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二甲醚一步氣相法新工藝初步設計方案

   2011-05-13 有機化工有機

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一、生產技術概述

    目前已開發和正在開發的二甲醚(DME)合成方法有2種:

    (1)二步法(MTD)  該方法是由甲醇在催化劑作用下脫水制取DME。當前MTD法主要有以液體復合酸為催化劑的液相法(如山東久泰能源化工科技有限公司3萬t/a DME裝置)和以γ-Al2O3或H-ZSM-5等為催化劑的氣固相法。氣固相法技術成熟,是目前國內外大型DME生產企業普通采用的方法。國外有美國杜邦公司1.5萬t/a、德國聯合萊因褐煤燃料公司6萬t/a生產裝置等。國內主要有西南化工研究院、浙江省化工研究院等的千噸級規模工業試驗。此外,還有四川瀘天化集團公司1萬t/a工業化DME生產裝置、10萬t/a DME項目設計等。

    (2)合成氣一步法(STD)  STD是將合成甲醇和甲醇脫水2個反應組合在一個反應器內完成,反應條件為250-300℃、4-10MPa,采用甲醇合成和脫水雙功能催化劑。與MTD法相比,STD法流程短、能耗低,且能打破MTD法合成中的平衡轉化率,提高單程轉化率。

    二、一步氣相法新工藝方案與分析

    1.煤氣化一步法

    假設江西某廠采用本地煙煤,以STD法生產高純度DME及醚烴混合燃料,建設規模為2萬t/a。

    (1)工藝過程 以煙煤和純氧、水蒸氣為氣化劑,采用低成本的“灰熔聚流化床粉煤氣化制合成氣” 新技術制取水煤氣,粗煤氣CO+H2>62%,N2+CH4≤5%,氣量<1.35萬Nm3/h。原料氣壓縮至2.5MPa,利用空分多余的冷量,經低溫甲醇洗脫硫、脫碳。最后壓縮至5.0-6.0MPa、除氧后進入合成塔。DME合成塔采用成熟的Lurgi改進型(即SPC塔)DN2200合成塔,采用國產的雙功能DME催化劑及脫氧劑,副產4MPa蒸汽1t/t DME供精餾。制得的粗DME經三塔精餾流程得到精制DME產品。

    (2)合成工藝及設備 本工藝采取具有自主知識產權的循環流程,以提高入塔氣空速和H2/CO,利于反應移熱,防止催化劑表面析炭,延長催化劑壽命。半水煤氣不需變換精制即可達標。鑒于DME沸點比甲醇低得多,故流程中增加了不同于甲醇的分離設備。此外,為降低原料氣消耗,部分吹掃氣返回系統循環使用。合成工藝流程見圖1(略)。

    采用新型的管殼-冷管復合型二甲醚合成塔,是管殼型和冷管型結構的有機復合,既能副產中壓蒸汽,結構穩妥可靠,床層溫度分布又比Lurgi型合成塔更接近最佳溫度曲線,從而提高轉化率(比絕熱冷激型提高50%以上,比管殼型提高5%-10%),而容積利用系數更高。

    規模為2萬t/a 的DME項目總投資<1.2億元,占地150畝(1畝=0.4047ha),全廠員工200人。成本<1600元/t(煤150元/t)。如產品銷售價按3500元/t計,年銷售收入達7000萬元,預計利稅可達3000萬元。

    2.電石爐氣一步法

    假設浙江某廠生產電石4.5萬t/a,爐氣量400m3/t電石,含CO>80%。如采用一步氣相法工藝可產DME 0.8萬t/a,同時采取CO2精制新工藝,聯產國際食品級CO2 1.2萬t/a(圖2)。

    項目總投資約4000萬元(是以煤為原料新建廠的1/3),DME成本1500元/t,利潤(稅前)1200萬元/t,精CO2利潤960萬元/t,合計2160萬元/t。

    3. 粗甲醇氣生產DME

    假設貴州某廠已有3萬t/a中壓聯醇裝置,現擬上馬0.5萬t/a DME項目。本工藝采用介于二步法和一步法之間的方法(亦稱一步半法),即甲醇合成塔出口的粗甲醇氣經預熱至DME合成塔進行脫水反應,得到的粗DME經冷卻、冷凝和精餾得到精DME(圖3)。該工藝由于省去甲醇冷凝、精餾、加熱汽化等工序,故能耗不僅比二步法低,投資也有所降低,產品調節比較靈活。

    本工藝采用CG型冷管式二甲醚合成塔,裝填ZSM-5催化劑2m3。項目投資估計為650萬元,生產成本1400元/t,預期年獲利600多萬元。(摘自《中國化工信息》周刊

 
 
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