甲醇氣相法

      甲醇氣相催化脫水法是目前國內外使用最多的二甲醚工業(yè)生產方法。其特點是技術成熟可靠、投資低、產品調整靈活、工藝簡單、生產成本低等。國內擁有該項技術并已工業(yè)化的有西南化工研究設計院和四川天一科技股份有限公司、山西煤化所、上海石油科學研究院等。國內技術與國外的丹麥Top s

      催化劑為ZSM分子篩、磷酸鋁或γ2Al2O3。甲醇脫水反應的化學反應式如下。 

      反應壓力為0. 5～1. 5 MPa,溫度為230～400 ℃。甲醇經汽化在換熱器中與反應器出來的反應產物換熱后進入反應器進行氣相催化脫水反應,反應產物經換熱后用循環(huán)水冷卻冷凝。反應器結構有絕熱式固定床、換熱式固定床、多段冷激式固定床和等溫管式固定床等。冷卻冷凝后的物料在粗甲醚中間罐進行氣液分離。氣相為副反應產生的不凝氣和二甲醚、甲醇的飽和蒸氣,送入洗滌塔用甲醇或甲醇2水溶液吸收回收其中二甲醚。吸收液返回粗甲醚中間罐,吸收尾氣送出裝置。粗甲醚中間罐的粗二甲醚用精餾塔進行精餾分離,從精餾塔頂出來的二甲醚蒸汽經精餾塔冷凝器冷凝后一部分回流入塔,一部分作為產品送產品貯罐。

      從二甲醚精餾塔塔釜得到的甲醇2水溶液送入甲醇提濃塔精餾提濃甲醇,提濃后的甲醇返回作為反應原料。從甲醇提濃塔塔釜排出含醇廢水。

      先進的甲醇氣相法

      西南化工研究設計院是我國最早研究開發(fā)二甲醚生產技術的研究單位之一。早在20世紀90年代就已設計了10余套醇醚燃料和氣霧劑級二甲醚生產裝置。近年來,西南化工研究設計院和四川天一科技股份有限公司加大了甲醇氣相催化脫水法的研究開發(fā)力度,開發(fā)出完善、先進、獨特的生產工藝技術。與國內外現(xiàn)有甲醇氣相催化脫水法相比,該工藝具有較大的改進和創(chuàng)新,處于國際先進水平。甲醇氣相法新技術工藝流程見圖4。

      與其他甲醇氣相催化脫水法相比,該生產工藝具有以下特點。

      (1) 與甲醇裝置聯(lián)產時,以粗甲醇為原料,可大幅度降低生產成本(主要降低蒸汽消耗,每噸二甲醚產品以粗甲醇為原料可減少蒸汽消耗1. 6 t左右)。

      (2) 反應器采用多段冷激式固定床,催化劑裝填容量大、投資低、反應溫度適當、副反應少,易于大型化。多段冷激式固定床既避免了絕熱式固定床反應器溫升太高造成副反應增加、甲醇單程轉化率偏低的弱點,又克服了換熱式固定床和等溫管式固定床反應器尺寸過大、催化劑裝填容量過小的缺點(專利保護關鍵技術) 。

      (3) 采用獨特的汽化提餾塔結構和分離工藝,不設置用于回收未反應甲醇的甲醇提濃塔,汽化提餾塔具有原料甲醇汽化、回收甲醇提濃、分離排除原料帶來的水和反應生成的水等3個功能,既簡化了流程,減少了投資,又有效地減少了蒸汽消耗。每噸產品二甲醚的蒸汽消耗比國內外同類技術低0. 5～0. 8 t (專利保護關鍵技術) 。

      (4) 以二甲醚精餾塔塔釜排出的甲醇- 水溶液做反應尾氣洗滌塔的吸收劑,減少了外排尾氣中的甲醇含量。同時由于降低了二甲醚精餾塔進料的甲醇濃度,使得二甲醚分離難度降低,回流比減少,從而節(jié)省了蒸汽消耗。

      (5) 采用自行研究開發(fā)的專用催化劑,規(guī)模生產,活性好,熱穩(wěn)定性好,脫水反應選擇性在99. 5%以上。由于分離過程設置先進合理,甲醇和二甲醚的分離損耗低,有效地保證了甲醇消耗這一主要消耗指標。甲醇消耗低于國內外同類技術。

      (6) 擁有2項中國發(fā)明專利(專利號: ZL - 95 -1 - 13028. 5和專利號: ZL - 2004 - 10022020. 5)。

      (7) 與國內外同類技術相比,裝置投資少、生產成本低。國家科技部已指定西南化工研究設計院和四川天一科技股份有限公司為“非石油路線含氧化合
物制備關鍵技術”中“甲醇制二甲醚大型化工程開發(fā)”國家科技支撐計劃課題的完成單位。該技術的先進性和可靠性已在近年投產的20多套裝置上得
到驗證。目前由西南化工研究設計院和四川天一科技股份有限公司轉讓技術并進行工程設計的二甲醚生產能力為10～200 kt/ a的裝置有近60套,其中100 kt/ a裝置17套, 200 kt/ a裝置6套。2007年4月,建于湖北天茂集團公司的100 kt/ a甲醇制二甲醚裝置的投產和達產達標驗收,使該項二甲醚生產技術向大型化邁出了堅實的一步。

      結論

      (1) 二甲醚是國家認可的主要替代能源,作為燃料,二甲醚熱效率高,無毒無害,對環(huán)境的負面影響小,替代對象LPG和柴油的消費量大,是市場前景最好的替代能源。

      (2) 無論從投資還是從生產成本的角度分析,甲醇氣相法新技術均是二甲醚首選的生產方法。

      作者簡介: 湯洪(1961年- ) ,男,廣西梧州人, 1982年畢業(yè)于浙江大學化學工程專業(yè),教授級高級工程師,長期從事碳一化學特別是甲醇及其下游產品的研究、開發(fā)和設計工作。