[实用新型]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

说明书

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)

(丙烯)

(丁烯-1)

(丁烯-2)等等

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