二甲醚的燃料特性与生产方法

      甲醇气相法

      甲醇气相催化脱水法是目前国内外使用最多的二甲醚工业生产方法。其特点是技术成熟可靠、投资低、产品调整灵活、工艺简单、生产成本低等。国内拥有该项技术并已工业化的有西南化工研究设计院和四川天一科技股份有限公司、山西煤化所、上海石油科学研究院等。国内技术与国外的丹麦Top s

      催化剂为ZSM分子筛、磷酸铝或γ2Al2O3。甲醇脱水反应的化学反应式如下。 

      反应压力为0. 5～1. 5 MPa,温度为230～400 ℃。甲醇经汽化在换热器中与反应器出来的反应产物换热后进入反应器进行气相催化脱水反应,反应产物经换热后用循环水冷却冷凝。反应器结构有绝热式固定床、换热式固定床、多段冷激式固定床和等温管式固定床等。冷却冷凝后的物料在粗甲醚中间罐进行气液分离。气相为副反应产生的不凝气和二甲醚、甲醇的饱和蒸气,送入洗涤塔用甲醇或甲醇2水溶液吸收回收其中二甲醚。吸收液返回粗甲醚中间罐,吸收尾气送出装置。粗甲醚中间罐的粗二甲醚用精馏塔进行精馏分离,从精馏塔顶出来的二甲醚蒸汽经精馏塔冷凝器冷凝后一部分回流入塔,一部分作为产品送产品贮罐。

      从二甲醚精馏塔塔釜得到的甲醇2水溶液送入甲醇提浓塔精馏提浓甲醇,提浓后的甲醇返回作为反应原料。从甲醇提浓塔塔釜排出含醇废水。

      先进的甲醇气相法

      西南化工研究设计院是我国最早研究开发二甲醚生产技术的研究单位之一。早在20世纪90年代就已设计了10余套醇醚燃料和气雾剂级二甲醚生产装置。近年来,西南化工研究设计院和四川天一科技股份有限公司加大了甲醇气相催化脱水法的研究开发力度,开发出完善、先进、独特的生产工艺技术。与国内外现有甲醇气相催化脱水法相比,该工艺具有较大的改进和创新,处于国际先进水平。甲醇气相法新技术工艺流程见图4。

      与其他甲醇气相催化脱水法相比,该生产工艺具有以下特点。

      (1) 与甲醇装置联产时,以粗甲醇为原料,可大幅度降低生产成本(主要降低蒸汽消耗,每吨二甲醚产品以粗甲醇为原料可减少蒸汽消耗1. 6 t左右)。

      (2) 反应器采用多段冷激式固定床,催化剂装填容量大、投资低、反应温度适当、副反应少,易于大型化。多段冷激式固定床既避免了绝热式固定床反应器温升太高造成副反应增加、甲醇单程转化率偏低的弱点,又克服了换热式固定床和等温管式固定床反应器尺寸过大、催化剂装填容量过小的缺点(专利保护关键技术) 。

      (3) 采用独特的汽化提馏塔结构和分离工艺,不设置用于回收未反应甲醇的甲醇提浓塔,汽化提馏塔具有原料甲醇汽化、回收甲醇提浓、分离排除原料带来的水和反应生成的水等3个功能,既简化了流程,减少了投资,又有效地减少了蒸汽消耗。每吨产品二甲醚的蒸汽消耗比国内外同类技术低0. 5～0. 8 t (专利保护关键技术) 。

      (4) 以二甲醚精馏塔塔釜排出的甲醇- 水溶液做反应尾气洗涤塔的吸收剂,减少了外排尾气中的甲醇含量。同时由于降低了二甲醚精馏塔进料的甲醇浓度,使得二甲醚分离难度降低,回流比减少,从而节省了蒸汽消耗。

      (5) 采用自行研究开发的专用催化剂,规模生产,活性好,热稳定性好,脱水反应选择性在99. 5%以上。由于分离过程设置先进合理,甲醇和二甲醚的分离损耗低,有效地保证了甲醇消耗这一主要消耗指标。甲醇消耗低于国内外同类技术。

      (6) 拥有2项中国发明专利(专利号: ZL - 95 -1 - 13028. 5和专利号: ZL - 2004 - 10022020. 5)。

      (7) 与国内外同类技术相比,装置投资少、生产成本低。国家科技部已指定西南化工研究设计院和四川天一科技股份有限公司为“非石油路线含氧化合
物制备关键技术”中“甲醇制二甲醚大型化工程开发”国家科技支撑计划课题的完成单位。该技术的先进性和可靠性已在近年投产的20多套装置上得
到验证。目前由西南化工研究设计院和四川天一科技股份有限公司转让技术并进行工程设计的二甲醚生产能力为10～200 kt/ a的装置有近60套,其中100 kt/ a装置17套, 200 kt/ a装置6套。2007年4月,建于湖北天茂集团公司的100 kt/ a甲醇制二甲醚装置的投产和达产达标验收,使该项二甲醚生产技术向大型化迈出了坚实的一步。

      结论

      (1) 二甲醚是国家认可的主要替代能源,作为燃料,二甲醚热效率高,无毒无害,对环境的负面影响小,替代对象LPG和柴油的消费量大,是市场前景最好的替代能源。

      (2) 无论从投资还是从生产成本的角度分析,甲醇气相法新技术均是二甲醚首选的生产方法。

      作者简介: 汤洪(1961年- ) ,男,广西梧州人, 1982年毕业于浙江大学化学工程专业,教授级高级工程师,长期从事碳一化学特别是甲醇及其下游产品的研究、开发和设计工作。