精甲醇和二甲醚联产新工艺
作者/来源:重庆川茂化工科技有限公司 日期:2012-05-22 点击量:789
1、前言
能源是国民经济发展的重要物资基础。煤炭是我国分布较广、储量最多的能源资源，同时我国也是世界上最大的煤炭生产国和消费国。由于石油和天然气资源的短缺，我国油气产量难以大量增加和满足要求，致使我国成为油气进口大国，这无疑将威胁到国家的能源和经济安全。根据这一能源形势和中国经济发展的巨大需求量，决定了我国能源仍将主要依托煤炭深加工作为主要能源的格局在相当长的时期内不会改变。
二甲醚（DME）是一种新型的煤基清洁能源，具有替代石油和天然气产品的潜力。其特性与液化石油气十分相似，十六烷值高达55以上，燃烧时无黑烟，释放的二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物极少，在室温下是无色气体，在0.6MPa下为液体，无腐蚀性和致癌性，符合绿色能源的要求。国际上称之为“21世纪洁净燃料”。
近几年，我国二甲醚产业出现了"井喷式"发展，最终导致产能过剩，企业开工率较低。2007年底，中国二甲醚产能已快速增长至261万吨，是2006年的4倍。2008年仍然是扩产高峰期，总产能达480万吨。至2010年，目前所有在建二甲醚项目投产后，中国二甲醚总产能将超过850万吨。针对目前的形式，二甲醚产业发展必须解决以下几个问题：
（1） 完善相关法律法规，规范销售市场，为二甲醚正名
国内90%以上的二甲醚都用于与液化石油气掺混供居民做日常燃料，但难以继续推广。主要原因是①大多数混合燃料经营企业经营不透明，随意掺混，以石油液化气的名义和价格对外销售，欺骗消费者；②部分不法商贩将甲醇等其它化工产品掺入液化气中，由此带来的不良使用效果被不明事理的民众全部归罪于二甲醚。因此，当务之急必须规范二甲醚燃料及混合燃料市场。
（2） 提高产品质量，发展下游产品
二甲醚作为替代能源的发展对传统能源的依赖性过大使得目前二甲醚市场空间小。
二甲醚可以作为多种化工产品的原料，在精细化工领域也存在一定的市场，但目前大规模的二甲醚生产企业为了节约成本，大多数采用粗甲醇为原料，使得产品品质只能达到燃料级，不能应用于精细化工及下游产品领域。因此，我们在大力发展下游产品的同时，必须提高二甲醚自身的产品质量。
（3） 改良生产工艺，降低生产成本，提高竞争力
二甲醚目前主要作为民用和车用替代燃料，既然是“替代”产品，就是为竞争而生，因此，必须不断的改良现有工艺或开发新工艺，降低生产成本，不仅要提高本企业与兄弟企业的竞争力，而且要在与液化气、柴油等产品相同能效的前提下，体现出更大的价格优势。
2、主要生产方法
2.1目前主要生产方法
目前生产二甲醚主要有两种方法，一是用合成气直接合成，亦称一步法；二是用甲醇脱水制取，即通常所称的二步法。
通过对反应机理研究表明，由合成气合成二甲醚（DME）同样经历“合成气制甲醇”与“甲醇脱水”两个反应。人们把两个反应在同一反应器中进行的过程称为“直接法（一步法）”，而将先合成甲醇然后经甲醇脱水生产二甲醚的工艺过程称为“间接法（二步法）。
二步法是甲醇在催化剂作用下脱水制取二甲醚，反应式如下：
2CH3OH CH3OCH3+ H2O + 23.4 kJ
二步法生产工艺又分为液相法和气固相法。
2.2 目前生产工艺存在的缺陷
（1） 一步法
“直接法”在反应上的优越性早已得到公认。但是与两步法相比，产品单一，抗市场风险能力差。目前二甲醚作为替代能源的发展对传统能源的依赖性过大，当传统能源价格下跌，二甲醚市场萎缩时，对生产企业的影响非常大。
（2） 二步法
二步法是目前大规模生产的首选方法，工艺比较成熟。但目前大规模的二甲醚生产在选择该方法是总是考虑一个问题：到底是以粗甲醇还是精甲醇为原料。就目前的生产工艺来说，各自存在如下缺点：
以粗甲醇为原料时：
①粗甲醇中的杂质与甲醇一同进入反应系统，杂质也会与甲醇发生脱水反应，造成单位二甲醚产品的甲醇消耗量增加；
②粗甲醇中的杂质进入反应系统，副反应增加，不仅使催化剂的使用寿命缩短，且影响二甲醚产品的质量。实践证明，以粗甲醇为原料时，二甲醚产品大多只能达到燃料级；
③进入反应系统的水分增加，增加了全系统的能耗；
④甲醇生产企业以粗甲醇为原料生产二甲醚时，若不建精馏装置，当二甲醚市场需求下降时，势必造成粗醇库存积压，销售困难，最终只能降低甲醇合成的生产负荷；若建甲醇精馏装置，当二甲醚装置满负荷运行时，甲醇精馏装置必须停车，造成人力物力闲置。
以精甲醇为原料时：
①需要建甲醇精馏和二甲醚合成两套装置，投资和生产成本均较大。
②二甲醚产品的单位能耗高。以蒸汽消耗为例，若粗甲醇采用三塔精馏，每吨精甲醇消耗蒸汽1.1吨，二甲醚系统每吨二甲醚消耗蒸汽1.6吨，最终每吨二甲醚的蒸汽消耗为1.1×1.42+1.6＝3.16吨。
③由于甲醇精馏和二甲醚合成均存在甲醇损耗，最终单位二甲醚产品的甲醇消耗增加。若甲醇精馏系统的甲醇回收率为99％，二甲醚系统每吨二甲醚的甲醇消耗为1.42t，则二甲醚产品最终的甲醇消耗为1.435t/t。
总之，以精甲醇为原料生产二甲醚的成本太高，不适合大规模生产。
3、一种二甲醚生产新工艺
鉴于传统工艺存在的缺陷，本文介绍的二甲醚生产新工艺将甲醇精馏与二甲醚合成有机的结合起来，采用一套装置，以粗甲醇为原料，可以单产或联产精甲醇或（和）二甲醚。工艺流程如图1。
图1中各编号的意义为：1-预塔进料泵、2-原料预热器、3-预塔、4-预塔冷凝器、5-预塔回流罐、6-预塔回流泵、7-预塔再沸器、8-汽化塔进料泵、9-汽化塔、10-汽化塔再沸器、11-汽化塔回流泵、12-甲醇回收塔主再沸器、13-粗产品冷凝器、14-粗产品收集槽、15-粗产品进料泵、16-粗产品预热器、17-二甲醚精馏塔、18-二甲醚精馏塔冷凝器、19-二甲醚回流罐、20-二甲醚回流泵、21-二甲醚精馏塔再沸器、22-二甲醚侧线冷却器、23-甲醇回收塔、24-甲醇回收塔冷凝器、25-回收塔回流罐、26-回收塔回流泵、27-甲醇回收塔辅助再沸器、28-二甲醚反应系统（含反应器、进出口换热器和开工加热器等）。
KX为关键控制阀门。
3.1 流程简述
（1）通过本新工艺以粗甲醇为原料生产二甲醚
关闭阀门K2、K5、K6、K9、K11、K12、K13、K15、K16、K17；打开K1、K3、K4、K7、K8、K10、K14、K19；当需要采出气雾剂级二甲醚时打开阀门K18。
由合成车间或罐区来的原料粗甲醇，加入稀碱液调pH至8，经预塔进料泵1加压和在原料预热器2中采用系统蒸汽冷凝水预热后进入预塔3。二甲醚精馏塔17底部出来的釜液由预塔的中下部进料口进入预塔3。在预塔3内汽化的甲醇蒸汽由塔顶的蒸汽出口进入预塔塔顶冷凝器4用循环冷却水冷却，被冷凝成液相的物料进入预塔回流罐5，未冷凝的不凝气进入尾凝器冷却到45℃后送出界外去锅炉燃烧。在预塔回流罐5中加入少量的软水进行充分萃取，从预塔回流罐5的上部采出不溶于水的初馏物，下部的甲醇水溶液送入预塔3内回流，预塔3釜液由汽化塔中部进料口进入汽化塔9。预塔3为常压操作，预塔再沸器7以0.7MPa（表压）低压蒸汽作为热源。
由预塔3塔底出来的预后甲醇，经汽化塔进料泵8送入汽化塔9。汽化塔9的操作压力为0.7～1.1MPa（表压），以回收塔回流罐25来的回收甲醇作为回流，以0.7MPa（表压）低压蒸汽为汽化塔再沸器10热源。从汽化塔9顶出来的甲醇蒸汽进入二甲醚反应系统。汽化塔9底部排出的釜液通过压差由甲醇回收塔23的中部进料口进入甲醇回收塔23。
由汽化塔9顶部来的甲醇蒸汽先经反应器进出口换热器预热后进入二甲醚合成反应器，在脱水催化剂的作用下甲醇蒸汽气相脱水生成二甲醚，甲醇转化率为75％～85％，反应系统的操作压力为0.7～1.1MPa（表压）。
由二甲醚反应系统28出来的高温气相粗产品进入甲醇回收塔主再沸器12，为甲醇回收塔23提供再沸热源。由甲醇回收塔主再沸器12出来的粗产品进入粗产品冷凝器13中，采用循环冷却水冷却后进入粗产品收集槽14。脱水反应过程中由于副反应产生的不凝性气体由粗产品收集槽14的放空口放空去尾气吸收塔。
由粗产品收集槽14出来的粗产品经粗产品进料泵15送入二甲醚精馏塔17中部入口。二甲醚精馏塔17操作压力0.8～1.1MPa（表压），采用0.7MPa（表压）低压蒸汽作为再沸器21的热源。从二甲醚精馏塔17塔顶出来的二甲醚蒸汽进入二甲醚精馏塔塔顶冷凝器18，采用循环冷却水将其冷凝后进入二甲醚回流罐19，少量不凝性轻组分由二甲醚中间槽放空管路上的压力控制调节阀放空去尾气吸收塔。由二甲醚回流罐19出来的二甲醚产品经二甲醚回流泵20加压后一部分用作二甲醚精馏塔17回流，其余作为产品采出去二甲醚储罐，二甲醚精馏塔17的精馏段还设置有侧线采出口，用于采出气雾剂级二甲醚产品。
二甲醚精馏塔17底部出来的物料可以通过压差，单独或同时去预塔3、汽化塔9或（和）甲醇回收塔23。
由汽化塔9底部来的釜液为甲醇、水和由粗甲醇带入系统的高沸物组成的混合物，通过汽化塔9与甲醇回收塔23之间的操作压差由甲醇回收塔的中部进料口进入甲醇回收塔23。
甲醇回收塔23的操作压力为常压，设置主再沸器12和辅助再沸器27，主再沸器12由反应系统出来的高温气相粗产品提供热量，不足的热量由进入辅助再沸器27的0.7MPa（表压）低压蒸汽作为补充。甲醇回收塔23塔顶出来的甲醇蒸汽进入甲醇回收塔塔顶冷凝器24，经循环冷却水冷凝后进入回收塔回流罐25，回收塔回流罐25出来的回收甲醇一部分经回收塔回流泵26送入甲醇回收塔23回流，其余部分经汽化塔回流泵11送入汽化塔9回流。粗甲醇中的高沸物由甲醇回收塔23提留段的侧线杂醇油采出口采出送界外，甲醇回收塔23排出的废水排出界外。
（2）以粗甲醇为原料同时生产二甲醚和精甲醇。
与（1）相同的部分不再叙述，打开精甲醇采出阀K16。
与传统三塔精馏调节加压塔和常压塔产品采出比例的方式相似，减少汽化塔9顶去二甲醚反应系统28的甲醇蒸汽量，使更多的甲醇由汽化塔9的底部通过压差进入甲醇回收塔23，由甲醇回收塔回流泵26的出口处采出部分精甲醇去罐区。也可以从汽化塔9顶部侧线采出部分精甲醇产品。
（3）以粗甲醇为原料全部生产精甲醇。
关闭阀门K2、K4、K5、K7、K8、K10、K13、K14、K15，打开K1、K3、K6、K9、K11、K12、K16。停二甲醚反应系统28及二甲醚精馏系统。汽化塔9相当于三塔精馏中的加压塔，甲醇回收塔23相当于三塔精馏的常压塔。
由合成车间来的粗甲醇，加入浓度为2％的稀碱液中和后，经预塔进料泵1加压，经原料预热器2采用系统蒸汽冷凝水预热后进入预塔3。由预塔3顶出来的蒸汽用循环冷却水冷却，冷凝下来的液相物料进入预塔回流罐5，未冷凝的不凝气进入尾凝器冷却到45℃后送出界外去锅炉燃烧。向预塔回流罐5中加入约进料量6％～15％的软水，采出上层初馏物去初馏物储槽，下层以水和甲醇为主的混合物由预塔回流泵6打入预塔3回流，回流比0.8。预塔3底部出来的预后甲醇去汽化塔9。预塔3为常压操作，再沸器7以0.6MPa低压蒸汽作为热源。
由预塔3底排出的预后甲醇，经汽化塔进料泵8由汽化塔中部进料口送入汽化塔9。汽化塔9操作压力0.57MPa，以0.6MPa低压蒸汽作为再沸器10的热源。由汽化塔9塔顶出来的甲醇蒸汽温度122℃，甲醇纯度≥99.85％，进入甲醇回收塔主再沸器12为甲醇回收塔23提供热量，冷凝后的甲醇一部分用于汽化塔9回流，其余作为精甲醇产品采出。
由汽化塔9塔釜出来的釜液约127℃，由压差进入甲醇回收塔23。甲醇回收塔23的操作压力为常压，以汽化塔9顶出来的甲醇蒸汽作为再沸器12的热源。由甲醇回收塔23顶出来的甲醇蒸汽温度约65℃，甲醇纯度≥99.85％，进入甲醇回收塔冷凝器24，冷凝后的甲醇一部分用于甲醇回收塔23的回流，其余作为精甲醇产品采出。
由甲醇回收塔23的杂醇油采出口采出粗甲醇中的重组分杂质，含甲醇≤0.05％的精馏废水由甲醇回收塔23塔釜排出界外。
工艺说明：
（1）新工艺中二甲醚精馏塔釜液可以同时或单独去预塔3、汽化塔9、甲醇回收塔23，当装置单独生产二甲醚使，若粗甲醇质量较好，不经过预塔3预处理，这时二甲醚精馏塔釜液去甲醇回收塔23比较合理。若需要同时生产精甲醇和二甲醚，则二甲醚精馏塔釜液去预塔比较合理，可以通过预塔去除釜液中携带的少量二甲醚，防止影响精甲醇产品质量。
（2）若原有三塔精馏装置的甲醇生产企业通过改造联产二甲醚使，采用二甲醚精馏塔釜液进入预塔的方案比较合理。若二甲醚精馏塔釜液进入甲醇回收塔（即常压塔），可能使杂醇油的最佳采出位置发生改变。
（3）新工艺流程中设置了一条从甲醇回收塔主再沸器23壳层出口直接进入二甲醚精馏塔17的付线，可以提高反应系统的压力，使反应系统出来的粗产品回收部分热量后，可以直接通过气相或气液混合进入二甲醚精馏塔。但该方案弊大于利，实际设计中不建议采用。
3.2 新工艺的优点
（1）将二甲醚生产装置与传统甲醇精馏装置有机结合，工艺设计合理、可靠，风险小，适合于大规模生产。目前设计的甲醇三塔精馏装置单套规模已达60～90万吨/年，本工艺可以在成熟的三塔精馏工艺的基础上，实现单套装置40～60万吨/年的二甲醚生产能力。
（2）本工艺只需要一套生产装置，可同时或单独生产二甲醚和（或）精甲醇两种产品，而且可以根据市场需求情况调整两种产品的比例，抗市场风险能力强；
（3）投资省。本装置只需在甲醇精馏装置的基础上，增加二甲醚反应系统（含反应器、进出口换热器和开工加热器等）和二甲醚精馏系统，投资仅为传统甲醇精馏和二甲醚生产装置总投资的60％～70％。也非常适合已有甲醇三塔精馏装置的企业进行改造。
（4）产品生产成本低，运行过程中的能耗低，人员配置明显少于传统工艺。传统工艺需要兴建甲醇精馏和二甲醚两套装置，算上甲醇精馏过程的能耗及甲醇损失，每吨二甲醚的蒸汽消耗为3.0～3.5t，甲醇消耗1.43～1.45t。本工艺以粗甲醇为原料生产气雾剂级二甲醚时，蒸汽消耗仅1.7～2.1t/t二甲醚，消耗粗甲醇折纯1.40～1.41t/t二甲醚，人员配置按一套装置进行配置。因此，单位生产成本中的折旧、能耗、人员工资均低于传统工艺。
（5）可以以粗甲醇为原料，生产气雾剂级产品。传统工艺要生产气雾剂级二甲醚，需要以精甲醇为原料，而本工艺通过预塔对粗甲醇进行预处理，采出初馏物，去除了其中的轻组分杂质；通过甲醇回收塔采出杂醇油，去除了粗甲醇中的重组分杂质；从传统的甲醇三塔精馏经验来看，完全可以保证进入二甲醚反应系统的甲醇蒸汽达到或优于工业级精甲醇标准，从而不仅保证二甲醚产品达到气雾剂级标准，而且减少副反应，延长催化剂的使用寿命。同时，提高产品品质，扩大了产品的应用市场，提高了产品的市场竞争力。
（6）本装置所有塔釜的最高温度≤150℃，仅需要0.7Mpa（表压，170℃）的饱和蒸汽作为热源，而传统工艺（汽化塔）塔釜最高温度达170℃，至少需要1.15Mpa（表压，190℃）的饱和蒸汽作为热源。
4、结论
下面以原料为粗甲醇，二甲醚产品质量达气雾剂级为基准，将本文介绍的新工艺与目前市场上的先进工艺进行比较。
项目 本新工艺（A） 目前两步法工艺（B）
生产方法 甲醇气相脱水 甲醇气相或液相脱水
投资成本 仅一套装置，60％～70％ 甲醇精馏+二甲醚合成两套装置，100％
原料处理 直接以粗甲醇为原料 需先通过甲醇精馏
甲醇消耗（t/tDME） 甲醇仅存在一步损耗，总消耗1.40～1.42 甲醇精馏和二甲醚合成两步损耗，总消耗1.43～1.45
蒸汽消耗（t/tDME） 1.7～2.1 甲醇精馏1.0t/t甲醇，总蒸汽消耗
3.03～3.5
人员配置 仅一套装置配置 需二套装置配置
市场不景气时处理方式 照常运行，全部生产精甲醇 二甲醚装置停车
新工艺以成熟的甲醇三塔精馏技术为依托，将二甲醚合成与甲醇精馏有机的结合起来，具有传统工艺不可比拟的技术和经济优势，投资省、能耗低、技术成熟可靠，非常值得推广
能源是国民经济发展的重要物资基础。煤炭是我国分布较广、储量最多的能源资源，同时我国也是世界上最大的煤炭生产国和消费国。由于石油和天然气资源的短缺，我国油气产量难以大量增加和满足要求，致使我国成为油气进口大国，这无疑将威胁到国家的能源和经济安全。根据这一能源形势和中国经济发展的巨大需求量，决定了我国能源仍将主要依托煤炭深加工作为主要能源的格局在相当长的时期内不会改变。
二甲醚（DME）是一种新型的煤基清洁能源，具有替代石油和天然气产品的潜力。其特性与液化石油气十分相似，十六烷值高达55以上，燃烧时无黑烟，释放的二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物极少，在室温下是无色气体，在0.6MPa下为液体，无腐蚀性和致癌性，符合绿色能源的要求。国际上称之为“21世纪洁净燃料”。
近几年，我国二甲醚产业出现了"井喷式"发展，最终导致产能过剩，企业开工率较低。2007年底，中国二甲醚产能已快速增长至261万吨，是2006年的4倍。2008年仍然是扩产高峰期，总产能达480万吨。至2010年，目前所有在建二甲醚项目投产后，中国二甲醚总产能将超过850万吨。针对目前的形式，二甲醚产业发展必须解决以下几个问题：
（1） 完善相关法律法规，规范销售市场，为二甲醚正名
国内90%以上的二甲醚都用于与液化石油气掺混供居民做日常燃料，但难以继续推广。主要原因是①大多数混合燃料经营企业经营不透明，随意掺混，以石油液化气的名义和价格对外销售，欺骗消费者；②部分不法商贩将甲醇等其它化工产品掺入液化气中，由此带来的不良使用效果被不明事理的民众全部归罪于二甲醚。因此，当务之急必须规范二甲醚燃料及混合燃料市场。
（2） 提高产品质量，发展下游产品
二甲醚作为替代能源的发展对传统能源的依赖性过大使得目前二甲醚市场空间小。
二甲醚可以作为多种化工产品的原料，在精细化工领域也存在一定的市场，但目前大规模的二甲醚生产企业为了节约成本，大多数采用粗甲醇为原料，使得产品品质只能达到燃料级，不能应用于精细化工及下游产品领域。因此，我们在大力发展下游产品的同时，必须提高二甲醚自身的产品质量。
（3） 改良生产工艺，降低生产成本，提高竞争力
二甲醚目前主要作为民用和车用替代燃料，既然是“替代”产品，就是为竞争而生，因此，必须不断的改良现有工艺或开发新工艺，降低生产成本，不仅要提高本企业与兄弟企业的竞争力，而且要在与液化气、柴油等产品相同能效的前提下，体现出更大的价格优势。
2、主要生产方法
2.1目前主要生产方法
目前生产二甲醚主要有两种方法，一是用合成气直接合成，亦称一步法；二是用甲醇脱水制取，即通常所称的二步法。
通过对反应机理研究表明，由合成气合成二甲醚（DME）同样经历“合成气制甲醇”与“甲醇脱水”两个反应。人们把两个反应在同一反应器中进行的过程称为“直接法（一步法）”，而将先合成甲醇然后经甲醇脱水生产二甲醚的工艺过程称为“间接法（二步法）。
二步法是甲醇在催化剂作用下脱水制取二甲醚，反应式如下：
2CH3OH CH3OCH3+ H2O + 23.4 kJ
二步法生产工艺又分为液相法和气固相法。
2.2 目前生产工艺存在的缺陷
（1） 一步法
“直接法”在反应上的优越性早已得到公认。但是与两步法相比，产品单一，抗市场风险能力差。目前二甲醚作为替代能源的发展对传统能源的依赖性过大，当传统能源价格下跌，二甲醚市场萎缩时，对生产企业的影响非常大。
（2） 二步法
二步法是目前大规模生产的首选方法，工艺比较成熟。但目前大规模的二甲醚生产在选择该方法是总是考虑一个问题：到底是以粗甲醇还是精甲醇为原料。就目前的生产工艺来说，各自存在如下缺点：
以粗甲醇为原料时：
①粗甲醇中的杂质与甲醇一同进入反应系统，杂质也会与甲醇发生脱水反应，造成单位二甲醚产品的甲醇消耗量增加；
②粗甲醇中的杂质进入反应系统，副反应增加，不仅使催化剂的使用寿命缩短，且影响二甲醚产品的质量。实践证明，以粗甲醇为原料时，二甲醚产品大多只能达到燃料级；
③进入反应系统的水分增加，增加了全系统的能耗；
④甲醇生产企业以粗甲醇为原料生产二甲醚时，若不建精馏装置，当二甲醚市场需求下降时，势必造成粗醇库存积压，销售困难，最终只能降低甲醇合成的生产负荷；若建甲醇精馏装置，当二甲醚装置满负荷运行时，甲醇精馏装置必须停车，造成人力物力闲置。
以精甲醇为原料时：
①需要建甲醇精馏和二甲醚合成两套装置，投资和生产成本均较大。
②二甲醚产品的单位能耗高。以蒸汽消耗为例，若粗甲醇采用三塔精馏，每吨精甲醇消耗蒸汽1.1吨，二甲醚系统每吨二甲醚消耗蒸汽1.6吨，最终每吨二甲醚的蒸汽消耗为1.1×1.42+1.6＝3.16吨。
③由于甲醇精馏和二甲醚合成均存在甲醇损耗，最终单位二甲醚产品的甲醇消耗增加。若甲醇精馏系统的甲醇回收率为99％，二甲醚系统每吨二甲醚的甲醇消耗为1.42t，则二甲醚产品最终的甲醇消耗为1.435t/t。
总之，以精甲醇为原料生产二甲醚的成本太高，不适合大规模生产。
3、一种二甲醚生产新工艺
鉴于传统工艺存在的缺陷，本文介绍的二甲醚生产新工艺将甲醇精馏与二甲醚合成有机的结合起来，采用一套装置，以粗甲醇为原料，可以单产或联产精甲醇或（和）二甲醚。工艺流程如图1。
图1中各编号的意义为：1-预塔进料泵、2-原料预热器、3-预塔、4-预塔冷凝器、5-预塔回流罐、6-预塔回流泵、7-预塔再沸器、8-汽化塔进料泵、9-汽化塔、10-汽化塔再沸器、11-汽化塔回流泵、12-甲醇回收塔主再沸器、13-粗产品冷凝器、14-粗产品收集槽、15-粗产品进料泵、16-粗产品预热器、17-二甲醚精馏塔、18-二甲醚精馏塔冷凝器、19-二甲醚回流罐、20-二甲醚回流泵、21-二甲醚精馏塔再沸器、22-二甲醚侧线冷却器、23-甲醇回收塔、24-甲醇回收塔冷凝器、25-回收塔回流罐、26-回收塔回流泵、27-甲醇回收塔辅助再沸器、28-二甲醚反应系统（含反应器、进出口换热器和开工加热器等）。
KX为关键控制阀门。
3.1 流程简述
（1）通过本新工艺以粗甲醇为原料生产二甲醚
关闭阀门K2、K5、K6、K9、K11、K12、K13、K15、K16、K17；打开K1、K3、K4、K7、K8、K10、K14、K19；当需要采出气雾剂级二甲醚时打开阀门K18。
由合成车间或罐区来的原料粗甲醇，加入稀碱液调pH至8，经预塔进料泵1加压和在原料预热器2中采用系统蒸汽冷凝水预热后进入预塔3。二甲醚精馏塔17底部出来的釜液由预塔的中下部进料口进入预塔3。在预塔3内汽化的甲醇蒸汽由塔顶的蒸汽出口进入预塔塔顶冷凝器4用循环冷却水冷却，被冷凝成液相的物料进入预塔回流罐5，未冷凝的不凝气进入尾凝器冷却到45℃后送出界外去锅炉燃烧。在预塔回流罐5中加入少量的软水进行充分萃取，从预塔回流罐5的上部采出不溶于水的初馏物，下部的甲醇水溶液送入预塔3内回流，预塔3釜液由汽化塔中部进料口进入汽化塔9。预塔3为常压操作，预塔再沸器7以0.7MPa（表压）低压蒸汽作为热源。
由预塔3塔底出来的预后甲醇，经汽化塔进料泵8送入汽化塔9。汽化塔9的操作压力为0.7～1.1MPa（表压），以回收塔回流罐25来的回收甲醇作为回流，以0.7MPa（表压）低压蒸汽为汽化塔再沸器10热源。从汽化塔9顶出来的甲醇蒸汽进入二甲醚反应系统。汽化塔9底部排出的釜液通过压差由甲醇回收塔23的中部进料口进入甲醇回收塔23。
由汽化塔9顶部来的甲醇蒸汽先经反应器进出口换热器预热后进入二甲醚合成反应器，在脱水催化剂的作用下甲醇蒸汽气相脱水生成二甲醚，甲醇转化率为75％～85％，反应系统的操作压力为0.7～1.1MPa（表压）。
由二甲醚反应系统28出来的高温气相粗产品进入甲醇回收塔主再沸器12，为甲醇回收塔23提供再沸热源。由甲醇回收塔主再沸器12出来的粗产品进入粗产品冷凝器13中，采用循环冷却水冷却后进入粗产品收集槽14。脱水反应过程中由于副反应产生的不凝性气体由粗产品收集槽14的放空口放空去尾气吸收塔。
由粗产品收集槽14出来的粗产品经粗产品进料泵15送入二甲醚精馏塔17中部入口。二甲醚精馏塔17操作压力0.8～1.1MPa（表压），采用0.7MPa（表压）低压蒸汽作为再沸器21的热源。从二甲醚精馏塔17塔顶出来的二甲醚蒸汽进入二甲醚精馏塔塔顶冷凝器18，采用循环冷却水将其冷凝后进入二甲醚回流罐19，少量不凝性轻组分由二甲醚中间槽放空管路上的压力控制调节阀放空去尾气吸收塔。由二甲醚回流罐19出来的二甲醚产品经二甲醚回流泵20加压后一部分用作二甲醚精馏塔17回流，其余作为产品采出去二甲醚储罐，二甲醚精馏塔17的精馏段还设置有侧线采出口，用于采出气雾剂级二甲醚产品。
二甲醚精馏塔17底部出来的物料可以通过压差，单独或同时去预塔3、汽化塔9或（和）甲醇回收塔23。
由汽化塔9底部来的釜液为甲醇、水和由粗甲醇带入系统的高沸物组成的混合物，通过汽化塔9与甲醇回收塔23之间的操作压差由甲醇回收塔的中部进料口进入甲醇回收塔23。
甲醇回收塔23的操作压力为常压，设置主再沸器12和辅助再沸器27，主再沸器12由反应系统出来的高温气相粗产品提供热量，不足的热量由进入辅助再沸器27的0.7MPa（表压）低压蒸汽作为补充。甲醇回收塔23塔顶出来的甲醇蒸汽进入甲醇回收塔塔顶冷凝器24，经循环冷却水冷凝后进入回收塔回流罐25，回收塔回流罐25出来的回收甲醇一部分经回收塔回流泵26送入甲醇回收塔23回流，其余部分经汽化塔回流泵11送入汽化塔9回流。粗甲醇中的高沸物由甲醇回收塔23提留段的侧线杂醇油采出口采出送界外，甲醇回收塔23排出的废水排出界外。
（2）以粗甲醇为原料同时生产二甲醚和精甲醇。
与（1）相同的部分不再叙述，打开精甲醇采出阀K16。
与传统三塔精馏调节加压塔和常压塔产品采出比例的方式相似，减少汽化塔9顶去二甲醚反应系统28的甲醇蒸汽量，使更多的甲醇由汽化塔9的底部通过压差进入甲醇回收塔23，由甲醇回收塔回流泵26的出口处采出部分精甲醇去罐区。也可以从汽化塔9顶部侧线采出部分精甲醇产品。
（3）以粗甲醇为原料全部生产精甲醇。
关闭阀门K2、K4、K5、K7、K8、K10、K13、K14、K15，打开K1、K3、K6、K9、K11、K12、K16。停二甲醚反应系统28及二甲醚精馏系统。汽化塔9相当于三塔精馏中的加压塔，甲醇回收塔23相当于三塔精馏的常压塔。
由合成车间来的粗甲醇，加入浓度为2％的稀碱液中和后，经预塔进料泵1加压，经原料预热器2采用系统蒸汽冷凝水预热后进入预塔3。由预塔3顶出来的蒸汽用循环冷却水冷却，冷凝下来的液相物料进入预塔回流罐5，未冷凝的不凝气进入尾凝器冷却到45℃后送出界外去锅炉燃烧。向预塔回流罐5中加入约进料量6％～15％的软水，采出上层初馏物去初馏物储槽，下层以水和甲醇为主的混合物由预塔回流泵6打入预塔3回流，回流比0.8。预塔3底部出来的预后甲醇去汽化塔9。预塔3为常压操作，再沸器7以0.6MPa低压蒸汽作为热源。
由预塔3底排出的预后甲醇，经汽化塔进料泵8由汽化塔中部进料口送入汽化塔9。汽化塔9操作压力0.57MPa，以0.6MPa低压蒸汽作为再沸器10的热源。由汽化塔9塔顶出来的甲醇蒸汽温度122℃，甲醇纯度≥99.85％，进入甲醇回收塔主再沸器12为甲醇回收塔23提供热量，冷凝后的甲醇一部分用于汽化塔9回流，其余作为精甲醇产品采出。
由汽化塔9塔釜出来的釜液约127℃，由压差进入甲醇回收塔23。甲醇回收塔23的操作压力为常压，以汽化塔9顶出来的甲醇蒸汽作为再沸器12的热源。由甲醇回收塔23顶出来的甲醇蒸汽温度约65℃，甲醇纯度≥99.85％，进入甲醇回收塔冷凝器24，冷凝后的甲醇一部分用于甲醇回收塔23的回流，其余作为精甲醇产品采出。
由甲醇回收塔23的杂醇油采出口采出粗甲醇中的重组分杂质，含甲醇≤0.05％的精馏废水由甲醇回收塔23塔釜排出界外。
工艺说明：
（1）新工艺中二甲醚精馏塔釜液可以同时或单独去预塔3、汽化塔9、甲醇回收塔23，当装置单独生产二甲醚使，若粗甲醇质量较好，不经过预塔3预处理，这时二甲醚精馏塔釜液去甲醇回收塔23比较合理。若需要同时生产精甲醇和二甲醚，则二甲醚精馏塔釜液去预塔比较合理，可以通过预塔去除釜液中携带的少量二甲醚，防止影响精甲醇产品质量。
（2）若原有三塔精馏装置的甲醇生产企业通过改造联产二甲醚使，采用二甲醚精馏塔釜液进入预塔的方案比较合理。若二甲醚精馏塔釜液进入甲醇回收塔（即常压塔），可能使杂醇油的最佳采出位置发生改变。
（3）新工艺流程中设置了一条从甲醇回收塔主再沸器23壳层出口直接进入二甲醚精馏塔17的付线，可以提高反应系统的压力，使反应系统出来的粗产品回收部分热量后，可以直接通过气相或气液混合进入二甲醚精馏塔。但该方案弊大于利，实际设计中不建议采用。
3.2 新工艺的优点
（1）将二甲醚生产装置与传统甲醇精馏装置有机结合，工艺设计合理、可靠，风险小，适合于大规模生产。目前设计的甲醇三塔精馏装置单套规模已达60～90万吨/年，本工艺可以在成熟的三塔精馏工艺的基础上，实现单套装置40～60万吨/年的二甲醚生产能力。
（2）本工艺只需要一套生产装置，可同时或单独生产二甲醚和（或）精甲醇两种产品，而且可以根据市场需求情况调整两种产品的比例，抗市场风险能力强；
（3）投资省。本装置只需在甲醇精馏装置的基础上，增加二甲醚反应系统（含反应器、进出口换热器和开工加热器等）和二甲醚精馏系统，投资仅为传统甲醇精馏和二甲醚生产装置总投资的60％～70％。也非常适合已有甲醇三塔精馏装置的企业进行改造。
（4）产品生产成本低，运行过程中的能耗低，人员配置明显少于传统工艺。传统工艺需要兴建甲醇精馏和二甲醚两套装置，算上甲醇精馏过程的能耗及甲醇损失，每吨二甲醚的蒸汽消耗为3.0～3.5t，甲醇消耗1.43～1.45t。本工艺以粗甲醇为原料生产气雾剂级二甲醚时，蒸汽消耗仅1.7～2.1t/t二甲醚，消耗粗甲醇折纯1.40～1.41t/t二甲醚，人员配置按一套装置进行配置。因此，单位生产成本中的折旧、能耗、人员工资均低于传统工艺。
（5）可以以粗甲醇为原料，生产气雾剂级产品。传统工艺要生产气雾剂级二甲醚，需要以精甲醇为原料，而本工艺通过预塔对粗甲醇进行预处理，采出初馏物，去除了其中的轻组分杂质；通过甲醇回收塔采出杂醇油，去除了粗甲醇中的重组分杂质；从传统的甲醇三塔精馏经验来看，完全可以保证进入二甲醚反应系统的甲醇蒸汽达到或优于工业级精甲醇标准，从而不仅保证二甲醚产品达到气雾剂级标准，而且减少副反应，延长催化剂的使用寿命。同时，提高产品品质，扩大了产品的应用市场，提高了产品的市场竞争力。
（6）本装置所有塔釜的最高温度≤150℃，仅需要0.7Mpa（表压，170℃）的饱和蒸汽作为热源，而传统工艺（汽化塔）塔釜最高温度达170℃，至少需要1.15Mpa（表压，190℃）的饱和蒸汽作为热源。
4、结论
下面以原料为粗甲醇，二甲醚产品质量达气雾剂级为基准，将本文介绍的新工艺与目前市场上的先进工艺进行比较。
项目 本新工艺（A） 目前两步法工艺（B）
生产方法 甲醇气相脱水 甲醇气相或液相脱水
投资成本 仅一套装置，60％～70％ 甲醇精馏+二甲醚合成两套装置，100％
原料处理 直接以粗甲醇为原料 需先通过甲醇精馏
甲醇消耗（t/tDME） 甲醇仅存在一步损耗，总消耗1.40～1.42 甲醇精馏和二甲醚合成两步损耗，总消耗1.43～1.45
蒸汽消耗（t/tDME） 1.7～2.1 甲醇精馏1.0t/t甲醇，总蒸汽消耗
3.03～3.5
人员配置 仅一套装置配置 需二套装置配置
市场不景气时处理方式 照常运行，全部生产精甲醇 二甲醚装置停车
新工艺以成熟的甲醇三塔精馏技术为依托，将二甲醚合成与甲醇精馏有机的结合起来，具有传统工艺不可比拟的技术和经济优势，投资省、能耗低、技术成熟可靠，非常值得推广