专利名称：一种以合成气为原料循环气流床生产二甲醚的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及以合成气为原料合成二甲醚的方法和装置。
诸多专利公开了有关一步法的内容，诸如中国专利公开号CN1382676A、CN1132664A，美国专利US6,458,856B1，欧洲专利EP1010683A1。
发明人认为作为一种高效地以合成气为原料合成二甲醚方法应解决如下关键技术快速地移走反应热，不使催化剂过热，延长催化剂寿命；消除催化剂内扩散的阻滞作用，提高内表面利用率，消除催化剂粒内温度梯度；减少反应组分自气相主体向催化剂扩散的阻滞作用；提高催化剂处理合成气量，提高空时产率。而目前广泛使用的方法和装置均存在这样或那样的不足，空时产率较低。
本发明需要解决的技术问题是公开一种以合成气为原料循环气流床生产二甲醚的方法和装置，以克服现有技术存在的空时产率较低的缺陷。
本发明是这样构思的针对上述关键技术，本发明采取的对策是采用液态惰性介质蒸发移走反应热，采用至少通过200目的粉体催化剂，消除内扩散与粒内温度梯度；采用气流床减小液膜厚度进而减少外扩散阻力，加大催化剂循环量，提高空时产率。
本发明采用气流床反应器作为合成二甲醚的主要反应器。所说的气流床反应器含三种相态气相是合成气及其反应产物二甲醚、水蒸气和液相惰性介质的蒸发组分；液相是一种对反应来说是惰性的介质，具体来说是高沸点的液态烃，例如正十五烷烃；固相是催化剂，例如常规铜基复合催化剂。悬浮于液体中的催化剂经泵送至喷嘴，合成气经预热后进入喷嘴，通过喷嘴实现雾化与混合。出喷嘴后液体(含与不含催化剂)形成分散相，合成气为连续相，自上而下运动，形成气流床。其主要反应过程是这样进行的合成气自气体主体通过液膜(包裹在催化剂的外层)向催化剂内外表面扩散，在催化剂表面上进行吸附与合成反应，产物自催化剂表面脱附，沿催化剂微孔扩散至外表面，再通过液膜进入气相主体。反应放出的热量为惰性介质气化吸热所平衡，气体一并进入气相主体。出三相气流床的介质经下降管进入鼓泡床，在鼓泡床中还会继续进行少量的合成二甲醚反应，由于鼓泡床中换热器的冷却作用，惰性介质气相冷凝，最终携带产品的合成尾气自鼓泡床上部经过过滤器过滤其所携带的泡沫和催化剂后，自出口进入下游工序。
本发明的方法包括如下步骤含催化剂的液态惰性介质与合成气分别通过设置在气流床反应器顶部的喷嘴的相应通道，雾化后进入气流床反应器，进行二甲醚合成反应，自上而下运动。
经喷嘴实现雾化后，雾滴滴径是一个宽分布，约为5～100μm，部分雾滴包含催化剂，而部分雾滴不含催化剂，包含催化剂的雾滴则形成了一个以催化剂为核心外面包裹一层液膜的球状物。宏观上，液滴为分散相，合成气为连续相。合成气自气相主体以扩散的方式通过液膜，在催化剂微孔中以扩散的方式到达催化剂内表面，进行吸附与化学反应，伴随放出反应热，热量以传导方式进入液膜，使部分液态惰性介质汽化，反应产物依次完成脱附、内扩散以及穿过液膜的扩散进入气相主体。在上述过程中，反应热为惰性介质汽化热和气流床夹套换热器将其移走，所以气流床处于等温状态，催化剂的粒内、粒外、床层的轴向、径向温度基本相同，温度高低可以选择适当沸点的惰性介质与之匹配。
没有反应完的合成气、催化剂、液态与汽态惰性介质进入反应器下部的鼓泡床，在鼓泡床中除继续进行的合成反应，鼓泡床主要的功能是换热，即通过设在鼓泡床中的换热器使汽态惰性介质冷凝，汽相惰性介质发生相变，放出热量，为冷却介质带走。冷却介质可为水、气体或导热油，所以气流床和鼓泡床温度是相同的。
液态惰性介质自鼓泡床下锥出口进入循环泵，含固量为5～35％(wt)的惰性介质加压后分配到敷设于气流床的喷嘴，出喷嘴速度为1～30m/s。预热后的合成气分配到各支管再进入喷嘴，其出喷嘴速度为50～300m/s。
携带产品的合成尾气经过滤器过滤所携带的泡沫与催化剂自出口进入下游工序，过滤所得催化剂又回到液相中，不产生损失，液态惰性介质再次被送往顶部的喷嘴，循环使用。
所说的催化剂为常规的二甲醚合成催化剂，如一般的铜基复合催化剂。许多专利文献对此已有大量的报道。
实现本发明方法的装置至少包括一个气流床反应器，其上部为气流床，下部为鼓泡床；一个通过管线与气流床反应器底部和顶部相连通的循环泵。
所说的气流床反应器包括设有冷却夹套的密封的壳体、多通道喷嘴和换热器，多通道喷嘴设置在壳体的上部，换热器设置在鼓泡床的中部，鼓泡床上部设有携带产品的合成尾气出口，鼓泡床下部设有惰性介质的出口。
所说的喷嘴是一种常规设备，但最佳为二通道、三通道、四通道、五通道喷嘴，如发明人所提出的喷嘴ZL95111750.5、ZL97235458.1、ZL94214422.8。
由上述公开的技术方案可见，本发明的最显著优点是空时产率高，采用惰性介质蒸发移走反应热，气流床温度均匀，易于实现大型化。
图1为气流床生产二甲醚流程图。
图2为反应器结构示意图。
图3为图2中的A---A向示意图。
图4为图2中的B---B向示意图。
所说的三相气流床反应器1包括设有冷却夹套101的壳体102、多通道喷嘴104和换热器107，多通道喷嘴104设置在壳体102的上部，换热器107设置在壳体102内中下部，壳体102中部设有携带产品尾气出口105。
在本发明优选的技术方案中，喷嘴104可同时敷设于壳体102周边和顶部，也可设置于壳体102顶部的周边，或只设置在壳体103的顶部。设置在壳体102周边的喷嘴，应均匀分布，设置在壳体102顶部的喷嘴104轴线应与气流床反应器1轴线重合。
由图2可见，壳体102中部设有两个合成气出口105，并设有过滤器106，两个合成气出口105可交替使用。
壳体102的底部设有液态惰性介质出口103。
循环泵2通过管线与气流床反应器1底部的液态惰性介质出口103和顶部的喷嘴104相连通。
采用上述装置实现本发明的方法包括如下步骤
含催化剂的液态惰性介质与合成气分别通过设置在气流床反应器1顶部的喷嘴104的相应通道，雾化后进入气流床反应器1进行二甲醚合成反应，自上而下运动。没有反应完的合成气、催化剂、液态与汽态惰性介质进入反应器下部的鼓泡床，通过设在鼓泡床中的换热器使汽态惰性介质冷却，汽相惰性介质发生相变，放出热量，为冷却介质带走。冷却介质科为水、气体或导热油，所以气流床与鼓泡床温度是相同的。
携带产品的合成尾气经过过滤器106过滤所带的泡沫与催化剂自出口105进入下游工序，液态惰性介质通过循环泵2自壳体102的底部的液态惰性介质出口103再次被送往顶部的喷嘴104，循环使用。
所说的液态惰性介质为正十四烷、正十五烷、正十六烷、正十七烷或它们的混合物，优选的为正十五烷、正十六烷或它们的混合物。
含催化剂液态惰性介质的含固量为5～35％(wt)，其出喷嘴104的速度为1～30m/s，合成气出喷嘴104的速度为50～300m/s。
所说的催化剂为常规的二甲醚合成催化剂，如一般的铜基复合催化剂，反应温度为250～302℃，反应压力为3.0～10.0Mp实施例1以合成气为原料，年产10万吨二甲醚的生产装置，小时产二甲醚13.89t，进气流床气体成分H2＝48％，CO＝46％，CO2＝2％，CH4＝4％。进气流床合成气压力为5.0Mpa，温度为268℃，流量为104000Nm3/h。惰性介质为正十五烷烃，循环量为196m3，循环液中悬浮42m3催化剂。
气流床采用4喷嘴，沿气流床上部周边均匀配置，喷嘴采用三通道形式，合成气喷出速度为190m/s，含催化剂的惰性介质进气流床的温度为268℃，喷出速度为8m/s。气流床的有效直径为2m，有效高度为7.5m。约1％的正十五烷汽化。鼓泡床有效高度10m，采用1.0Mpa饱和水冷却，每小时副产蒸汽30吨。一氧化碳转化率为45％，生成二甲醚的选择性为97％。
权利要求
1.一种以合成气为原料循环气流床生产二甲醚的装置，其特征在于，该装置包括一个气流床反应器(1)，其上部为气流床，下部为鼓泡床；一个循环泵(2)；所说的气流床反应器(1)包括设有冷却夹套(101)的壳体(102)、多通道喷嘴(104)和换热器(107)，多通道喷嘴(104)设置在壳体(102)的上部，换热器(107)设置在壳体(102)内中下部，壳体(102)中部设有携带产品尾气出口(105)，循环泵(2)通过管线与气流床反应器(1)底部的液态惰性介质出口(103)和顶部的喷嘴(104)相连通。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，喷嘴(104)敷设于壳体(102)周边和顶部。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，喷嘴(104)设置于壳体(102)顶部的周边。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，喷嘴(104)设置在壳体(103)的顶部。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，壳体(102)中部设有两个合成气出(105)，并设有过滤器(106)。
6.采用权利要求1～5任一项所述的装置合成二甲醚的方法，其特征在于包括如下步骤含催化剂的液态惰性介质与合成气分别通过设置在气流床反应器(1)顶部的喷嘴(104)的相应通道，雾化后进入气流床反应器(1)进行二甲醚合成反应，自上而下运动，没有反应完的合成气、催化剂、液态与汽态惰性介质进入反应器下部的鼓泡床冷却。携带产品的合成尾气经过过滤器(106)过滤所带的泡沫与催化剂自出口(105)进入下游工序，液态惰性介质通过循环泵(2)自壳体(102)的底部的液态惰性介质出口(103)再次被送往顶部的喷嘴(104)，循环使用。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所说的液态惰性介质为正十四烷、正十五烷、正十六烷、正十七烷或它们的混合物，优选的为正十五烷、正十六烷或它们的混合物。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，含催化剂液态惰性介质的含固量为5～35％(wt)。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，液态惰性介质出喷嘴(104)的速度为1～30m/s，合成气出喷嘴104的速度为50～300m/s。
10.根据权利要求6～9任一项所述的方法，其特征在于，所说的催化剂为常规的二甲醚合成催化剂，如一般的铜基复合催化剂，反应温度为250～302℃，反应压力为3.0～10.0Mp。
全文摘要
本发明公开了一种以合成气为原料循环气流床生产二甲醚的方法和装置。本发明采用气流床反应器作为合成二甲醚的主要反应器。悬浮于液体中的催化剂经泵送至喷嘴与合成气通过喷嘴实现雾化后进入反应器，自上而下运动，惰性介质气相冷凝，最终携带产品的合成尾气自鼓泡床上部经过过滤器过滤其所携带的泡沫和催化剂后，自出口进入下游工序。实现本发明方法的装置至少包括气流床反应器，其上部为气流床，下部为鼓泡床；通过管线与气流床反应器底部和顶部相连通的循环泵，本发明的最显著优点是空时产率高，采用惰性介质蒸发移走反应热，气流床温度均匀，易于实现大型化。
文档编号C07C43/00GK1446786SQ03115820
公开日2003年10月8日 申请日期2003年3月14日 优先权日2003年3月14日
发明者于遵宏, 龚欣, 于广锁, 刘海峰, 周志杰, 代正华, 王亦飞, 王辅臣 申请人:华东理工大学