CN201071346Y - 用于甲醇气相催化脱水制二甲醚的列管换热式均温反应器 - Google Patents
用于甲醇气相催化脱水制二甲醚的列管换热式均温反应器 Download PDFInfo
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Abstract
用于甲醇气相催化脱水制二甲醚的列管换热式均温反应器。所属技术领域涉及装填催化剂的反应器。本实用新型提供的用于甲醇催化脱水制二甲醚的列管换热式均温反应器，能维持反应器内的反应温度基本恒定，与多段冷激式反应器相比，避免了锯齿形的温度波动，能大幅减少副反应和副产物，达到节能降耗、降低运行成本。
Description
所属技术领域
本实用新型涉及装填催化剂的反应器。具体涉及甲醇气相催化脱水制二甲醚的新型的列管换热式均温反应器。
背景技术
二甲醚(Dimethyl Ether，缩写DME)在常温常压状态下是一种无色、无毒气体，可经压缩为液体。是重要的有机化工原料和化学中间体，可用于气雾剂、制冷剂、烷基化剂、制药、化妆品、染料等行业。二甲醚对大气臭氧层无损害，在大气对流层极易降解，是氟氯烃的良好替代品。
二甲醚为含氧化合物，燃烧充分、不析炭、几乎无残留物及废气污染，在车用燃料(尤其是柴油)和民用液化气燃料的替代品或添加剂方面，面临良好的市场前景，“有洁净环保燃料”之称。
目前国内生产二甲醚的主要方法是甲醇蒸汽在装填γ-AL2O3等催化剂的多段冷激式反应器内，甲醇气相催化脱水生成二甲醚。专利95113028.5公开了这种生产工艺：采用甲醇蒸汽分段进入多段冷激式反应器中，利用多段进入的原料冷甲醇蒸汽吸收上一段反应热使反应式器内温度不致大幅升高，同时利用控制进入每段催化剂床层的原料甲醇的量来控制了每一段的反应强度，使反应能得以控制，温度可以稳定在一定范围。
但是多段冷激式反应器有不可避免的缺陷：在多段冷激式反应器内。催化剂床层温度呈锯齿形波动，在每段催化剂床层的下部温度较高，时常发生超出设定温度范围而超温，恰恰正是这种每段催化剂下层温度较高和超温现象，不仅导致超温区域催化剂受损使催化剂性能下降而寿命变短，而且还导致较高温度及超温区域的付反应增多。导致付产物增多的付反应主要就在每段催化剂下层的超温区域。
在甲醇脱水制二甲醚的多段冷激式反应器中的主要反应是：
2CH3OH→CH3OCH3+H2O
(甲醇)(二甲醚)(水)
该反应为较强的放热反应。降低温度有利于提高甲醇单程转化率；但降低温度不利于提高反应速度。当使用γ-AL2O3型催化剂时合理的温度范围应为300℃。当反应温度超出300℃后，甲醇的转化率提高很小，但付反应明显增多，选择性明显下降；当反应温度超出350℃以上时，付反应就更为剧烈，选择性急剧下降。已知的付反应有：
甲醇脱氢反应：CH3OH→CO+2H2
CH3OH→HCHO+H2
变换反应： CO+H2O→CO2+H2
甲烷化反应： CO+3H2→CH4+H2O
CO2+4H2→CH4+2H2O
二甲醚脱水生成烯烃反应：
(该反应正是由二甲醚制取烯烃的中间过渡反应)
具有很强的耦联性，并迅速产生如下轻质烯烃：
(乙烯)
在以γ-AL2O3型催化剂装填的冷激式反应器中，由于局部区域温度较高而发生了上述反应，已检测到的并且必须列入物料平衡的付产物有：H2，CO，CO2，CH4，C2H4；已检测到未列入物料平衡的有：丙烯(C3H6)、丁烯(C4H8)等；原料甲醇中还含有微量甲醛(HCHO)、甲酸(HCOOH)，经冷激式反应器后，甲醛和甲酸亦有所增加，并且全部进入排放废水中，给设备腐蚀及环保增加了不安全因素。
由于付反应的原因，增大了原料消耗，而且增加了后续的分离过程的难度。
实用新型CN2621805Y采用一种管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器，将绝热与换热组合在一起虽有一定优点，但形成了一个较复杂的设备组合，对于反应热不太大的甲醇脱水制二甲醚反应是不必要的，而且在绝热反应段仍存在反应温度波动无法有效控制的手段。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种用于甲醇气相催化脱水制二甲醚的列管换热式均温反应器。该反应器结构简单，能有效保持反应器中催化剂床层的温度基本恒定而大幅减少付反应的发生，达到稳定运行、节能降耗的效果。
甲醇脱水生成二甲醚是较强的放热反应。保证反应基本恒定，不使其发生局部超温而控制并减少付反应，是保证稳定生产、节能降耗的关键。
本实用新型解决上述问题所采取的技术方案如下：
1、该反应器为园筒形、列管换热式反应容器，上管板与下管板之间为列管式换热反应段，列管管内装填催化剂。
2、该反应器顶部设置了气体分布器，以利于进口气体的均匀分布；而在该反应的底部设置了出口气体收集器，以保证出口气体不携带固体杂质。
3、在出口气体收集器与下管板之间填充两种不同规格的耐火球，以较好支承列管管内的催化剂。
本实用新型可达到较为理想的使甲醇气相催化脱水制二甲醚的反应温度在150℃-350℃范围内指定的反应温度区。克服了冷激式反应器内温度呈锯齿形波动的现象。大幅度减少了付反应和付产物的发生，因而达到了节能降耗、降低成本的效果。
附图说明
附图为用于甲醇气相催化脱水制二甲醚的列管换热式均温反应器。
1.用于甲醇气相催化脱水制二甲醚的列管换热式均温反应器件号说明
件号1：气体分布器
件号2：上管板
件号3：反应管
件号4：催化剂
件号5：筒体
件号6：折流板
件号7：下管板
件号8：气体出口收集器
2.用于甲醇气相催化脱水制二甲醚的列管换热式均温反应器管口说明
N1：气体进口
N2：气体出口
N3：饱和水入口，或预热原料甲醇入口
N4：饱和水/汽出口、或预热原料甲醇出口
具体实施方式
实施例1：
使用如说明书附图的列管换热式均温反应器，用于甲醇气相催化脱水制二甲醚装置(10000吨/年)。
操作温度：管内 300℃±10℃
管外 预热甲醇70℃-186℃
操作压力：管内 1.0MPa(反应气体)
管外 1.1MPa(甲醇)
催化剂：装填在管内 粒度Φ3-5×5-8mm，2.3m3
反应管：286根 Φ45×2mm
反应器直径×反应器总高 1m×10m
使用效果：反应温度能基本恒定在 300℃±8℃范围内。
Claims (1)
1.一种用于甲醇气相催化脱水制二甲醚的列管换热式均温反应器，其特征是：该反应器为园筒形、列管换热式反应容器，上管板与下管板之间为列管式换热反应段，列管管内装填催化剂；该反应器顶部设置了气体分布器，以利于进口气体的均匀分布；而在该反应的底部设置了出口气体收集器，以保证出口气体不携带固体杂质。
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2006
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