顶流中在冷却至所述最低温度水平后保持气态形式的馏分进料至其它吸收塔。
在一个实施方案中，以由来自所述其它蒸馏塔的液化的富含二氧化碳的塔顶流形成的其它液体回流对所述其它吸收塔进行操作。
在一个实施方案中，所述产物流含有2至50摩尔％的二甲醚、0.1至20摩尔％的甲醇、0.1至20摩尔％的水、1至50摩尔％的二氧化碳、0.1至25摩尔％的一氧化碳和5至90摩尔％的氢气。
在解释本发明的特征和优点之前，将对其所采用的依据和术语进行说明。
本文所使用的术语中的液态流和气态流可以富含或贫含一种或多种组分，“富含”表示基于摩尔、重量或体积至少90％、95％、99％、99.5％、99.9％、99.99％或99.999％的含量，而“贫含”表示基于摩尔、重量或体积不超过10％、5％、1％、0.1％、0.01％或0.001％的含量。本文所使用的术语中的液态流和气态流还可以富集或贫集一种或多种组分，这些术语是指在来自已获得的液态流或气态流的起始混合物中的相应内容物。基于起始混合物，如果液态流或气态流含有至少1.1倍、1.5倍、2倍、5倍、10倍、100倍或1000倍的量，其被“富集”，而如果它含有不超过0.9倍、0.5倍、0.1倍、0.01倍或0.001倍的相应组分的量，其被“贫集”。
如果液态流或气态流至少包含一些存在于起始流中或从起始流中获得的组分，液态流或气态流“来源于”自另一液态流或气态流(也称为起始流)。以这种方式衍生来源或形成的流可以通过分离掉或衍生出部分流或一种或多种组分、集中或贫集一种或多种组分、将一种或多种组分以化学或物理方式反应、加热、冷却、加压等类似的方式而从起始流中获得。
本申请采用术语“压力水平”和“温度水平”来表示压力和温度的特征，意图是说明相应设备中的相应压力和温度无需以精确压力值或温度值的形式进行应用以实施本发明的理念。然而，该压力和温度通常在一定范围内变化，例如平均值的任一侧的±1％、5％、10％、20％或甚至50％。相应的压力水平和温度水平可以定位于不连接的范围内，或重叠的范围内。特别是，压力水平将包含例如由冷却作用造成的例如不可避免的或预料到的压力损失。温度水平也是同样的。以巴计的压力水平是绝对压力。
本文所采用的术语中的“蒸馏塔”为分离单元，其被布置为至少部分地分离以气态或液态形式或以具有液态或气态组分的两相混合物的形式(任选地还处于超临界状态)制备的物质混合物(流体)，即从物质的混合物制备纯净物质或物质混合物，该物质混合物相比于前述意义上的物质的混合物富集或贫集至少一种组分。蒸馏塔在分离技术领域是为人们所熟知的。通常，将蒸馏塔配置为配备有诸如穿孔板或结构化或非结构化包装的配件的圆柱形金属容器。蒸馏塔特别地以在塔底(也称为贮槽)分离掉液态馏分为特征。在蒸馏塔中通过贮槽蒸发器对该液体馏分(在此也被称为贮槽液)进行加热，以使得部分贮槽液体在蒸馏塔内连续蒸发并以气态的形式上升。蒸馏塔通常还具有所谓的塔顶冷凝器，向该塔顶冷凝器进料至少一些在蒸馏塔的上部被富集的气体混合物或相应的纯净气体(也称为塔顶气体)，使其部分液化并作为液体回流加入蒸馏塔的塔顶液体回流。
与蒸馏塔相反，“吸收塔”不具有贮槽蒸发器。吸收塔在分离技术领域也为人们所熟知。吸收塔用于相逆流中的吸收，并因此也被称为逆流塔。在逆流吸收中，释放的气体相经由吸收塔向上流动。在塔顶添加并在塔底得到的接收溶液相与气体相逆向流动。在相应的吸收塔中，通常还具有确保逐步相接触的配件(板、喷雾区、旋转板等等)或确保恒定相接触的配件(未校准浇注的填料和包装等等)。
对于蒸馏塔和吸收塔的设计和具体构造参考关于该主题的教科书(参见例如Sattler,K.:Thermische Trennverfahren:Grundlagen,Auslegung,Apparate,[Thermalseparation methods:Principles,Design,Apparatus],2001年第3版,Weinheim,Wiley-VCH)。
简便起见，下文中参考二甲醚的“合成”，其是指使含有合成气体的进料(即含有至少适量的一氧化碳和氢气的气体混合物)反应以形成含有二甲醚的相应产物流的方法。在合成二甲醚的过程中由于不完全反应以及由于出现了副反应，特别是根据所采用的催化剂的特性以及合成气体中组分的各自的量，相应的产物流不仅含有二甲醚还含有其它化合物。它们至少为甲醇、水、二氧化碳、一氧化碳和氢气，通常还有少量的甲烷、乙烷、有机酸类和高级醇类。如上所述，有必要将这些其它化合物分离出来。进行分离一方面使随后的分离步骤能够进行且另一方面以回收具有所要求纯度(即“符合规范”)的二甲醚。
本发明的优点
本发明始于前文所描述的问题，即如已经提到的，为了从来自用于制备二甲醚的反应器的产物流中分离二甲醚，通常有必要将产物流经冷却至显著低于0℃的温度。为了避免水冻结和/或为了能够根据规定获得二甲醚，有必要分离出相当大量的甲醇和水。因为二甲醚和二氧化碳相当好地溶于甲醇和水并且在所采用的高压力下，尽管在沸点上有差异，用一步部分冷凝不可能获得满意的分离，这证实为是复杂的操作。例如，将压力降低至诸如大气压的较低压力(使得分离更容易)是不利的，因为在低温度条件下的后续分离还需要在20和100巴之间的相对高的压力。因此，将发生消耗能量的再压缩。然而，即使独立的多步骤冷凝也不能导致令人满意的分离。
在此背景下，本发明提出了用于通过分离技术处理含有至少二甲醚、甲醇、水、二氧化碳、一氧化碳和氢气的相应产物流的方法。如已经提到的，这种产物流来自用于从合成气体中合成二甲醚的反应器，特别为管式反应器，该管式反应器供有合成气体并被设计为二甲醚的一步合成或合成气体的至少部分反应以形成二甲醚。
根据本发明可以设想的是，应将产物流至少部分地以气态形式进料至以液体回流操作的吸收塔中。因此，当产物流以完全气态形式引入时，其在所采用的压力水平下的具有最高沸点的相应产物流或组分的露点之上进料。然而，也可以将部分液态产物流进料至吸收塔，即产物流也可以为“经过部分冷凝的”。
从吸收塔的塔顶除去气态塔顶流，而从塔底除去液态贮槽流。即使在将部分液态流进料时，因为吸收塔中采用的温度相对高，诸如二氧化碳、一氧化碳和氢气的气体几乎不流进贮槽流中。有利地，进入吸收塔的入口温度基本上高于其塔顶的温度(塔顶温度通常在50至150℃的温度水平上)。其结果是，例如，贮槽流中溶解的气体基本上少于一步冷凝中会出现的情况。因此，在两种情况下，贮槽流都贫含或不含上面提到的气体，由此显著地提高了后文所描述的步骤中的分离。
首先，将塔顶流至少部分地冷却至第一温度水平，然后进一步冷却至一个或多个其它温度水平，在却冷至第一温度水平后形成第一冷凝流，并且在冷却至一个或多个其它温度水平后形成一种或多种其它冷凝流。如下文中所解释的，可以因此在若干步骤中进行进一步冷却并且任选地在最终冷却步骤后可以采用其它吸收塔。然而，在进一步冷却步骤后，通常采用常规分离容器形成冷凝流。如果声明对“塔顶流”(或其中的部分)进行重复冷却，由此形成冷凝物，应当理解的是，各个其它冷却步骤仅涉及未冷凝的馏分(或其中的部分)，即经冷却的流体的量连续降低。
将来自吸收塔的贮槽流至少部分地进料至第一蒸馏塔，而从第一蒸馏塔中除去含有二甲醚的转移流和含有主要为甲醇和/或水的流。通常由从第一蒸馏塔的塔顶得到的流体形成“转移流”。
转移流可以为液态、部分液态或气态的。例如，为提供液体回流，可以从第一蒸馏塔得到流体并可以使流体在塔顶冷凝器中进行部分液化。转移流可以为没有被液化的相应流体(或其中的部分)，但也可以为经过相应液化或经过部分液化的流体。因此，除二甲醚之外转移流通常还包含二氧化碳，但优选地贫含或不含水和/或甲醇。转移流的其它处理在后文描述。
基于根据本发明所提供的测试，没有将也是从蒸馏塔得到的主要含有甲醇和/或水的流进料至低温度分离，在低温度分离中水和/或甲醇会引起如已经说明的问题。
将至少部分的一种或多种其它冷凝流和转移流进料至其它蒸馏塔，从其它蒸馏塔的贮槽端去除液态流，这种液态流主要地含有二甲醚并且贫含或不含二氧化碳。这是根据本发明的方法的实际产物。
根据本发明，将第一冷凝流部分地用于形成液体回流并部分地用于其它目的。如果其不含水和任选地不含甲醇，可以将第一冷凝流中没有用于形成液体回流的馏分至少部分地进料到其它蒸馏塔，其中将至少部分的一种或多种其它冷凝流和转移流进料至该其它蒸馏塔中。否则，也可以将第一冷凝流中没有用于形成液体回流的馏分进料至第一蒸馏塔，将来自吸收塔的液态贮槽流也进料至该第一蒸发塔中。
换言之，在本发明的范围内，以液体回流操作吸收塔，液体回流是根据本发明由冷凝流形成的，冷却至第一温度水平后在吸收塔的塔顶除去的气态塔顶流中分离出的液态形式的该冷凝流。塔顶流为吸收塔的净化产物，其先前已经在与液体回流在逆流中从塔底到塔顶通过了吸收塔。
如果第一蒸馏塔比其它蒸馏塔在更高的压力下操作，从第一蒸馏塔以气态或液态形式有利地提供转移流并且可以将转移流直接转移至其它蒸馏塔中。另一方面，如果第一蒸馏塔比其它蒸馏塔在更低的压力下操作，有利地采用可通过泵放至更高压力下的液态转移流。在这种情况下，可以剩下由来自转移流的流体组成的气态流，并且例如这可以经管道送至燃烧器。这通常与转移至其它蒸馏塔的液态冷凝流相比是少量的。有利地选择所采用的压力和第一与其它蒸馏塔，从而使得在第一蒸馏塔中可以采用可能在塔顶冷凝器和其它蒸馏塔中作为冷却介质的冷却水，有可能的是在高于约-47℃的温度(高于二氧化碳的凝固点)下采用冷却剂实现二氧化碳和二甲醚的有效分离。两个蒸馏塔的操作压力低于形成冷凝物或其它冷凝物的压力。
因此，上述的分离问题在本发明的范围内得以解决，尤其是在于使产物流首先进入吸收塔并用从第一冷凝步骤获得的作为回流的至少部分冷凝物进行洗涤。将吸收塔的气态塔顶流进料至第一冷凝阶段。在该第一冷凝阶段的冷凝温度(即分离出冷凝流的第一温度水平)取决于塔顶流或其组分的露点和可用的制冷剂，诸如空气、冷却水、C3冷却剂或二甲醚。根据本发明，没有损失任何进入吸收塔的回流并由此进入贮槽流的二甲醚，但将其中的大部分在转移流中从第一蒸馏塔(已预先将贮槽流进料的至第一蒸馏塔)至少转移至用于提供实际二甲醚产物的其它蒸馏塔。同时，如已经提到的，本发明允许低温度分离而没有产物流中水和/或甲醇的不利影响，因为洗去了吸收塔中的这些组分。
根据本发明所提出的方法与传统方法相比在能源消耗方面证实为更受人青睐的，从而与现有技术中已知的分离方法相比根据本发明的测试允许有利的分离。
有利地，特别是通过调整所采用的温度与压力条件以及所采用的回流量对吸收塔进行操作，从而使得塔顶流的甲醇和/或水的量少。优选地，该塔顶流基本上不含甲醇和/或水。
因此，塔顶流主要含有产物流的其它组分，即至少二甲醚、二氧化碳、一氧化碳和氢气。具有这种组分的流在下游分离单元中证实为是没有问题的，特别是因为该流不再含有任何可能冻结的水或可能对分离性能有不利影响的甲醇。
根据本发明，可以设想的是，如已经提到的，应将来自吸收塔的塔顶流中在第一温度水平下保持为气态形式的馏分进行冷却至至少另外一个温度水平，例如第二和第三温度水平。在第二和第三温度水平上，可以将其它冷凝流以液态形式分离。因此，在相应的冷却后，进行一次或多次其它冷凝步骤。逐步冷却已经证实在能源消耗方面特别受青睐并且例如从含乙烷的混合物中分离乙烷中已知。
有利地，在分离相应的其它冷凝流中，对所采用的温度水平进行选择以使得这些其它冷凝流中的一氧化碳和氢气很少。有利地，由此这些冷凝流主要仍含有在后续分离中可以彼此分离的二氧化碳和二甲醚。
为这一目的，本发明提供了其它蒸馏塔，任选地将冷凝流中没有用作液体回流(参考上文)(其是由来自吸收塔的气态塔顶流中分离出来的)的和任何情况下至少一种其它冷凝流和转移流的馏分至少部分地进料至其它蒸馏塔中。在这种其它蒸馏塔中分离其它冷凝步骤中获得的冷凝物和任选地分离进料的其它流体。
这在确保富含二甲醚并贫含二氧化碳的液态贮槽流可以从其它蒸馏塔的塔底去除的条件下进行。由此可以将其它蒸馏塔的分离功能描述为分离进相应混合物中的二氧化碳和二甲醚。从其它蒸馏塔的塔顶去除富含二氧化碳且贫含二甲醚的气态塔顶流。
本发明特别地适于在20至100巴的压力水平下、特别是在30至80巴的压力水平下将来自用于从合成气体中合成二甲醚的反应器的产物流进料至吸收塔的方法。可以在压力下分离甲醇和/或水，而无需预先释放任何压力，这种压力继而会需要新累积与高能量成本相关的压力。
本发明适于合成和后续冷却后立即进行分离。特别有利的是如果冷却仅通过产物流与进料至一个或多个反应器的合成气体流的热交换进行，从而不需要具有可能必须由外部供给的冷却剂的任何其它昂贵的冷却设备。这是可能的因为在本发明的范围内必须不低于(unterschreiten)产物流的露点。因此，即使在冷却中，产物流也可保持在过热状态下，即处在露点之上的温度水平。进料至吸收塔时的温度水平因此可以为例如60至150℃、特别为70至120℃，例如80至100℃，相对于露点，例如高于露点例如至少10℃且不超过30至50℃。如已经提到的，可以将产物流以部分地冷凝的形式引入。
在逐渐降低的温度下发生对吸收塔的塔顶流进行的随后连续冷却，有利地低至在所采用的压力水平下的二氧化碳的熔融温度和-15℃之间的最小温度水平，例如从-50至-20℃之间的最小温度水平和特别地在约-35℃的C3制冷剂的温度。温度水平也可以略高，即高于在所采用的压力水平的二氧化碳的熔融温度至少0.5至10℃，特别为1至5℃。所采用的温度水平还取决于塔顶流的组成和由此获得的冷凝物的所需要的组成。以这种方式，实现从吸收塔的塔顶流中几乎完全分离二氧化碳和二甲醚是可能的。
在冷却至最低温度水平后，可以将保持气态形式的塔顶流的馏分进料至允许对二甲醚进行特别有效贫集中的其它吸收塔中。对于这一目的，可以用由从来自其它蒸馏塔的液化的富含二氧化碳的塔顶流中形成的其它液体回流对其它吸收塔进行操作。
可以对具有多种组分的产物流采用根据本发明的方法。例如，相应产物流含有2至50摩尔％、特别为5至30摩尔％的二甲醚，0.1至20摩尔％、特别为0.7至10摩尔％的甲醇，0.1至20摩尔％、特别为0.8至10摩尔％的水，1至50摩尔％、特别为3至30摩尔％的二氧化碳，0.1至25摩尔％、特别为1至11摩尔％的一氧化碳和5至90摩尔％、特别为20至80摩尔％的氢气。在除去水和甲醇后，气体混合物优选地贫含水和甲醇。
例如，通过以合成气体填充反应器获得这样的产物流，其中氢气与一氧化碳的比率为0.8至8摩尔/摩尔，特别为1至6摩尔/摩尔。
设计为通过分离技术处理来自用于从合成气体中合成二甲醚的反应器的产物流的分离设备也是本发明的主题。
将这种类型的分离设备特别地设计为用于进行如前文所述的方法。
相应的分离设备以及根据本发明所提供的用于制备二甲醚的设备从上述优点中获益，因此清楚地给出对这方面的参考。
附图说明
参考显示了与现有技术相比的本发明的实施方案的附图对本发明进行更详细地描述。
图1以示意图显示了根据现有技术用于制备二甲醚的设备。
图2以示意图显示了根据本发明的实施方案用于制备二甲醚的设备。
具体实施方式
在图中，为了清楚起见将彼此对应的元件赋予相同的参考标号，并不再进行描述。
图1示意性地显示了用于根据现有技术制备二甲醚的设备，其通常标记为110。
示意图中明显示出了设备110包含合成气体反应器20，其可以充有适合的进料a，例如天然气体或生物气体。可以从合成气体反应器20中除去合成气体流b。
任选地在其它流与合成气体流b混合之后，可以通过压缩器1使合成气体流b增加至更高的压力。由此可以获得后续一步合成二甲醚所要求的压力，例如20至100巴的压力。
使经过相应压缩的流(现标记为c)通过第一热交换器2，第一热交换器2可以用来自用于合成二甲醚的反应器4(如下)的产物流f进行加热。经过相应加热的流d(例如第一热交换器2的下游)具有200至300℃的温度。任选地使该流d通过也称为峰加热器的第二热交换器3。
将第二热交换器3中进一步加热的流e进料至呈现为管式反应器的反应器4，并且它的反应管充有用于一步合成二甲醚的适合的催化剂。图1中的示意图是高度简化的。通常，将用于合成二甲醚的反应器4垂直布置，将流e进料至管式反应器4底部。从反应器4的顶部除去流f。
由于管式反应器4中的放热反应，流f存在于甚至更高温度下。将作为加热介质的流f通过热交换器2。因此将其冷却至例如高于经压缩的流c的温度约30℃的温度。将经过相应冷却的流(现标记为g)供给到常规分离设备120中。在该分离设备120中，例如通过减压、冷却、再加压等(未显示)中间工艺，在一个步骤121中从流g中分离出甲醇流h和水流i。从步骤122中留下的残留物中形成了流k和流l，它们可以为富含二氧化碳的流k和富含二甲醚的流l。
流k和流l的组分取决于流g的组分和分离设备120的操作参数。如已经解释的，即使在所涉及的组分间的沸点上有很大差异，因为在所采用高压力下二甲醚和二氧化碳在甲醇/水中良好的溶解性，通过一步部分冷凝获得满意的分离是不可能的。
如果在后续分离步骤中需要进行其它净化，则需要进行明显低于0℃温度的冷却。然而由于水会凝固，当流i具有相应的水含量时这是不可能的。如果甲醇存在，令人满意的分离将不可能。无水甲醇(“干甲醇”)的存在是需要避免的，因为这会破坏所采用的热交换器。
这也适用于如果有必要冷却最初仅存在于不令人满意的分离状态中的流l。
在此背景下，如已经解释的，本发明提出在高于露点的温度下将产物流(在这种情况下为流g)引入到吸收塔中并在所述塔中进行分离。
这在显示了根据本发明的一个实施方案用于制备二甲醚的设备的图2中表明。其一般标记为100。
吸收塔在图2中被标记为6。如已经解释的，吸收塔6与后文中所描述的诸如蒸馏塔5和9的蒸馏塔的不同之处在于，除其它之外吸收塔6没有贮槽蒸发器。在用在吸收塔塔顶加入的回流对吸收塔6中上升的蒸气进行洗涤，从而使更多挥发性组分集中在吸收塔的塔顶而难挥发性组分集中在吸收塔的塔底。
在图2所示的设备100中，流g通过管道送至吸收塔6。从吸收塔6的塔顶去除塔顶流m，并在热交换器7中以适合的制冷剂(例如冷却水)进行冷却。将经过相应冷却的流m转移至分离容器8中，从分离容器8的底部得到液态流n并通过泵(未显示)至少部分地作为回流加入到吸收塔6中。
除了二甲醚，如果示出的实施方案中的流g还含有甲醇、水、二氧化碳、一氧化碳和氢气(以及痕量的如上所述的其它化合物)，则由于上述的反冲洗，这些化合物中的二甲醚、二氧化碳、一氧化碳和氢气主要进入塔顶流m。由于热交换器7中适合的冷却和在分离容器8中的相应分离条件，在分离容器8中分离贮槽产物，其主要由二甲醚和二氧化碳(任选地与痕量的甲醇)。
除二氧化碳、一氧化碳和氢气外也含有二甲醚的流o可以以气态形式从分离容器8的顶部得到。然后将流o如下文所述经历连续的冷却和冷凝。由于对流o进行的连续冷却和冷凝，可以将流n中没有加入到吸收塔6中作为液体回流的馏分进料至蒸馏塔9(“其它蒸馏塔”)。否则，如虚线箭头所表明的，将流n的馏分进料至蒸馏塔5(“第一蒸馏塔”)。从吸收塔6的塔底得到液态流p并转移至蒸馏塔5。
可以优化吸收塔6中的回流量和塔板的数量，由此获得较少量的相应贮槽产物p。有利地，对加入到吸收塔6中的回流进行调整，以使得流m中的甲醇和水的含量最小化。由此制备的流o的组分使在流o经受上述的不利因素(例如水的凝固)的冷却和冷凝顺序10中无法出现。
在以贮槽蒸发器51和塔顶冷凝器52操作的蒸馏塔5中，将仍主要由甲醇、氢气、二甲醚和二氧化碳组成的流p分离成主要由二甲醚和二氧化碳组成的塔顶流和主要由甲醇和/或水组成的贮槽流r。在塔顶冷凝器52中液化部分塔顶流并作为回流加入到蒸馏塔5中。在所示的实施方案中，得到了塔顶流的其它液化馏分作为流q。例如在所示的实施方案中，将非液化残余物用于燃烧。流q在本申请的范围内被称为“转移流”并将其转移至其它蒸馏塔9中。如已经提到的，与在图2中的示意图不同的是，也可以以气态形式提供对应于流q的转移流，特别是如果第一蒸馏塔5与下文所描述的其它蒸馏塔9相比在较高压力水平下进行操作。如果以液态形式提供流q并且第一蒸馏塔5的操作压力低于其它蒸馏塔9的操作压力，则采用泵增加压力。在相反的情况下，如在图2中所示，例如通过阀们释放压力。塔顶冷凝器5中的非液化流体(它的量在制备液态转移流q时有利地最小化)为了其可以任选地被压缩的目的在另一适合的点也可以部分地回收至分离工艺而不是进行热利用。形成转移流q的方法不限于本文所示的实施方案。例如，也可以将流q从蒸馏塔5直接转移至蒸馏塔9，即避开塔顶冷凝器52。也可以将贮槽流r用于适合的点。可以除去任何分离出来的水以用于废水处理或用于脱气。
已经数次提到的对流o进行的其它处理步骤在本文中通常标记为10。将流o首先供给到热交换器11，然后进料至分离容器12。在热交换器11中进行冷却，从而在分离容器12中分离冷凝物s。将分离容器12中保持为气态形式的馏分供给到热交换器13中然后进料至另一分离容器14。在这里也获得被标记为t的冷凝物。
将冷凝物s和t与流n中没有回收至吸收塔6的馏分一起进料至前述的其它蒸馏塔9，其以下文所解释的进行操作。使在分离容器14的顶部保持为气态形式的馏分在另一热交换器15中进行冷却。其位于该热交换器15的下游，例如-35℃或更低的温度下，例如在仅高于二氧化碳的熔融温度的温度。例如，相比之下热交换器11上游的流o的温度为+35℃。在所示实施方案中，将经过相应冷却的流(本文标记为u)转移至其它吸收塔16，这是可选的。
流u仍含有二甲醚、二氧化碳、一氧化碳和氢气。在所示的实施方案中，采用由从其它蒸馏塔9的塔顶流中获得的冷凝物的部分形成的液体回流v，吸收塔16的贮槽中分离二甲醚和二氧化碳的混合物。相比之下，在吸收塔16的塔顶得到主要由二氧化碳、一氧化碳和氢气组成的混合物。任选地在压缩器17中进行适当地压缩后，其可以作为流x用于其它目的。其它吸收塔16的使用是可选择的；也可以以某些其它的方式中对流u进行处理。
将流s和流t与转移流q进料至其它蒸馏塔9。因为它们含有不同量的二甲醚和二氧化碳(痕量的一氧化碳和氢气也以溶解的形式存在)，在不同的高度将它们进料至蒸馏塔9，为了这个目的提供了适当的阀门(未标出)。在所示的实施方案中，还将流n中没有回收至吸收塔6的馏分进料至其它蒸馏塔q中。如已经提到的，如果该流不含水和任选地不含有甲醇，这是可能的。可选地，还可能的是将该流进料至如通过虚线箭头所示的第一蒸馏塔5。
还以贮槽蒸发器91和塔顶冷凝器92对其它蒸馏塔9进行操作。采用以适合的制冷剂操作的热交换器使其它蒸馏塔9的塔顶流在塔顶冷凝器92中至少部分地液化并且作为液体回流加入到其它蒸馏塔9中。采用其它馏分形成流v和另一流y。
从其它蒸馏塔9的贮槽中除去仍主要由二甲醚组成但是特别地为不含或贫含二氧化碳的液态流z。

Claims (12)

1.一种用于通过分离技术处理来自用于从合成气体(e)合成二甲醚的反应器(4)的含有至少二甲醚、甲醇、水、二氧化碳、一氧化碳和氢气的产物流(g)的方法，其特征在于
-将所述产物流(g)以至少部分气态的形式进料至以液体回流操作的吸收塔(6)中，从所述吸收塔(6)的塔顶去除气态塔顶流(m)，而从塔底去除液态贮槽流(p)，
-将所述贮槽流(p)至少部分地进料至第一蒸馏塔(5)中，从所述第一蒸馏塔(5)收回含有二甲醚的转移流(q)和主要地含有甲醇和/或水的流(r)，
-将所述塔顶流(m)首先至少部分地冷却至第一温度水平，并随后进一步冷却至一个或多个其它温度水平，在冷却至所述第一温度水平后形成第一冷凝流(n)，并在进一步冷却至所述一个或多个其它温度水平后形成一种或多种其它冷凝流(s、t)，以及
-将所述第一冷凝流(n)部分地用于形成液体回流，并将所述一种或多种其它冷凝流(s、t)至少部分地进料至其它蒸馏塔(9)中，从所述其它蒸馏塔(9)的塔底去除主要含有二甲醚并且贫含或不含二氧化碳的液态流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述第一冷凝流(n)中不用于形成所述液体回流的馏分至少部分地进料至所述第一蒸馏塔(5)中或所述其它蒸馏塔(9)中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中对所述吸收塔(6)进行操作以使所述塔顶流(m)贫含甲醇和/或水。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中对所述一个或多个其它温度水平进行选择以使所述一种或多种其它冷凝流(s、t)贫含一氧化碳和氢气。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中从所述其它蒸馏塔(9)的塔顶去除富含二氧化碳且贫含二甲醚的气态塔顶流。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中在20至100巴的压力水平下将所述产物流(g)进料至所述吸收塔(6)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在30至70巴的压力水平下将所述产物流(g)进料至所述吸收塔(6)。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中在60至150℃的温度水平下将所述产物流(g)进料至所述吸收塔(6)。
9.根据权利要求1或2中所述的方法，其中所述将所述塔顶流(m)进一步冷却至所述一个或多个其它温度水平包含冷却至二氧化碳的熔融温度和-15℃之间的最低温度水平。
10.根据权利要求9所述的方法，其中将所述塔顶流(m)中在冷却至所述最低温度水平后保持气态形式的馏分进料至其它吸收塔(16)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中以由来自所述其它蒸馏塔(9)的液化的富含二氧化碳的塔顶流形成的其它液体回流(v)对所述其它吸收塔(16)进行操作。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述产物流(g)含有2至50摩尔％的二甲醚、0.1至20摩尔％的甲醇、0.1至20摩尔％的水、1至50摩尔％的二氧化碳、0.1至25摩尔％的一氧化碳和5至90摩尔％的氢气。
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