專利名稱：一種節能型的二甲醚生產流程及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種以甲醇為原料，用氣相催化脫水法生產二甲醚的新型工藝及裝置。
背景技術：
目前二甲醚主要作為氣溶膠工業的噴霧劑載體使用，近年來二甲醚的用途不斷得 以開發，如可用作醫用氣霧拋射劑、混合制冷劑，也可以作為汽、柴油發動機替代燃 料以及直接替代石油液化氣作民用燃料；另外，二甲醚還可以作為生產低碳烯烴的原 料。在石油資源越來越緊張的狀況下，用二甲醚作為清潔燃料和用于生產低碳烯烴， 其潛在市場無疑是十分巨大的。
二甲醚(DME)的制備工藝及裝置一般包括反應系統、二甲醚精餾以及甲醇的回收 等工序組成。現有的甲醇氣相催化脫水生產二甲醚的生產過程(如專利CN1036199A、 CN1043343C、 CN1513825A、 CN1830934A、 CN1125216A等)一般是原料甲醇以及 未反應完全的甲醇經全部汽化后送甲醇氣相脫水反應系統，反應系統出來的混合產物 (含反應生成物二甲醚、水以及未反應的甲醇等)送入二甲醚精餾塔，在二甲醚精餾塔 頂部精餾分離得到二甲醚產品，而從塔底排出的甲醇與水等組分的混合液經甲醇回收 塔進行精餾分離，從其塔頂得到的液相甲醇經氣化后返回并作為反應系統原料，水由 塔底排出系統。上述專利中也提出通過不同熱狀態的工藝及裝置物流相互交換熱量， 以節能降耗。
上述專利技術的特點之一是設有甲醇回收塔，從二甲醚精餾塔塔底的甲醇、水混 合液中將甲醇分離出來，經氣化后返回并作為反應系統原料。因為回收的甲醇是從甲 醇回收塔塔頂(蒸發后冷凝)得到的，而返回反應系統做原料之前還需要加熱氣化，因 此需要消耗大量的熱能。特點之二是含有雜質水的甲醇原料，在汽化器或汽化塔全部 汽化，其中的水分也就全部汽化進入氣相脫水反應系統，這樣不但增加了水汽化所需 熱能，而且作為脫水反應的產物，水分進入反應系統既使反應速度降低，同時也降低 了反應的平衡轉化率。
針對上述專利技術的缺點，四川天一科技股份有限公司提出了一種用甲醇生產二甲醚的新型工藝專利技術(CN1562927A)。該發明將甲醇回收塔與原料甲醇氣化器集 成在一個氣化提餾塔中，該塔兼有氣化原料甲醇及分離回收二甲醚精餾塔塔底混合液 中的甲醇雙重功能，另外，其塔底可以用再沸器加熱，也可以用一定壓力的飽和水蒸 氣直接通入塔底提供氣相回流。由于該專利技術的上述特點，它可以省去一部分設備 投資，大幅度地降低了能耗；另外，由于氣化提餾塔的分離作用，可以提高反應系統 進料中甲醇的濃度，以提高反應轉化率及反應速率。但是在該專利技術中，由于反應 產物及未反應物的分離采用直接常規精餾塔序，即按照系統中各組分相對揮發度由大 而小依次分離，在二甲醚精餾塔內由上而下甲醇含量先增大后減小，中間組分甲醇發 生了再混合現象，降低了分離過程的熱力學效率；而且，在氣化提餾塔中，由二甲醚 精餾塔塔底而來的液相物流所含的水與甲醇再次被加熱氣化，從而浪費了大量能量， 不利于提高經濟效益。

發明內容
本發明的目的是提供一種能耗低，投資少的甲醇合成二甲醚的新型工藝及裝置。 該新型工藝及裝置將二甲醚精餾塔、甲醇回收塔、原料甲醇汽化器集成到同一個塔內， 并可以直接得到高純度的二甲醚產品及可用于反應系統進料的氣相甲醇物流，從而簡 化了一般二甲醚生產流程，大幅度地降低了能耗和設備投資費用。
本發明為實現其目的所采用的裝置主要由反應系統與隔壁精餾塔組成。隔壁精餾 塔是在常規精餾塔內垂直設有一塊隔板，隔板的兩端與塔頂、塔底均不接觸，即上不 封頂、下部懸空，將塔內空間分隔為隔板左右兩側及上下兩端4個區域，隔板為偏心 或中心設置，隔板左右區域的橫截面積比為8 : i i : 2。塔內腔四個區域的功能分別
是隔板左側區域作為預分餾塔將反應產物及未反應物進行初步分離；頂部區域除去 少量的甲醇后在塔頂得到高純度的二甲醚產品；隔板右側區域一方面有分離的作用， 將原料中的雜質水分離出去，另一方面兼有原料甲醇氣化的作用；底部區域除去少量 甲醇后在塔底得到水并排出系統。
利用上述裝置實現本發明目的生產工藝為由二甲醚合成反應系統出來的反應產 物及未反應物進入隔壁精餾塔隔板左側區域的中部，經過初步分離后，再經頂部區域 中進一步精餾后獲得純度達到要求的二甲醚產品，并為隔板左右側區域提供液相回 流；在塔底得到含微量甲醇的廢液，并為隔板左右側區域提供氣相回流；含有雜質水 的原料甲醇從隔壁精餾塔的氣相甲醇抽出口以下適當位置進入隔板右側區域內，并在
精餾作用下獲得純度達到要求的氣相甲醇產品；上述物流經過頂部區域、右側區域、底部區域的分離作用在塔頂得到質量分數為99 99.999%的二甲醚產品，側線得到含 有微量水及二甲醚的氣相甲醇物流并作為反應系統的進料，其中甲醇含量為96% 99.99%(wt)，水由塔底抽出，其中甲醇含量小于50ppm(wt)。
本工藝及裝置的主要分離單元為一個隔壁精餾塔。從隔壁精餾塔塔頂釆出的蒸氣 經塔頂冷凝器冷凝后一部分作為液相回流流入塔內，未回流部分作為二甲醚產品采
出，回流比為2 : i io : l。
從反應系統而來的反應產物及未反應物先經過隔壁左側區域將反應產物及未反 應物初步分離后，在甲醇含量較高時就進入隔壁右側區域進一步分離，避免了在常規 精餾塔序中甲酵的再混合現象以及甲醇回收塔塔底對甲醇和水的重復加熱，從而提高 了隔壁精餾塔的熱力學效率。
原料甲醇可以是純甲醇，也可以是含有少量水的甲醇混合物，當為混合物時，甲
醇含量應為60% 99.9%(wt)。原料甲醇進入隔壁精餾塔后， 一方面可以提供一部分 液相回流，減小塔頂冷凝器的負荷；另一方面原料甲醇在塔內被氣化，經過精餾塔的 分離作用，將原料中的水分離出來由塔底排出。
在隔壁塔內頂部區域有一部分液相進入左側區域頂部作為其液相回流，底部區域 有一部分氣相進入左側區域底部作為其氣相回流，如果定義液相分配比為由隔板頂部 流入隔板左側的液相貭量流率與隔板頂部總的液相質量流率之比，氣相分配比為由隔 板底部流入隔板左側的氣相質量流率與隔板底部總的氣相質量流率之比，則本發明操 作過程中液相分配比為0.2 0.5，氣相分配比為0.1 0.4。
塔底可以用再沸器加熱，也可以用表壓為0.3 6MPa(G)的飽和水蒸氣直接通入塔 底與其中的物料混合換熱。
隔壁精餾塔可以為填料塔或板式塔，或兩者的組合，其表壓為0.5 2.0MPa(G), 由上述內容可見，本發明將隔壁精餾塔應用于二甲醚合成工藝及裝置，與傳統的 工藝及裝置相比具有明顯的優越性
本發明中的隔壁精餾塔是熱力學上理想的系統結構，能夠避免中間沸點組分在常 規反應精餾塔內的再混合現象，熱力學效率較高，而且完成相同的分離任務需要更少 的再沸器負荷和冷凝器負荷。由于隔壁精餾塔不需要將側線甲醇蒸汽冷凝而是直接以 氣相狀態抽出，而且一般情況下由于隔板右側區域的分離作用，側線甲醇的純度比原 料甲醇的純度高，所以所霈熱能較少。另外，本發明中的隔壁精餾塔塔底直接通入水 蒸氣時，水蒸汽與塔底液體直接混合加熱，既可省去再沸器的投資，又可以降低水蒸氣的消耗(因為水蒸氣的熱利用率較高)。再加上本發明兼有回收二甲醚、汽化及提純 原料甲醇、以及甲醇回收等多重功能，總熱負荷可以節省20% 50%，總設備投資可
以節省20 60%。
本發明的優勢還在于，當原料甲醇含有少量水，尤其甲醇純度小于90X(wt)時， 由于隔壁精餾塔右側區域的分離作用，從側線獲得的蒸汽中甲醇純度一般情況下總比 原料甲醇的甲醇純度高(即原料中的水分只有部分汽化)，既減少原料汽化所需能量， 又提高了脫水反應的速度和平衡轉化率。


圖1是依據本發明所提供的塔底有再沸器的甲醇合成二甲醚的隔壁精餾塔流程示意圖。
圖2是依據本發明所提供的塔底通入水蒸汽的甲醇合成二甲醚的隔壁精餾塔流程 示意圖。
圖3是甲醇合成二甲醚常規分離單元流程示意圖。 具體實施方案
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的描述。
如圖1所示，本發明由甲醇脫水反應系統與一個隔壁精餾塔組成。隔壁精餾塔內
垂直設有一塊隔板，將塔內腔分成四個區域左側區域2作為預分餾塔將反應產物及 未反應物初步分離；頂部區域l除去少量的甲醇后在塔頂得到髙純度的二甲醚產品； 右側區域3—方面有分離的作用，可將原料中的雜質水分離出去，另一方面兼有原料 甲醇氣化的作用；底部區域4除去少量甲醇后在塔底得到水并排出系統。隔壁精餾塔 可以為填料塔或板式塔，或兩者的組合。
反應產物及未反應物由二甲醚合成反應系統進入隔壁精餾塔區域2的中部，經過 初步分離后，在區域2頂部得到二甲醚和甲醇氣相混合物，在甲醇濃度較高時就進入 隔壁上部及其右側，在區域2底部得到甲醇和水的液相混合物，在甲醇濃度較高時就 進入隔壁下部及其右側含有雜質水的原料甲醇從隔壁精餾氣相甲醇抽出口以下適當 位置進入塔內，原料中甲醇含量為60% 99.9%(wt)。經過區域1、 3、 4的分離作用 二甲醚蒸氣從塔頂抽出，經塔頂冷凝器冷凝后一部分作為液相回流流入塔內，未回流 部分作為二甲醚產品采出，得到純度為99% 99.999%的二甲醚產品，回流比為2 : l 10:1;側線得到含有少量水及二甲醚的氣相甲醇物流作為反應系統的進料，其中甲 醇含量為96% 99.99%(wt);水由塔底排出，塔底可以用再沸器加熱(附圖1)，也可以用表壓為0.3 6.0MPa(G)的飽和水蒸氣直接通入塔底與其中的物料混合換熱(附圖2)， 塔底出料中甲醇含量小于50ppm(wt)。同時隔板上部有一部分液相進入區域2頂部作 為其液相回流，液相分配比為0.2 0.5,隔板下部有一部分氣相進入區域2底部作為 其氣相回流，氣相分配比為0.1 0.4，塔的操作壓力為0.5 2.0MPa(G)。
原料甲醇進入隔壁精餾塔后， 一方面被氣化由側線釆出氣相物流作為反應進料， 另一方面經過精餾塔的分離作用，將原料中的水分離出來由塔底排出。
本發明可以通過以下實施例說明-
實施例1:如圖1所示流程，隔壁精餾塔底用再沸器加熱，塔操作壓力為0.9MPa， 頂部區域1有11塊理論板數(包括冷凝器，下同)，左側區域2有32塊理論板數，區 域3有37塊理論板數，區域4有8塊理論板數(包括再沸器，下同)。反應系統出料 流量為5400kg/h，壓力為0.9MPa，溫度為135°C， 二甲醚含量為50%(質量分數，下 同),甲醇含量為20%,水含量為30%，從隔壁精餾塔區域2中部進入。原料甲醇2700kg /h,溫度為20'C，其中甲醇含量99%，水含量為1%,從第31塊理論板(由塔頂數 起，下同)加入。二甲醚產品從塔頂抽出，流量為2700kg/h，其中二甲醚含量為99.999%; 甲醇蒸氣從第20塊理論板抽出，作為反應系統的進料進行脫水反應，其流量為 3759kg/h，甲醇含量為99.84%， 二甲醚含量為0.16%;系統中的水從塔底排出，流量 為1641kg/h，其中甲醇含量為42ppm。達到相同分離程度，本發明再沸器所耗能量比 圖3所示流程節省21.74%。
實施例2:如圖l所示流程，隔壁精餾塔底用再沸器加熱，塔操作壓力為lMPa， 各區域理論板數同實例1。反應系統出料流量為5250kg/h，壓力為lMPa,溫度為140 'C， 二甲醚含量為45%，甲醇含量為20%,水含量為35%，從隔壁精餾塔區域2中部 進入。原料甲醉3000kg/h，溫度為30'C,其中甲醇含量為90%,水含量為10%， 從第43塊理論板加入。二甲醚產品從塔頂抽出，流量為2362.5kg/h，其中二甲醚含 量為99.992%;甲醇蒸氣從第15塊理論板抽出，作為反應系統的進料進行脫水反應， 其流量為3760.5kg/h，甲醇含量為99.72%， 二甲醚含量為0.28%;系統中的水從塔底 排出，流量為2127kg/h，其中甲醇含量為32ppm。達到相同分離程度，本發明再沸器 所耗能量比圖3所示流程節省23.47%。
實施例3:如圖l所示流程，隔壁精餾塔底用再沸器加熱，塔操作壓力為lMPa， 各區域理論板數同實施例2。反應系統出料流量為5250kg/h,壓力為lMPa，溫度為 140'C， 二甲醚含量為46%，甲醇含量為18%,水含量為36%,從隔壁精餾塔區域2中部進入。原料甲醇2850kg/h,溫度為3(TC，其中甲醇含量為80%，水含量為20%, 其進料位置同實例2。 二甲醚產品從塔頂抽出，流量為2415kg/h，其中二甲醚含量為 99.992%;甲醇蒸氣從隔壁精餾塔區域3抽出，抽出位置同實施例2，并作為反應系 統的進料進行脫水反應，其流量為3232.5kg/h，甲醇含量為99.76%, 二甲醚含量為
0. 24%;系統中的水從塔底排出，流量為2452.5kg/h，其中甲醇含量為36ppm。達到 相同分離程度，本發明再沸器所耗能量比圖3所示流程節省25.52%。
實施例4:如圖1所示流程，隔壁精餾塔底用再沸器加熱，塔操作壓力為lMPa, 各區域理論板數同實施例1。反應系統出料流量為5250kg/h，壓力為lMPa，溫度為 140°C， 二甲醚含量為45%，甲醇含量為20%,水含量為35%，從隔壁精餾塔區域2 中部進入。原料甲醇30O0kg/h，溫度為30'C,其中甲醇含量為60%，從第45塊理 論板加入。二甲醚產品從塔頂抽出，流量為2362.5kg/h，其中二甲醚含量為99.998%; 甲醇蒸氣從第15塊理論板抽出，作為反應系統的進料進行脫水反應，其流量為 2857.5kg/h，甲醇含量為99.73%, 二甲醚含量為0.26%;系統中的水從塔底排出，流 量為3030g/h，其中甲醇含量為27ppm。達到相同分離程度，本發明再沸器所耗能量 比圖3所示流程節省23.47%。
實施例5:如圖2所示流程，隔壁精餾塔底直接通入水蒸汽，其他條件同實施例
1。 塔頂二甲醚產品流量為2700kg/h，其中二甲醚含量為99.999%;側線甲醇蒸氣流 量為3759kg/h,甲醇含量為99.84%, 二甲醚含量為0.16%;塔底水流量為1614kg/h, 其中甲醇含量為39ppm。若將圖3中的再沸器所耗能量換算成所需要的水蒸氣，達到 相同分離程度，本發明所消耗的蒸汽量比圖3所示流程節省22.12%。
本發明利用隔壁精餾塔這種新型的分離方法以及巧妙的甲醉進料方式可有效解 決上述問題。本發明將二甲醚精餾過程、甲醇回收以及原料甲醇氣化過程有機地集成 在一個塔殼中進行，省去了甲醉回收塔、甲醇氣化器以及相關附屬設備，從而大幅度 地降低了設備投資及操作費用；而且，反應混合物經過隔壁左側初步分離后，在甲醇 濃度較高時就進入隔壁右側作進一步分離，從而避免了常規精餾塔序中甲醇的再混合 現象以及水與甲醇被重復加熱的弊端。這樣，本發明最大限度的提高了系統的熱力學 效率，而且減少了精餾塔及其附屬設備的數量，從而大幅度地降低了能耗和設備投資， 提高經濟效益。
權利要求
1.一種二甲醚生產裝置，由反應系統與隔壁精餾塔組成，其特征是隔壁精餾塔是在常規精餾塔內垂直方向上設置一塊隔板，隔板的兩端與塔頂、塔底均不接觸，即上不封頂、下部懸空，將塔內空間分隔為隔板左右兩側及上下兩端4個區域，隔板為偏心或中心設置，隔板左右區域的橫截面積比為8∶1～1∶2，塔內腔四個區域的功能分別是隔板左側區域作為預分餾塔將反應產物及未反應物初步分離；頂部區域除去少量的甲醇后在塔頂得到高純度的二甲醚產品；隔板右側區域一方面有分離的作用，將原料中的雜質水分離出去，另一方面兼有原料甲醇氣化的作用；底部區域除去少量甲醇后在塔底得到水并排出系統。
2. —種利用權利要求1所述二甲醚生產裝置的生產工藝包括如下歩驟a. 由二甲醚合成反應系統出來的反應產物及未反應物進入隔壁精餾塔左側區域(2)的中部，經過初步分離后，得到二甲醚和甲醇氣相混合物，然后進入頂部區域(1)中進一步精餾，在區域(2)底部得到甲醇和水的液相混合物，進入底部區域(4);b. 含有雜質水的原料甲醇從隔壁精餾塔右側區域(3)進入塔內；c. 上述物流經過區域(l)、 (3)、 (4)的分離作用在塔頂得到高純度的二甲醚產品， 側線得到含有少量水及二甲醚的氣相甲醇物流并作為反應系統的進料，水由塔底抽 出，同時隔板上部有一部分液相進入區域(2)頂部作為其液相回流，隔板下部有一部分 氣相進入區域(2)底部作為其氣相回流。
3. 如權利要求2所述的工藝，其特征在于從隔壁精餾塔塔頂釆出的蒸氣經塔頂 冷凝器冷凝后， 一部分作為液相回流流入塔內，未回流部分作為二甲醚產品采出，二 甲醸質量分數為99 99.999%，回流比為2 : 1 10 : 1。
4. 如權利要求2所述的工藝，其特征在于隔板左側區域(2)先將反應產物及未反 應物初步分離后，再經區域l中進一步精餾后獲得純度達到要求的二甲醚產品，并為 區域(2)、 (3)提供液相回流；同樣，在區域(4)塔底得到含微量甲醇的廢液，且 為區域(2)、 (3)提供氣相回流；然后在區域(3)的精餾作用下獲得純度達到要求 的氣相甲醇產品，并從其氣相甲醇抽出口抽出，從而避免了甲醇的再混合現象，提高 了熱力學效率。
5. 如權利要求2所述的工藝，其特征在于原料甲醇可以是純甲醇，也可以是含 有雜質水的甲醇混合物，當為混合物時，甲醇含量為60% 99.9%(wt)。
6. 如權利要求2所述的工藝，其特征在于甲醇以氣相狀態從側線抽出作為反應 系統的進料，其中甲醉含量為90% 99.99%(城)。
7. 如權利要求2所述的工藝，其特征在于塔底可以用再沸器加熱或用表壓為 0.6 6.0MPa(G)的水蒸氣直接進入塔底與其中的物料混合加熱。
8. 如權利要求2所述的工藝，其特征在于隔壁精餾塔為填料塔或板式塔，或兩 者的組合，其表壓為0.5 2.0MPa(G)。
全文摘要
本發明涉及一種甲醇合成二甲醚的節能新工藝及裝置，其顯著特征在于將反應產物及未反應物的分離以及原料的氣化集成到一個塔中同時進行。本發明所說的裝置是由反應系統和隔壁精餾塔組成。隔壁精餾塔是在常規精餾塔內垂直方向上設置一塊隔板，從而將塔內腔分成上下左右四個區域而形成的。由反應系統出來的反應產物及未反應物經過隔壁精餾塔的分離后，在其頂部得到二甲醚產品，側線得到以甲醇為主要組分的氣相物流并作為反應系統的進料，而系統中的水由塔底排出，同時含有雜質水的原料甲醇從隔壁右側進入塔內經分離得到氣相甲醇和水。本發明可用于各種用甲醇氣相催化合成二甲醚的生產工藝及裝置，可以大幅度地減少設備投資，簡化流程，降低能耗和操作費用。
文檔編號C07C43/00GK101298412SQ200810015118
公開日2008年11月5日 申請日期2008年3月7日 優先權日2008年3月7日
發明者孫蘭義, 軍 李, 李天文, 楊德連 申請人:中國石油大學(華東);煙臺同業化工技術有限公司