专利名称：一种粗醚冷凝液预分离、低能耗二甲醚精馏工艺及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种甲醇气相脱水粗醚冷凝液预分离、低能耗二甲醚精馏工艺及设备，属于化学工业二甲醚生产技术领域。
背景技术：
现有的甲醇气相催化脱水生产二甲醚的精馏工艺，常见的为甲醇脱水反应后的高温反应产物回收部分热量，全部冷却降温到反应产物泡点温度以下为液态进入粗醚槽， 粗醚用泵加压与反应产物换热后，全部输送到粗醚精馏塔，精馏塔顶部有回流，同时采出二甲醚产品，底部为精馏塔釜液，主要为甲醇和水，甲醇含量约为30-45% ；现有工艺的显著特点之一是将反应后的产物降温到泡点温度以下全部冷凝为液态，再通过动力加压、预热、 全部输送到精馏塔精馏；显著特点之二是甲醇脱水反应和粗醚精馏是相对独立的两个系统、非等压，粗醚精馏塔再沸器需外供热量。上述背景技术工艺主要存在两大问题一是存在严重的冷热效应，反应热大量浪费，同时又消耗了大量的冷却水和动力将反应产物降温冷却，粗醚精馏又需要补充一定的高温热量；二是反应产物全部进入粗醚精馏塔，进入精馏塔的气液混合物二甲醚含量低，水份含量高，导致粗醚精馏塔热负荷大、塔釜温度高、能耗尚ο现有甲醇脱水生产二甲醚精馏工艺对粗醚精馏塔釜液的处理主要有两种方法一种是单设一个稀醇回收塔处理精馏塔釜液，顶部甲醇冷凝为甲醇回到甲醇原料储槽，底部为含醇量很低的工艺废水，稀醇回收塔再沸器采用甲醇脱水高温反应产物为热源或外供热源，参见附图1。另一种是将来自精馏塔塔釜的甲醇和水为主的混合液在汽化提留塔的中部进料口进入塔内，与甲醇蒸发同时进行，上部进料为新鲜甲醇(粗甲醇或精甲醇)，顶部为含有一定水汽含量的甲醇蒸汽，底部为含醇量很低的工艺废水，参见附图2。两种工艺只是设备投资上有一定的差异，但能量消耗都较大、差异较小。两种工艺存在相同的问题粗醚全部进入精馏塔，精馏塔入料二甲醚含量低、水分含量高、精馏塔釜温度高、精馏能耗高，在精馏塔中已经消耗能量分离下来的低浓度甲醇和水，需要二次消耗能量进行再次分离，造成了能量的极大浪费。精馏塔釜液甲醇含量低、水含量高，需要的塔釜温度高，因此精馏操作必须消耗较高温度的热源。现有甲醇脱水生产二甲醚工艺，以粗醇或粗醇与精醇混用为原料甲醇汽化单元主要有以下两种形式一种是采用甲醇精馏的原理在汽化塔顶部增加回流装置，保证了塔顶甲醇蒸汽的纯度，但增加了能耗。另一种是将粗甲醇与精甲醇混在一起从汽化提留塔顶部进料，没有回流装置，如专利号200410022020. 5所述，当塔顶部入料甲醇浓度较高时，塔顶入料相当于精馏的回流，塔顶出口甲醇蒸汽的含量可以保证；当入料甲醇浓度较低时，塔顶出口甲醇蒸汽的水分含量较高，有的高达5%以上，使甲醇脱水反应单程转化率明显下降， 能耗增加
发明内容
本发明的目的是提供一种粗醚冷凝液预分离、低能耗二甲醚精馏工艺及设备，进而解决背景技术中存在的反应热利用率低、甲醇气相脱水二甲醚生产能耗高的问题。本发明的技术方案为
一种粗醚冷凝液预分离、低能耗二甲醚精馏工艺，包含甲醇精馏汽化工序、脱水反应工序、冷凝液分离工序、粗醚精馏工序；原料甲醇液体加压与反应产物换热提温，然后进入甲醇精馏汽化工序，精馏提纯后的甲醇蒸汽进入脱水反应工序，反应后的高温产物进入精馏再沸换热器给粗醚精馏工序提供热量后，再与进入甲醇精馏汽化工序的甲醇液体换热，反应产物降到露点温度以下进入反应物气液分离工序进行气液分离，分离出的液体进入甲醇精馏汽化工序，分离液体后的气体进入粗醚精馏工序，粗醚精馏工序生产二甲醚产品。本发明的特别之处是在脱水反应工序与粗醚精馏工序之间设置反应产物冷凝液分离工序，反应产物分离冷凝液后的气体进入粗醚精馏工序，精馏能耗下降；反应产物分离冷凝后的液体，作为稀甲醇进入甲醇精馏汽化工序。根据气液平衡原理，所说的进入反应产物冷凝液分离工序是将反应产物在一定压力及温度下的冷凝液分离，压力范围是0. 6-1. 6MPa ；温度范围是反应产物在操作压力下的泡点温度以上、露点温度以下。本发明的甲醇精馏汽化工序，甲醇精馏、汽化同时进行，对生产过程中的稀醇、粗醇、精醇等原料进行再处理，分别从不同的入口进入精馏汽化塔；所说的反应产物分离冷凝液后的气体中二甲醚含量大于80%，水分含量小于6%，进入粗醚精馏工序，精馏能耗下降， 粗醚精馏工序的塔釜液中甲醇含量大于70%，回收到甲醇精馏汽化工序，作为粗醇处理；所说的反应产物在泡点温度以上、露点温度以下的适宜的温度范围下的冷凝液中，只含有少量的二甲醚，醇含量小于30%、二甲醚含量小于1%、水含量大于70%，所说的冷凝液不需要进入粗醚精馏工序、不需降温直接作为稀醇回收到甲醇精馏汽化工序。反应产物分离冷凝液后的气体也可以不经过粗醚精馏工序，直接作为醇醚燃料产
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ΡΠ ο粗醚精馏工序产出的二甲醚气体，经过水冷器冷却为液体，一部分作为粗醚精馏工序的回流，一部分作为产品采出，粗醚精馏工序的塔釜液送入甲醇精馏汽化工序的粗醇入口，甲醇精馏汽化工序的工艺废水向装置外排出。粗醚精馏工序需要的热量由高温反应气提供，甲醇精馏汽化工序需要的热量由外供热源提供。粗醚精馏工序为全气相进料，与甲醇脱水反应工序等压操作；反应产物中的大部分水和部分甲醇已在进入粗醚精馏工序前进行了分离，因此粗醚精馏工序进料气体中的二甲醚含量高、水含量低，粗醚精馏工序的热负荷低、需要较低温度的热源即可满足粗醚精馏工序的需要。粗醚精馏工序的再沸器利用反应产物的热量，不需外供热量。一种粗醚冷凝液预分离、低能耗二甲醚精馏设备，包含甲醇预热器、粗醚精馏塔、 甲醇精馏汽化塔、气液分离器，气液分离器设置在甲醇预热器、粗醚精馏塔之间，将反应产物在适宜温度范围的冷凝液分离，根据气液平衡原理，反应产物在泡点温度以上、露点温度以下一定温度范围内的冷凝液中只含有少量的二甲醚，醇含量小于30%、二甲醚含量小于 1%、水含量大于70%，冷凝液不需要进入粗醚精馏塔、不需降温直接作为稀醇回收到甲醇精馏汽化塔的下部进口 ；反应产物分离冷凝液后的气体中二甲醚含量大于80%，水分含量小于6%，进入粗醚精馏塔精馏，精馏能耗下降，精馏釜液中甲醇含量大于70%，回收到甲醇精馏汽化塔的上部粗甲醇进口。反应产物分离冷凝液后的气体也可以不经过粗醚精馏直接作为醇醚燃料产品。设置的甲醇精馏汽化塔，甲醇精馏、汽化同时进行，采用三段进料；参照甲醇精馏的原理，甲醇精馏汽化塔设置稀醇、粗醇、精醇等三个入料口，稀醇、粗醇、精醇入料口分别在精馏汽化塔的下部、上部和顶部；甲醇脱水反应产物在一定温度范围内的冷凝液，作为稀醇从精馏汽化塔下部进料口进入精馏汽化塔；粗醚精馏塔塔釜液进入甲醇精馏汽化塔的上部粗醇进口 ；原料精甲醇从塔顶进料，相当于甲醇精馏塔的回流，这样保证塔顶出口甲醇蒸汽中有较低的水分含量；塔顶水分含量很低的甲醇蒸汽连续采出、塔底的釜液连续排出。本发明的原理是根据甲醇气相脱水反应产物中二甲醚、甲醇、水三元混合气体在泡点温度以上、露点温度以下有部分液体冷凝，在一定压力下一定温度范围内的冷凝液中含有大量的水和甲醇，只含有少量的二甲醚，将这部分二甲醚含量很低的冷凝液分离出来， 直接回到甲醇精馏汽化塔下部，分离液体后的气体中二甲醚含量明显提高、水汽含量下降， 直接进入粗醚精馏塔，塔釜温度大幅度下降，需要的热源温度下降，利用甲醇脱水反应产物的热量即可满足粗醚精馏的需要，降低能耗。比如二甲醚、水、甲醇三元气体摩尔百分数为40%、40%、20%，表压0. 8MPa压力下， 在80-120°C范围内的冷凝液量占气液总重量的21. 3-38. 8%，冷凝液中二甲醚重量百分比 0. 5-2. 4%、冷凝液中水分重量百分数为55-71% ；分离液体后的气体各组分重量百分比二甲醚75-90%、甲醇小于15%、水小于8% ；精馏塔釜液中甲醇重量百分比大于70%，精馏塔釜液温度 130-138 O。在一定压力下控制适宜的冷凝温度可以获得较多的冷凝液量，同时冷凝液中的二甲醚含量可以控制在1%以下，冷凝液中的水分含量65%以上。本发明的积极效果是针对现有甲醇气相脱水生产二甲醚精馏工艺存在的反应热利用率低、冷却水消耗高、能耗高等问题；将甲醇气相脱水反应产物在一定温度及压力下的冷凝液预分离，降低粗醚精馏的热负荷，进而降低二甲醚精馏需要的热源温度；通过甲醇脱水与粗醚精馏气相串联实现等压操作，进而提高甲醇脱水反应产物热量的回收率；利用甲醇精馏的原理实现甲醇精馏与汽化同步进行，确保进入反应器的甲醇蒸汽中有很低的水汽含量，保证甲醇脱水反应有较高的二甲醚平衡转化率，同时降低反应产物中的水汽含量。本发明甲醇气相脱水粗醚冷凝液预分离、低能耗二甲醚精馏工艺及设备，与背景技术所述相比，粗醚精馏塔釜温度降低10-20°C，精馏塔釜液甲醇含量提高30%-50%，粗醚精馏取消外供热源；二甲醚整个生产过程能耗下降10-30%。本发明可以在0. 6-1. 6MPa压力下甲醇气相脱水生产二甲醚精馏装置上使用，特别适用于甲醇气相脱水生产醇醚燃料及高纯含量的二甲醚。
附图1是背景技术中第一种工艺流程示意图； 附图2是背景技术中另一种工艺流程示意图； 附图3是本发明工艺流程示意图；附图4是本发明一个实施例设备构成及工艺流程图中甲醇精馏汽化塔1、反应器2、粗醚精馏塔3、精馏汽化塔再沸器4、高温加热器5、 冷凝液加热器6、精馏塔再沸加热器7、甲醇预热器8、气液分离器9、精馏塔顶冷却器10、精馏塔顶回流槽11、背压汽轮发电机12、精馏汽化塔再沸器冷凝水槽13、冷凝液泵16、甲醇精馏汽化塔精醇进口 18、粗醇进口 19、稀醇进口 21、废水换热器35。
具体实施例方式下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。附图1为背景技术中常用的一种工艺流程示意图，主要包括甲醇预热器、甲醇汽化塔、反应器、粗醚预热器、粗醚水冷器、粗醚中间槽、粗醚泵、粗醚精馏塔、稀醇回收塔等； 流程简要说明如下原料甲醇液体经甲醇泵加压进入甲醇预热器与反应产物换热提温，进入甲醇汽化塔汽化，汽化后的甲醇蒸汽进入甲醇反应器进行脱水反应，高温反应产物进入甲醇预热器与甲醇液体换热，再进入粗醚预热器与粗醚液体换热，再进入粗醚水冷器全部冷却为液体，进入粗醚中间槽，通过粗醚泵加压将粗醚液体输送到粗醚预热器提温后进入粗醚精馏塔，塔顶为二甲醚气体，经过水冷器冷却为液体，一部分作为精馏塔的回流，一部分作为产品采出，塔底为精馏釜液送入稀醇回收塔，经分离提纯后，甲醇回到甲醇储槽，工艺废水送到装置界外。粗醚精馏塔和甲醇汽化塔需要的热量由外供热源提供，稀醇回收塔需要的热量为外供热源或采用反应热。附图2为背景技术中另一种工艺流程示意图，工艺流程与附图1相近似，不同的是将甲醇汽化塔与稀醇回收塔合二为一为甲醇汽化提留塔，粗醚精馏单元与附图1相同，甲醇汽化提留塔和粗醚精馏塔需要的热量全部由外供热源提供。附图3为本发明实施例设备构成及工艺流程示意图，包括甲醇预热器、甲醇精馏汽化塔(甲醇精馏汽化工序)，反应器(脱水反应工序)，反应产物气液分离器(反应产物冷凝液分离工序)，精馏再沸加热器、粗醚精馏塔(粗醚精馏工序)。流程简要说明如下原料甲醇液体经甲醇泵加压进入甲醇预热器与反应产物换热提温，进入甲醇精馏汽化塔上部入口， 甲醇精馏汽化塔顶部甲醇蒸汽进入反应器进行脱水反应，高温反应产物进入精馏再沸加热器给粗醚精馏塔提供热量后，再进入甲醇预热器与甲醇液体换热，反应产物降到露点温度以下、泡点温度以上的适宜温度进入反应物气液分离器进行气液分离，分离出的液体进入甲醇精馏汽化塔稀醇入口，分离液体后的气体进入粗醚精馏塔，精馏塔顶为二甲醚气体，经过水冷器冷却为液体，一部分作为精馏塔的回流，一部分作为产品采出，塔底为精馏釜液送入甲醇精馏汽化塔上部粗醇入口，甲醇精馏汽化塔底部工艺废水送到装置界外。粗醚精馏塔需要的热量由高温反应气提供，甲醇精馏汽化塔需要的热量由外供热源提供。参照附图4，操作压力为0. 8MPa,以精甲醇为原料对本发明做进一步说明以甲醇含量为99%以上的精甲醇为原料生产80-99. 99%的二甲醚产品过程简述 原料甲醇依次经过甲醇精馏汽化塔底部工艺废水换热器35、甲醇预热器8，温度升高
到125-130°C，进入甲醇精馏汽化塔精醇入口 18，粗醚精馏塔3来的塔釜液温度120_130°C 进入甲醇精馏汽化塔粗醇进口 19 ；从反应物气液分离器9分离出的90-110°C的液体经冷凝液加热器加热到140-150°C进入甲醇精馏汽化塔稀醇进口 21。从甲醇精馏汽化塔出来的 130-132°C的甲醇蒸汽经高温加热器5加热到260-270°C进入反应器2。
反应器2出口的高温反应产物依次经过高温加热器5、冷凝液加热器6、精馏再沸加热器7、甲醇预热器8温度降到80-12(TC，进入反应物气液分离器9进行气液分离，分离出的冷凝液由冷凝液泵16输送到冷凝液加热器6，分离液体后的气体进入粗醚精馏塔3，二甲醚含量为80-90%的醇醚燃料从阀门38采出。甲醇含量为70-85%的粗醚精馏塔釜液由釜液泵15输送到甲醇精馏汽化塔1的粗甲醇进口 16。高压蒸汽经过背压汽轮发电机12减压后进入甲醇精馏汽化塔再沸器4，冷凝水进入冷凝水槽13，冷凝水带压回收到锅炉岗位。甲醇精馏汽化塔、粗醚精馏塔采用填料塔或板式塔，填料高度、塔板数、各物料的进料位置根据工艺计算确定。
权利要求
1.一种粗醚冷凝液预分离、低能耗二甲醚精馏工艺，其特征在于包含甲醇精馏汽化工序、脱水反应工序、反应产物冷凝液分离工序、粗醚精馏工序，原料甲醇液体加压与反应产物换热提温，然后进入甲醇精馏汽化工序，提纯后的甲醇蒸汽进入脱水反应工序，高温反应产物进入粗醚精馏换热器给粗醚精馏工序提供热量后，再与进入甲醇精馏气化的工序的甲醇液体换热，反应产物在露点温度以下的一定温度下进入反应物气液分离工序进行气液分离，分离出的液体进入甲醇精馏汽化工序，分离液体后的气体进入粗醚精馏工序，粗醚精馏工序生产二甲醚液体产品。
2.根据权利要求1所述之粗醚冷凝液预分离、低能耗二甲醚精馏工艺，其特征在于所说的反应产物冷凝液分离工序是将反应产物在一定压力及温度下的冷凝液分离，压力范围是0. 6-1. 6MPa ；温度范围是泡点温度以上、露点温度以下。
3.根据权利要求1或2所述之粗醚冷凝液预分离、低能耗二甲醚精馏工艺，其特征在于所说的甲醇精馏汽化工序，甲醇精馏、汽化同时进行，对生产过程中的稀醇、粗醇、精醇分别从不同的入口进入甲醇精馏汽化塔进行精馏提纯；所说的反应产物分离冷凝液后的气体中二甲醚含量大于80%，进入粗醚精馏工序，精馏能耗下降，粗醚精馏工序的精馏釜液中甲醇含量大于70%，回收到甲醇精馏汽化工序，作为粗醇处理；所说的反应产物冷凝液分离温度是在泡点温度以上、露点温度以下，在适宜温度下的冷凝液中，只含有少量的二甲醚，醇含量小于30%、水含量大于70%，所说的冷凝液不需要进入粗醚精馏工序、不需降温直接作为稀醇回收到甲醇精馏汽化工序。
4.根据权利要求1或2所述之粗醚冷凝液预分离、低能耗二甲醚精馏工艺，其特征在于反应产物分离冷凝液后的气体也可以不经过粗醚精馏工序，直接作为醇醚燃料产品。
5.根据权利要求5所述之粗醚冷凝液预分离、低能耗二甲醚精馏工艺，其特征在于粗醚精馏工序需要的热量由反应气提供。
6.根据权利要求1或2所述之粗醚冷凝液预分离、低能耗二甲醚精馏工艺，其特征在于粗醚精馏工序为全气相进料，与甲醇脱水反应工序等压操作；反应产物中的大部分水和部分甲醇已在进料前进行了分离，因此粗醚精馏工序进料气体中的二甲醚含量高、水含量低， 粗醚精馏工序的热负荷低、需要较低温度的热源即可满足粗醚精馏工序的需要。
7.—种粗醚冷凝液预分离、低能耗二甲醚精馏设备，其特征在于包含甲醇预热器、甲醇精馏汽化塔、气液分离器、粗醚精馏塔，气液分离器设置在甲醇预热器、粗醚精馏塔之间，将反应产物在一定温度下的冷凝液分离，根据气液平衡原理，反应产物在泡点温度以上、露点温度以下范围内的一定温度下的冷凝液中只含有少量的二甲醚，冷凝液不需要进入粗醚精馏塔、不需降温，冷凝液与反应产物换热提温后直接作为稀醇回收到甲醇精馏汽化塔的下部进口 ；反应产物分离冷凝液后的气体中二甲醚含量大于80%，进入粗醚精馏塔精馏，精馏能耗下降，精馏釜液中甲醇含量大于70%，回收到甲醇精馏汽化塔的上部粗甲醇进口。
8.根据权利要求8所述之粗醚冷凝液预分离、低能耗二甲醚精馏设备，其特征在于甲醇精馏汽化塔，甲醇精馏、汽化同时进行，采用三段进料；参照甲醇精馏的原理，甲醇精馏汽化塔设置稀醇、粗醇、精醇等三个入料口，稀醇、粗醇、精醇入料口分别在精馏汽化塔的下部、上部和顶部；甲醇脱水反应产物在一定温度下的冷凝液，作为稀醇从精馏汽化塔下部进料口进入精馏汽化塔；粗醚精馏塔塔釜液作为粗醇进入甲醇精馏汽化塔的上部进口 ；原料甲醇从塔顶进料，相当于甲醇精馏汽化塔的回流，这样保证塔顶出口甲醇蒸汽中有较低的水分含量；塔顶水分含量很低的甲醇蒸汽连续采出、塔底的釜液连续排出。
全文摘要
本发明涉及一种甲醇气相脱水粗醚冷凝液预分离、低能耗二甲醚精馏工艺及设备。技术方案是包含甲醇精馏汽化工序、脱水反应工序、反应产物冷凝液分离工序、粗醚精馏工序，在脱水反应工序与粗醚精馏工序之间设置反应产物高温冷凝液分离工序，反应产物分离冷凝液后的气体进入粗醚精馏工序，反应产物分离冷凝后的液体，作为稀甲醇进入甲醇精馏汽化工序。本发明将甲醇气相脱水反应产物的冷凝液预分离，降低粗醚精馏的热负荷，进而降低二甲醚精馏需要的热源温度；通过甲醇脱水与粗醚精馏气相串联实现等压操作，进而提高甲醇脱水反应产物热量的回收率；利用甲醇精馏的原理实现甲醇精馏与汽化同步进行，降低甲醇蒸汽中水分含量，保证甲醇转化率，降低反应产物中的水汽含量。
文档编号C07C41/42GK102229525SQ201110123618
公开日2011年11月2日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者周威, 宋红英, 景玉国, 肖跃进 申请人:河北凯跃化工集团有限公司