精甲醇和二甲醚聯(lián)產(chǎn)新工藝
作者/來(lái)源:重慶川茂化工科技有限公司 日期:2012-05-22 點(diǎn)擊量:757
1、前言
能源是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要物資基礎。煤炭是我國分布較廣、儲量最多的能源資源，同時(shí)我國也是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國。由于石油和天然氣資源的短缺，我國油氣產(chǎn)量難以大量增加和滿(mǎn)足要求，致使我國成為油氣進(jìn)口大國，這無(wú)疑將威脅到國家的能源和經(jīng)濟安全。根據這一能源形勢和中國經(jīng)濟發(fā)展的巨大需求量，決定了我國能源仍將主要依托煤炭深加工作為主要能源的格局在相當長(cháng)的時(shí)期內不會(huì )改變。
二甲醚（DME）是一種新型的煤基清潔能源，具有替代石油和天然氣產(chǎn)品的潛力。其特性與液化石油氣十分相似，十六烷值高達55以上，燃燒時(shí)無(wú)黑煙，釋放的二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物極少，在室溫下是無(wú)色氣體，在0.6MPa下為液體，無(wú)腐蝕性和致癌性，符合綠色能源的要求。國際上稱(chēng)之為“21世紀潔凈燃料”。
近幾年，我國二甲醚產(chǎn)業(yè)出現了"井噴式"發(fā)展，最終導致產(chǎn)能過(guò)剩，企業(yè)開(kāi)工率較低。2007年底，中國二甲醚產(chǎn)能已快速增長(cháng)至261萬(wàn)噸，是2006年的4倍。2008年仍然是擴產(chǎn)高峰期，總產(chǎn)能達480萬(wàn)噸。至2010年，目前所有在建二甲醚項目投產(chǎn)后，中國二甲醚總產(chǎn)能將超過(guò)850萬(wàn)噸。針對目前的形式，二甲醚產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須解決以下幾個(gè)問(wèn)題：
（1） 完善相關(guān)法律法規，規范銷(xiāo)售市場(chǎng)，為二甲醚正名
國內90%以上的二甲醚都用于與液化石油氣摻混供居民做日常燃料，但難以繼續推廣。主要原因是①大多數混合燃料經(jīng)營(yíng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)不透明，隨意摻混，以石油液化氣的名義和價(jià)格對外銷(xiāo)售，欺騙消費者；②部分不法商販將甲醇等其它化工產(chǎn)品摻入液化氣中，由此帶來(lái)的不良使用效果被不明事理的民眾全部歸罪于二甲醚。因此，當務(wù)之急必須規范二甲醚燃料及混合燃料市場(chǎng)。
（2） 提高產(chǎn)品質(zhì)量，發(fā)展下游產(chǎn)品
二甲醚作為替代能源的發(fā)展對傳統能源的依賴(lài)性過(guò)大使得目前二甲醚市場(chǎng)空間小。
二甲醚可以作為多種化工產(chǎn)品的原料，在精細化工領(lǐng)域也存在一定的市場(chǎng)，但目前大規模的二甲醚生產(chǎn)企業(yè)為了節約成本，大多數采用粗甲醇為原料，使得產(chǎn)品品質(zhì)只能達到燃料級，不能應用于精細化工及下游產(chǎn)品領(lǐng)域。因此，我們在大力發(fā)展下游產(chǎn)品的同時(shí)，必須提高二甲醚自身的產(chǎn)品質(zhì)量。
（3） 改良生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本，提高競爭力
二甲醚目前主要作為民用和車(chē)用替代燃料，既然是“替代”產(chǎn)品，就是為競爭而生，因此，必須不斷的改良現有工藝或開(kāi)發(fā)新工藝，降低生產(chǎn)成本，不僅要提高本企業(yè)與兄弟企業(yè)的競爭力，而且要在與液化氣、柴油等產(chǎn)品相同能效的前提下，體現出更大的價(jià)格優(yōu)勢。
2、主要生產(chǎn)方法
2.1目前主要生產(chǎn)方法
目前生產(chǎn)二甲醚主要有兩種方法，一是用合成氣直接合成，亦稱(chēng)一步法；二是用甲醇脫水制取，即通常所稱(chēng)的二步法。
通過(guò)對反應機理研究表明，由合成氣合成二甲醚（DME）同樣經(jīng)歷“合成氣制甲醇”與“甲醇脫水”兩個(gè)反應。人們把兩個(gè)反應在同一反應器中進(jìn)行的過(guò)程稱(chēng)為“直接法（一步法）”，而將先合成甲醇然后經(jīng)甲醇脫水生產(chǎn)二甲醚的工藝過(guò)程稱(chēng)為“間接法（二步法）。
二步法是甲醇在催化劑作用下脫水制取二甲醚，反應式如下：
2CH3OH CH3OCH3+ H2O + 23.4 kJ
二步法生產(chǎn)工藝又分為液相法和氣固相法。
2.2 目前生產(chǎn)工藝存在的缺陷
（1） 一步法
“直接法”在反應上的優(yōu)越性早已得到公認。但是與兩步法相比，產(chǎn)品單一，抗市場(chǎng)風(fēng)險能力差。目前二甲醚作為替代能源的發(fā)展對傳統能源的依賴(lài)性過(guò)大，當傳統能源價(jià)格下跌，二甲醚市場(chǎng)萎縮時(shí)，對生產(chǎn)企業(yè)的影響非常大。
（2） 二步法
二步法是目前大規模生產(chǎn)的首選方法，工藝比較成熟。但目前大規模的二甲醚生產(chǎn)在選擇該方法是總是考慮一個(gè)問(wèn)題：到底是以粗甲醇還是精甲醇為原料。就目前的生產(chǎn)工藝來(lái)說(shuō)，各自存在如下缺點(diǎn)：
以粗甲醇為原料時(shí)：
①粗甲醇中的雜質(zhì)與甲醇一同進(jìn)入反應系統，雜質(zhì)也會(huì )與甲醇發(fā)生脫水反應，造成單位二甲醚產(chǎn)品的甲醇消耗量增加；
②粗甲醇中的雜質(zhì)進(jìn)入反應系統，副反應增加，不僅使催化劑的使用壽命縮短，且影響二甲醚產(chǎn)品的質(zhì)量。實(shí)踐證明，以粗甲醇為原料時(shí)，二甲醚產(chǎn)品大多只能達到燃料級；
③進(jìn)入反應系統的水分增加，增加了全系統的能耗；
④甲醇生產(chǎn)企業(yè)以粗甲醇為原料生產(chǎn)二甲醚時(shí)，若不建精餾裝置，當二甲醚市場(chǎng)需求下降時(shí)，勢必造成粗醇庫存積壓，銷(xiāo)售困難，最終只能降低甲醇合成的生產(chǎn)負荷；若建甲醇精餾裝置，當二甲醚裝置滿(mǎn)負荷運行時(shí)，甲醇精餾裝置必須停車(chē)，造成人力物力閑置。
以精甲醇為原料時(shí)：
①需要建甲醇精餾和二甲醚合成兩套裝置，投資和生產(chǎn)成本均較大。
②二甲醚產(chǎn)品的單位能耗高。以蒸汽消耗為例，若粗甲醇采用三塔精餾，每噸精甲醇消耗蒸汽1.1噸，二甲醚系統每噸二甲醚消耗蒸汽1.6噸，最終每噸二甲醚的蒸汽消耗為1.1×1.42+1.6＝3.16噸。
③由于甲醇精餾和二甲醚合成均存在甲醇損耗，最終單位二甲醚產(chǎn)品的甲醇消耗增加。若甲醇精餾系統的甲醇回收率為99％，二甲醚系統每噸二甲醚的甲醇消耗為1.42t，則二甲醚產(chǎn)品最終的甲醇消耗為1.435t/t。
總之，以精甲醇為原料生產(chǎn)二甲醚的成本太高，不適合大規模生產(chǎn)。
3、一種二甲醚生產(chǎn)新工藝
鑒于傳統工藝存在的缺陷，本文介紹的二甲醚生產(chǎn)新工藝將甲醇精餾與二甲醚合成有機的結合起來(lái)，采用一套裝置，以粗甲醇為原料，可以單產(chǎn)或聯(lián)產(chǎn)精甲醇或（和）二甲醚。工藝流程如圖1。
圖1中各編號的意義為：1-預塔進(jìn)料泵、2-原料預熱器、3-預塔、4-預塔冷凝器、5-預塔回流罐、6-預塔回流泵、7-預塔再沸器、8-汽化塔進(jìn)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-粗產(chǎn)品冷凝器、14-粗產(chǎn)品收集槽、15-粗產(chǎn)品進(jìn)料泵、16-粗產(chǎn)品預熱器、17-二甲醚精餾塔、18-二甲醚精餾塔冷凝器、19-二甲醚回流罐、20-二甲醚回流泵、21-二甲醚精餾塔再沸器、22-二甲醚側線(xiàn)冷卻器、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-甲醇回收塔輔助再沸器、28-二甲醚反應系統（含反應器、進(jìn)出口換熱器和開(kāi)工加熱器等）。
KX為關(guān)鍵控制閥門(mén)。
3.1 流程簡(jiǎn)述
（1）通過(guò)本新工藝以粗甲醇為原料生產(chǎn)二甲醚
關(guān)閉閥門(mén)K2、K5、K6、K9、K11、K12、K13、K15、K16、K17；打開(kāi)K1、K3、K4、K7、K8、K10、K14、K19；當需要采出氣霧劑級二甲醚時(shí)打開(kāi)閥門(mén)K18。
由合成車(chē)間或罐區來(lái)的原料粗甲醇，加入稀堿液調pH至8，經(jīng)預塔進(jìn)料泵1加壓和在原料預熱器2中采用系統蒸汽冷凝水預熱后進(jìn)入預塔3。二甲醚精餾塔17底部出來(lái)的釜液由預塔的中下部進(jìn)料口進(jìn)入預塔3。在預塔3內汽化的甲醇蒸汽由塔頂的蒸汽出口進(jìn)入預塔塔頂冷凝器4用循環(huán)冷卻水冷卻，被冷凝成液相的物料進(jìn)入預塔回流罐5，未冷凝的不凝氣進(jìn)入尾凝器冷卻到45℃后送出界外去鍋爐燃燒。在預塔回流罐5中加入少量的軟水進(jìn)行充分萃取，從預塔回流罐5的上部采出不溶于水的初餾物，下部的甲醇水溶液送入預塔3內回流，預塔3釜液由汽化塔中部進(jìn)料口進(jìn)入汽化塔9。預塔3為常壓操作，預塔再沸器7以0.7MPa（表壓）低壓蒸汽作為熱源。
由預塔3塔底出來(lái)的預后甲醇，經(jīng)汽化塔進(jìn)料泵8送入汽化塔9。汽化塔9的操作壓力為0.7～1.1MPa（表壓），以回收塔回流罐25來(lái)的回收甲醇作為回流，以0.7MPa（表壓）低壓蒸汽為汽化塔再沸器10熱源。從汽化塔9頂出來(lái)的甲醇蒸汽進(jìn)入二甲醚反應系統。汽化塔9底部排出的釜液通過(guò)壓差由甲醇回收塔23的中部進(jìn)料口進(jìn)入甲醇回收塔23。
由汽化塔9頂部來(lái)的甲醇蒸汽先經(jīng)反應器進(jìn)出口換熱器預熱后進(jìn)入二甲醚合成反應器，在脫水催化劑的作用下甲醇蒸汽氣相脫水生成二甲醚，甲醇轉化率為75％～85％，反應系統的操作壓力為0.7～1.1MPa（表壓）。
由二甲醚反應系統28出來(lái)的高溫氣相粗產(chǎn)品進(jìn)入甲醇回收塔主再沸器12，為甲醇回收塔23提供再沸熱源。由甲醇回收塔主再沸器12出來(lái)的粗產(chǎn)品進(jìn)入粗產(chǎn)品冷凝器13中，采用循環(huán)冷卻水冷卻后進(jìn)入粗產(chǎn)品收集槽14。脫水反應過(guò)程中由于副反應產(chǎn)生的不凝性氣體由粗產(chǎn)品收集槽14的放空口放空去尾氣吸收塔。
由粗產(chǎn)品收集槽14出來(lái)的粗產(chǎn)品經(jīng)粗產(chǎn)品進(jìn)料泵15送入二甲醚精餾塔17中部入口。二甲醚精餾塔17操作壓力0.8～1.1MPa（表壓），采用0.7MPa（表壓）低壓蒸汽作為再沸器21的熱源。從二甲醚精餾塔17塔頂出來(lái)的二甲醚蒸汽進(jìn)入二甲醚精餾塔塔頂冷凝器18，采用循環(huán)冷卻水將其冷凝后進(jìn)入二甲醚回流罐19，少量不凝性輕組分由二甲醚中間槽放空管路上的壓力控制調節閥放空去尾氣吸收塔。由二甲醚回流罐19出來(lái)的二甲醚產(chǎn)品經(jīng)二甲醚回流泵20加壓后一部分用作二甲醚精餾塔17回流，其余作為產(chǎn)品采出去二甲醚儲罐，二甲醚精餾塔17的精餾段還設置有側線(xiàn)采出口，用于采出氣霧劑級二甲醚產(chǎn)品。
二甲醚精餾塔17底部出來(lái)的物料可以通過(guò)壓差，單獨或同時(shí)去預塔3、汽化塔9或（和）甲醇回收塔23。
由汽化塔9底部來(lái)的釜液為甲醇、水和由粗甲醇帶入系統的高沸物組成的混合物，通過(guò)汽化塔9與甲醇回收塔23之間的操作壓差由甲醇回收塔的中部進(jìn)料口進(jìn)入甲醇回收塔23。
甲醇回收塔23的操作壓力為常壓，設置主再沸器12和輔助再沸器27，主再沸器12由反應系統出來(lái)的高溫氣相粗產(chǎn)品提供熱量，不足的熱量由進(jìn)入輔助再沸器27的0.7MPa（表壓）低壓蒸汽作為補充。甲醇回收塔23塔頂出來(lái)的甲醇蒸汽進(jìn)入甲醇回收塔塔頂冷凝器24，經(jīng)循環(huán)冷卻水冷凝后進(jìn)入回收塔回流罐25，回收塔回流罐25出來(lái)的回收甲醇一部分經(jīng)回收塔回流泵26送入甲醇回收塔23回流，其余部分經(jīng)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提留段的側線(xiàn)雜醇油采出口采出送界外，甲醇回收塔23排出的廢水排出界外。
（2）以粗甲醇為原料同時(shí)生產(chǎn)二甲醚和精甲醇。
與（1）相同的部分不再敘述，打開(kāi)精甲醇采出閥K16。
與傳統三塔精餾調節加壓塔和常壓塔產(chǎn)品采出比例的方式相似，減少汽化塔9頂去二甲醚反應系統28的甲醇蒸汽量，使更多的甲醇由汽化塔9的底部通過(guò)壓差進(jìn)入甲醇回收塔23，由甲醇回收塔回流泵26的出口處采出部分精甲醇去罐區。也可以從汽化塔9頂部側線(xiàn)采出部分精甲醇產(chǎn)品。
（3）以粗甲醇為原料全部生產(chǎn)精甲醇。
關(guān)閉閥門(mén)K2、K4、K5、K7、K8、K10、K13、K14、K15，打開(kāi)K1、K3、K6、K9、K11、K12、K16。停二甲醚反應系統28及二甲醚精餾系統。汽化塔9相當于三塔精餾中的加壓塔，甲醇回收塔23相當于三塔精餾的常壓塔。
由合成車(chē)間來(lái)的粗甲醇，加入濃度為2％的稀堿液中和后，經(jīng)預塔進(jìn)料泵1加壓，經(jīng)原料預熱器2采用系統蒸汽冷凝水預熱后進(jìn)入預塔3。由預塔3頂出來(lái)的蒸汽用循環(huán)冷卻水冷卻，冷凝下來(lái)的液相物料進(jìn)入預塔回流罐5，未冷凝的不凝氣進(jìn)入尾凝器冷卻到45℃后送出界外去鍋爐燃燒。向預塔回流罐5中加入約進(jìn)料量6％～15％的軟水，采出上層初餾物去初餾物儲槽，下層以水和甲醇為主的混合物由預塔回流泵6打入預塔3回流，回流比0.8。預塔3底部出來(lái)的預后甲醇去汽化塔9。預塔3為常壓操作，再沸器7以0.6MPa低壓蒸汽作為熱源。
由預塔3底排出的預后甲醇，經(jīng)汽化塔進(jìn)料泵8由汽化塔中部進(jìn)料口送入汽化塔9。汽化塔9操作壓力0.57MPa，以0.6MPa低壓蒸汽作為再沸器10的熱源。由汽化塔9塔頂出來(lái)的甲醇蒸汽溫度122℃，甲醇純度≥99.85％，進(jìn)入甲醇回收塔主再沸器12為甲醇回收塔23提供熱量，冷凝后的甲醇一部分用于汽化塔9回流，其余作為精甲醇產(chǎn)品采出。
由汽化塔9塔釜出來(lái)的釜液約127℃，由壓差進(jìn)入甲醇回收塔23。甲醇回收塔23的操作壓力為常壓，以汽化塔9頂出來(lái)的甲醇蒸汽作為再沸器12的熱源。由甲醇回收塔23頂出來(lái)的甲醇蒸汽溫度約65℃，甲醇純度≥99.85％，進(jìn)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，其余作為精甲醇產(chǎn)品采出。
由甲醇回收塔23的雜醇油采出口采出粗甲醇中的重組分雜質(zhì)，含甲醇≤0.05％的精餾廢水由甲醇回收塔23塔釜排出界外。
工藝說(shuō)明：
（1）新工藝中二甲醚精餾塔釜液可以同時(shí)或單獨去預塔3、汽化塔9、甲醇回收塔23，當裝置單獨生產(chǎn)二甲醚使，若粗甲醇質(zhì)量較好，不經(jīng)過(guò)預塔3預處理，這時(shí)二甲醚精餾塔釜液去甲醇回收塔23比較合理。若需要同時(shí)生產(chǎn)精甲醇和二甲醚，則二甲醚精餾塔釜液去預塔比較合理，可以通過(guò)預塔去除釜液中攜帶的少量二甲醚，防止影響精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量。
（2）若原有三塔精餾裝置的甲醇生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)改造聯(lián)產(chǎn)二甲醚使，采用二甲醚精餾塔釜液進(jìn)入預塔的方案比較合理。若二甲醚精餾塔釜液進(jìn)入甲醇回收塔（即常壓塔），可能使雜醇油的最佳采出位置發(fā)生改變。
（3）新工藝流程中設置了一條從甲醇回收塔主再沸器23殼層出口直接進(jìn)入二甲醚精餾塔17的付線(xiàn)，可以提高反應系統的壓力，使反應系統出來(lái)的粗產(chǎn)品回收部分熱量后，可以直接通過(guò)氣相或氣液混合進(jìn)入二甲醚精餾塔。但該方案弊大于利，實(shí)際設計中不建議采用。
3.2 新工藝的優(yōu)點(diǎn)
（1）將二甲醚生產(chǎn)裝置與傳統甲醇精餾裝置有機結合，工藝設計合理、可靠，風(fēng)險小，適合于大規模生產(chǎn)。目前設計的甲醇三塔精餾裝置單套規模已達60～90萬(wàn)噸/年，本工藝可以在成熟的三塔精餾工藝的基礎上，實(shí)現單套裝置40～60萬(wàn)噸/年的二甲醚生產(chǎn)能力。
（2）本工藝只需要一套生產(chǎn)裝置，可同時(shí)或單獨生產(chǎn)二甲醚和（或）精甲醇兩種產(chǎn)品，而且可以根據市場(chǎng)需求情況調整兩種產(chǎn)品的比例，抗市場(chǎng)風(fēng)險能力強；
（3）投資省。本裝置只需在甲醇精餾裝置的基礎上，增加二甲醚反應系統（含反應器、進(jìn)出口換熱器和開(kāi)工加熱器等）和二甲醚精餾系統，投資僅為傳統甲醇精餾和二甲醚生產(chǎn)裝置總投資的60％～70％。也非常適合已有甲醇三塔精餾裝置的企業(yè)進(jìn)行改造。
（4）產(chǎn)品生產(chǎn)成本低，運行過(guò)程中的能耗低，人員配置明顯少于傳統工藝。傳統工藝需要興建甲醇精餾和二甲醚兩套裝置，算上甲醇精餾過(guò)程的能耗及甲醇損失，每噸二甲醚的蒸汽消耗為3.0～3.5t，甲醇消耗1.43～1.45t。本工藝以粗甲醇為原料生產(chǎn)氣霧劑級二甲醚時(shí)，蒸汽消耗僅1.7～2.1t/t二甲醚，消耗粗甲醇折純1.40～1.41t/t二甲醚，人員配置按一套裝置進(jìn)行配置。因此，單位生產(chǎn)成本中的折舊、能耗、人員工資均低于傳統工藝。
（5）可以以粗甲醇為原料，生產(chǎn)氣霧劑級產(chǎn)品。傳統工藝要生產(chǎn)氣霧劑級二甲醚，需要以精甲醇為原料，而本工藝通過(guò)預塔對粗甲醇進(jìn)行預處理，采出初餾物，去除了其中的輕組分雜質(zhì)；通過(guò)甲醇回收塔采出雜醇油，去除了粗甲醇中的重組分雜質(zhì)；從傳統的甲醇三塔精餾經(jīng)驗來(lái)看，完全可以保證進(jìn)入二甲醚反應系統的甲醇蒸汽達到或優(yōu)于工業(yè)級精甲醇標準，從而不僅保證二甲醚產(chǎn)品達到氣霧劑級標準，而且減少副反應，延長(cháng)催化劑的使用壽命。同時(shí)，提高產(chǎn)品品質(zhì)，擴大了產(chǎn)品的應用市場(chǎng)，提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力。
（6）本裝置所有塔釜的最高溫度≤150℃，僅需要0.7Mpa（表壓，170℃）的飽和蒸汽作為熱源，而傳統工藝（汽化塔）塔釜最高溫度達170℃，至少需要1.15Mpa（表壓，190℃）的飽和蒸汽作為熱源。
4、結論
下面以原料為粗甲醇，二甲醚產(chǎn)品質(zhì)量達氣霧劑級為基準，將本文介紹的新工藝與目前市場(chǎng)上的先進(jìn)工藝進(jìn)行比較。
項目 本新工藝（A） 目前兩步法工藝（B）
生產(chǎn)方法 甲醇氣相脫水 甲醇氣相或液相脫水
投資成本 僅一套裝置，60％～70％ 甲醇精餾+二甲醚合成兩套裝置，100％
原料處理 直接以粗甲醇為原料 需先通過(guò)甲醇精餾
甲醇消耗（t/tDME） 甲醇僅存在一步損耗，總消耗1.40～1.42 甲醇精餾和二甲醚合成兩步損耗，總消耗1.43～1.45
蒸汽消耗（t/tDME） 1.7～2.1 甲醇精餾1.0t/t甲醇，總蒸汽消耗
3.03～3.5
人員配置 僅一套裝置配置 需二套裝置配置
市場(chǎng)不景氣時(shí)處理方式 照常運行，全部生產(chǎn)精甲醇 二甲醚裝置停車(chē)
新工藝以成熟的甲醇三塔精餾技術(shù)為依托，將二甲醚合成與甲醇精餾有機的結合起來(lái)，具有傳統工藝不可比擬的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢，投資省、能耗低、技術(shù)成熟可靠，非常值得推廣
能源是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要物資基礎。煤炭是我國分布較廣、儲量最多的能源資源，同時(shí)我國也是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國。由于石油和天然氣資源的短缺，我國油氣產(chǎn)量難以大量增加和滿(mǎn)足要求，致使我國成為油氣進(jìn)口大國，這無(wú)疑將威脅到國家的能源和經(jīng)濟安全。根據這一能源形勢和中國經(jīng)濟發(fā)展的巨大需求量，決定了我國能源仍將主要依托煤炭深加工作為主要能源的格局在相當長(cháng)的時(shí)期內不會(huì )改變。
二甲醚（DME）是一種新型的煤基清潔能源，具有替代石油和天然氣產(chǎn)品的潛力。其特性與液化石油氣十分相似，十六烷值高達55以上，燃燒時(shí)無(wú)黑煙，釋放的二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物極少，在室溫下是無(wú)色氣體，在0.6MPa下為液體，無(wú)腐蝕性和致癌性，符合綠色能源的要求。國際上稱(chēng)之為“21世紀潔凈燃料”。
近幾年，我國二甲醚產(chǎn)業(yè)出現了"井噴式"發(fā)展，最終導致產(chǎn)能過(guò)剩，企業(yè)開(kāi)工率較低。2007年底，中國二甲醚產(chǎn)能已快速增長(cháng)至261萬(wàn)噸，是2006年的4倍。2008年仍然是擴產(chǎn)高峰期，總產(chǎn)能達480萬(wàn)噸。至2010年，目前所有在建二甲醚項目投產(chǎn)后，中國二甲醚總產(chǎn)能將超過(guò)850萬(wàn)噸。針對目前的形式，二甲醚產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須解決以下幾個(gè)問(wèn)題：
（1） 完善相關(guān)法律法規，規范銷(xiāo)售市場(chǎng)，為二甲醚正名
國內90%以上的二甲醚都用于與液化石油氣摻混供居民做日常燃料，但難以繼續推廣。主要原因是①大多數混合燃料經(jīng)營(yíng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)不透明，隨意摻混，以石油液化氣的名義和價(jià)格對外銷(xiāo)售，欺騙消費者；②部分不法商販將甲醇等其它化工產(chǎn)品摻入液化氣中，由此帶來(lái)的不良使用效果被不明事理的民眾全部歸罪于二甲醚。因此，當務(wù)之急必須規范二甲醚燃料及混合燃料市場(chǎng)。
（2） 提高產(chǎn)品質(zhì)量，發(fā)展下游產(chǎn)品
二甲醚作為替代能源的發(fā)展對傳統能源的依賴(lài)性過(guò)大使得目前二甲醚市場(chǎng)空間小。
二甲醚可以作為多種化工產(chǎn)品的原料，在精細化工領(lǐng)域也存在一定的市場(chǎng)，但目前大規模的二甲醚生產(chǎn)企業(yè)為了節約成本，大多數采用粗甲醇為原料，使得產(chǎn)品品質(zhì)只能達到燃料級，不能應用于精細化工及下游產(chǎn)品領(lǐng)域。因此，我們在大力發(fā)展下游產(chǎn)品的同時(shí)，必須提高二甲醚自身的產(chǎn)品質(zhì)量。
（3） 改良生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本，提高競爭力
二甲醚目前主要作為民用和車(chē)用替代燃料，既然是“替代”產(chǎn)品，就是為競爭而生，因此，必須不斷的改良現有工藝或開(kāi)發(fā)新工藝，降低生產(chǎn)成本，不僅要提高本企業(yè)與兄弟企業(yè)的競爭力，而且要在與液化氣、柴油等產(chǎn)品相同能效的前提下，體現出更大的價(jià)格優(yōu)勢。
2、主要生產(chǎn)方法
2.1目前主要生產(chǎn)方法
目前生產(chǎn)二甲醚主要有兩種方法，一是用合成氣直接合成，亦稱(chēng)一步法；二是用甲醇脫水制取，即通常所稱(chēng)的二步法。
通過(guò)對反應機理研究表明，由合成氣合成二甲醚（DME）同樣經(jīng)歷“合成氣制甲醇”與“甲醇脫水”兩個(gè)反應。人們把兩個(gè)反應在同一反應器中進(jìn)行的過(guò)程稱(chēng)為“直接法（一步法）”，而將先合成甲醇然后經(jīng)甲醇脫水生產(chǎn)二甲醚的工藝過(guò)程稱(chēng)為“間接法（二步法）。
二步法是甲醇在催化劑作用下脫水制取二甲醚，反應式如下：
2CH3OH CH3OCH3+ H2O + 23.4 kJ
二步法生產(chǎn)工藝又分為液相法和氣固相法。
2.2 目前生產(chǎn)工藝存在的缺陷
（1） 一步法
“直接法”在反應上的優(yōu)越性早已得到公認。但是與兩步法相比，產(chǎn)品單一，抗市場(chǎng)風(fēng)險能力差。目前二甲醚作為替代能源的發(fā)展對傳統能源的依賴(lài)性過(guò)大，當傳統能源價(jià)格下跌，二甲醚市場(chǎng)萎縮時(shí)，對生產(chǎn)企業(yè)的影響非常大。
（2） 二步法
二步法是目前大規模生產(chǎn)的首選方法，工藝比較成熟。但目前大規模的二甲醚生產(chǎn)在選擇該方法是總是考慮一個(gè)問(wèn)題：到底是以粗甲醇還是精甲醇為原料。就目前的生產(chǎn)工藝來(lái)說(shuō)，各自存在如下缺點(diǎn)：
以粗甲醇為原料時(shí)：
①粗甲醇中的雜質(zhì)與甲醇一同進(jìn)入反應系統，雜質(zhì)也會(huì )與甲醇發(fā)生脫水反應，造成單位二甲醚產(chǎn)品的甲醇消耗量增加；
②粗甲醇中的雜質(zhì)進(jìn)入反應系統，副反應增加，不僅使催化劑的使用壽命縮短，且影響二甲醚產(chǎn)品的質(zhì)量。實(shí)踐證明，以粗甲醇為原料時(shí)，二甲醚產(chǎn)品大多只能達到燃料級；
③進(jìn)入反應系統的水分增加，增加了全系統的能耗；
④甲醇生產(chǎn)企業(yè)以粗甲醇為原料生產(chǎn)二甲醚時(shí)，若不建精餾裝置，當二甲醚市場(chǎng)需求下降時(shí)，勢必造成粗醇庫存積壓，銷(xiāo)售困難，最終只能降低甲醇合成的生產(chǎn)負荷；若建甲醇精餾裝置，當二甲醚裝置滿(mǎn)負荷運行時(shí)，甲醇精餾裝置必須停車(chē)，造成人力物力閑置。
以精甲醇為原料時(shí)：
①需要建甲醇精餾和二甲醚合成兩套裝置，投資和生產(chǎn)成本均較大。
②二甲醚產(chǎn)品的單位能耗高。以蒸汽消耗為例，若粗甲醇采用三塔精餾，每噸精甲醇消耗蒸汽1.1噸，二甲醚系統每噸二甲醚消耗蒸汽1.6噸，最終每噸二甲醚的蒸汽消耗為1.1×1.42+1.6＝3.16噸。
③由于甲醇精餾和二甲醚合成均存在甲醇損耗，最終單位二甲醚產(chǎn)品的甲醇消耗增加。若甲醇精餾系統的甲醇回收率為99％，二甲醚系統每噸二甲醚的甲醇消耗為1.42t，則二甲醚產(chǎn)品最終的甲醇消耗為1.435t/t。
總之，以精甲醇為原料生產(chǎn)二甲醚的成本太高，不適合大規模生產(chǎn)。
3、一種二甲醚生產(chǎn)新工藝
鑒于傳統工藝存在的缺陷，本文介紹的二甲醚生產(chǎn)新工藝將甲醇精餾與二甲醚合成有機的結合起來(lái)，采用一套裝置，以粗甲醇為原料，可以單產(chǎn)或聯(lián)產(chǎn)精甲醇或（和）二甲醚。工藝流程如圖1。
圖1中各編號的意義為：1-預塔進(jìn)料泵、2-原料預熱器、3-預塔、4-預塔冷凝器、5-預塔回流罐、6-預塔回流泵、7-預塔再沸器、8-汽化塔進(jìn)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-粗產(chǎn)品冷凝器、14-粗產(chǎn)品收集槽、15-粗產(chǎn)品進(jìn)料泵、16-粗產(chǎn)品預熱器、17-二甲醚精餾塔、18-二甲醚精餾塔冷凝器、19-二甲醚回流罐、20-二甲醚回流泵、21-二甲醚精餾塔再沸器、22-二甲醚側線(xiàn)冷卻器、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-甲醇回收塔輔助再沸器、28-二甲醚反應系統（含反應器、進(jìn)出口換熱器和開(kāi)工加熱器等）。
KX為關(guān)鍵控制閥門(mén)。
3.1 流程簡(jiǎn)述
（1）通過(guò)本新工藝以粗甲醇為原料生產(chǎn)二甲醚
關(guān)閉閥門(mén)K2、K5、K6、K9、K11、K12、K13、K15、K16、K17；打開(kāi)K1、K3、K4、K7、K8、K10、K14、K19；當需要采出氣霧劑級二甲醚時(shí)打開(kāi)閥門(mén)K18。
由合成車(chē)間或罐區來(lái)的原料粗甲醇，加入稀堿液調pH至8，經(jīng)預塔進(jìn)料泵1加壓和在原料預熱器2中采用系統蒸汽冷凝水預熱后進(jìn)入預塔3。二甲醚精餾塔17底部出來(lái)的釜液由預塔的中下部進(jìn)料口進(jìn)入預塔3。在預塔3內汽化的甲醇蒸汽由塔頂的蒸汽出口進(jìn)入預塔塔頂冷凝器4用循環(huán)冷卻水冷卻，被冷凝成液相的物料進(jìn)入預塔回流罐5，未冷凝的不凝氣進(jìn)入尾凝器冷卻到45℃后送出界外去鍋爐燃燒。在預塔回流罐5中加入少量的軟水進(jìn)行充分萃取，從預塔回流罐5的上部采出不溶于水的初餾物，下部的甲醇水溶液送入預塔3內回流，預塔3釜液由汽化塔中部進(jìn)料口進(jìn)入汽化塔9。預塔3為常壓操作，預塔再沸器7以0.7MPa（表壓）低壓蒸汽作為熱源。
由預塔3塔底出來(lái)的預后甲醇，經(jīng)汽化塔進(jìn)料泵8送入汽化塔9。汽化塔9的操作壓力為0.7～1.1MPa（表壓），以回收塔回流罐25來(lái)的回收甲醇作為回流，以0.7MPa（表壓）低壓蒸汽為汽化塔再沸器10熱源。從汽化塔9頂出來(lái)的甲醇蒸汽進(jìn)入二甲醚反應系統。汽化塔9底部排出的釜液通過(guò)壓差由甲醇回收塔23的中部進(jìn)料口進(jìn)入甲醇回收塔23。
由汽化塔9頂部來(lái)的甲醇蒸汽先經(jīng)反應器進(jìn)出口換熱器預熱后進(jìn)入二甲醚合成反應器，在脫水催化劑的作用下甲醇蒸汽氣相脫水生成二甲醚，甲醇轉化率為75％～85％，反應系統的操作壓力為0.7～1.1MPa（表壓）。
由二甲醚反應系統28出來(lái)的高溫氣相粗產(chǎn)品進(jìn)入甲醇回收塔主再沸器12，為甲醇回收塔23提供再沸熱源。由甲醇回收塔主再沸器12出來(lái)的粗產(chǎn)品進(jìn)入粗產(chǎn)品冷凝器13中，采用循環(huán)冷卻水冷卻后進(jìn)入粗產(chǎn)品收集槽14。脫水反應過(guò)程中由于副反應產(chǎn)生的不凝性氣體由粗產(chǎn)品收集槽14的放空口放空去尾氣吸收塔。
由粗產(chǎn)品收集槽14出來(lái)的粗產(chǎn)品經(jīng)粗產(chǎn)品進(jìn)料泵15送入二甲醚精餾塔17中部入口。二甲醚精餾塔17操作壓力0.8～1.1MPa（表壓），采用0.7MPa（表壓）低壓蒸汽作為再沸器21的熱源。從二甲醚精餾塔17塔頂出來(lái)的二甲醚蒸汽進(jìn)入二甲醚精餾塔塔頂冷凝器18，采用循環(huán)冷卻水將其冷凝后進(jìn)入二甲醚回流罐19，少量不凝性輕組分由二甲醚中間槽放空管路上的壓力控制調節閥放空去尾氣吸收塔。由二甲醚回流罐19出來(lái)的二甲醚產(chǎn)品經(jīng)二甲醚回流泵20加壓后一部分用作二甲醚精餾塔17回流，其余作為產(chǎn)品采出去二甲醚儲罐，二甲醚精餾塔17的精餾段還設置有側線(xiàn)采出口，用于采出氣霧劑級二甲醚產(chǎn)品。
二甲醚精餾塔17底部出來(lái)的物料可以通過(guò)壓差，單獨或同時(shí)去預塔3、汽化塔9或（和）甲醇回收塔23。
由汽化塔9底部來(lái)的釜液為甲醇、水和由粗甲醇帶入系統的高沸物組成的混合物，通過(guò)汽化塔9與甲醇回收塔23之間的操作壓差由甲醇回收塔的中部進(jìn)料口進(jìn)入甲醇回收塔23。
甲醇回收塔23的操作壓力為常壓，設置主再沸器12和輔助再沸器27，主再沸器12由反應系統出來(lái)的高溫氣相粗產(chǎn)品提供熱量，不足的熱量由進(jìn)入輔助再沸器27的0.7MPa（表壓）低壓蒸汽作為補充。甲醇回收塔23塔頂出來(lái)的甲醇蒸汽進(jìn)入甲醇回收塔塔頂冷凝器24，經(jīng)循環(huán)冷卻水冷凝后進(jìn)入回收塔回流罐25，回收塔回流罐25出來(lái)的回收甲醇一部分經(jīng)回收塔回流泵26送入甲醇回收塔23回流，其余部分經(jīng)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提留段的側線(xiàn)雜醇油采出口采出送界外，甲醇回收塔23排出的廢水排出界外。
（2）以粗甲醇為原料同時(shí)生產(chǎn)二甲醚和精甲醇。
與（1）相同的部分不再敘述，打開(kāi)精甲醇采出閥K16。
與傳統三塔精餾調節加壓塔和常壓塔產(chǎn)品采出比例的方式相似，減少汽化塔9頂去二甲醚反應系統28的甲醇蒸汽量，使更多的甲醇由汽化塔9的底部通過(guò)壓差進(jìn)入甲醇回收塔23，由甲醇回收塔回流泵26的出口處采出部分精甲醇去罐區。也可以從汽化塔9頂部側線(xiàn)采出部分精甲醇產(chǎn)品。
（3）以粗甲醇為原料全部生產(chǎn)精甲醇。
關(guān)閉閥門(mén)K2、K4、K5、K7、K8、K10、K13、K14、K15，打開(kāi)K1、K3、K6、K9、K11、K12、K16。停二甲醚反應系統28及二甲醚精餾系統。汽化塔9相當于三塔精餾中的加壓塔，甲醇回收塔23相當于三塔精餾的常壓塔。
由合成車(chē)間來(lái)的粗甲醇，加入濃度為2％的稀堿液中和后，經(jīng)預塔進(jìn)料泵1加壓，經(jīng)原料預熱器2采用系統蒸汽冷凝水預熱后進(jìn)入預塔3。由預塔3頂出來(lái)的蒸汽用循環(huán)冷卻水冷卻，冷凝下來(lái)的液相物料進(jìn)入預塔回流罐5，未冷凝的不凝氣進(jìn)入尾凝器冷卻到45℃后送出界外去鍋爐燃燒。向預塔回流罐5中加入約進(jìn)料量6％～15％的軟水，采出上層初餾物去初餾物儲槽，下層以水和甲醇為主的混合物由預塔回流泵6打入預塔3回流，回流比0.8。預塔3底部出來(lái)的預后甲醇去汽化塔9。預塔3為常壓操作，再沸器7以0.6MPa低壓蒸汽作為熱源。
由預塔3底排出的預后甲醇，經(jīng)汽化塔進(jìn)料泵8由汽化塔中部進(jìn)料口送入汽化塔9。汽化塔9操作壓力0.57MPa，以0.6MPa低壓蒸汽作為再沸器10的熱源。由汽化塔9塔頂出來(lái)的甲醇蒸汽溫度122℃，甲醇純度≥99.85％，進(jìn)入甲醇回收塔主再沸器12為甲醇回收塔23提供熱量，冷凝后的甲醇一部分用于汽化塔9回流，其余作為精甲醇產(chǎn)品采出。
由汽化塔9塔釜出來(lái)的釜液約127℃，由壓差進(jìn)入甲醇回收塔23。甲醇回收塔23的操作壓力為常壓，以汽化塔9頂出來(lái)的甲醇蒸汽作為再沸器12的熱源。由甲醇回收塔23頂出來(lái)的甲醇蒸汽溫度約65℃，甲醇純度≥99.85％，進(jìn)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，其余作為精甲醇產(chǎn)品采出。
由甲醇回收塔23的雜醇油采出口采出粗甲醇中的重組分雜質(zhì)，含甲醇≤0.05％的精餾廢水由甲醇回收塔23塔釜排出界外。
工藝說(shuō)明：
（1）新工藝中二甲醚精餾塔釜液可以同時(shí)或單獨去預塔3、汽化塔9、甲醇回收塔23，當裝置單獨生產(chǎn)二甲醚使，若粗甲醇質(zhì)量較好，不經(jīng)過(guò)預塔3預處理，這時(shí)二甲醚精餾塔釜液去甲醇回收塔23比較合理。若需要同時(shí)生產(chǎn)精甲醇和二甲醚，則二甲醚精餾塔釜液去預塔比較合理，可以通過(guò)預塔去除釜液中攜帶的少量二甲醚，防止影響精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量。
（2）若原有三塔精餾裝置的甲醇生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)改造聯(lián)產(chǎn)二甲醚使，采用二甲醚精餾塔釜液進(jìn)入預塔的方案比較合理。若二甲醚精餾塔釜液進(jìn)入甲醇回收塔（即常壓塔），可能使雜醇油的最佳采出位置發(fā)生改變。
（3）新工藝流程中設置了一條從甲醇回收塔主再沸器23殼層出口直接進(jìn)入二甲醚精餾塔17的付線(xiàn)，可以提高反應系統的壓力，使反應系統出來(lái)的粗產(chǎn)品回收部分熱量后，可以直接通過(guò)氣相或氣液混合進(jìn)入二甲醚精餾塔。但該方案弊大于利，實(shí)際設計中不建議采用。
3.2 新工藝的優(yōu)點(diǎn)
（1）將二甲醚生產(chǎn)裝置與傳統甲醇精餾裝置有機結合，工藝設計合理、可靠，風(fēng)險小，適合于大規模生產(chǎn)。目前設計的甲醇三塔精餾裝置單套規模已達60～90萬(wàn)噸/年，本工藝可以在成熟的三塔精餾工藝的基礎上，實(shí)現單套裝置40～60萬(wàn)噸/年的二甲醚生產(chǎn)能力。
（2）本工藝只需要一套生產(chǎn)裝置，可同時(shí)或單獨生產(chǎn)二甲醚和（或）精甲醇兩種產(chǎn)品，而且可以根據市場(chǎng)需求情況調整兩種產(chǎn)品的比例，抗市場(chǎng)風(fēng)險能力強；
（3）投資省。本裝置只需在甲醇精餾裝置的基礎上，增加二甲醚反應系統（含反應器、進(jìn)出口換熱器和開(kāi)工加熱器等）和二甲醚精餾系統，投資僅為傳統甲醇精餾和二甲醚生產(chǎn)裝置總投資的60％～70％。也非常適合已有甲醇三塔精餾裝置的企業(yè)進(jìn)行改造。
（4）產(chǎn)品生產(chǎn)成本低，運行過(guò)程中的能耗低，人員配置明顯少于傳統工藝。傳統工藝需要興建甲醇精餾和二甲醚兩套裝置，算上甲醇精餾過(guò)程的能耗及甲醇損失，每噸二甲醚的蒸汽消耗為3.0～3.5t，甲醇消耗1.43～1.45t。本工藝以粗甲醇為原料生產(chǎn)氣霧劑級二甲醚時(shí)，蒸汽消耗僅1.7～2.1t/t二甲醚，消耗粗甲醇折純1.40～1.41t/t二甲醚，人員配置按一套裝置進(jìn)行配置。因此，單位生產(chǎn)成本中的折舊、能耗、人員工資均低于傳統工藝。
（5）可以以粗甲醇為原料，生產(chǎn)氣霧劑級產(chǎn)品。傳統工藝要生產(chǎn)氣霧劑級二甲醚，需要以精甲醇為原料，而本工藝通過(guò)預塔對粗甲醇進(jìn)行預處理，采出初餾物，去除了其中的輕組分雜質(zhì)；通過(guò)甲醇回收塔采出雜醇油，去除了粗甲醇中的重組分雜質(zhì)；從傳統的甲醇三塔精餾經(jīng)驗來(lái)看，完全可以保證進(jìn)入二甲醚反應系統的甲醇蒸汽達到或優(yōu)于工業(yè)級精甲醇標準，從而不僅保證二甲醚產(chǎn)品達到氣霧劑級標準，而且減少副反應，延長(cháng)催化劑的使用壽命。同時(shí)，提高產(chǎn)品品質(zhì)，擴大了產(chǎn)品的應用市場(chǎng)，提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力。
（6）本裝置所有塔釜的最高溫度≤150℃，僅需要0.7Mpa（表壓，170℃）的飽和蒸汽作為熱源，而傳統工藝（汽化塔）塔釜最高溫度達170℃，至少需要1.15Mpa（表壓，190℃）的飽和蒸汽作為熱源。
4、結論
下面以原料為粗甲醇，二甲醚產(chǎn)品質(zhì)量達氣霧劑級為基準，將本文介紹的新工藝與目前市場(chǎng)上的先進(jìn)工藝進(jìn)行比較。
項目 本新工藝（A） 目前兩步法工藝（B）
生產(chǎn)方法 甲醇氣相脫水 甲醇氣相或液相脫水
投資成本 僅一套裝置，60％～70％ 甲醇精餾+二甲醚合成兩套裝置，100％
原料處理 直接以粗甲醇為原料 需先通過(guò)甲醇精餾
甲醇消耗（t/tDME） 甲醇僅存在一步損耗，總消耗1.40～1.42 甲醇精餾和二甲醚合成兩步損耗，總消耗1.43～1.45
蒸汽消耗（t/tDME） 1.7～2.1 甲醇精餾1.0t/t甲醇，總蒸汽消耗
3.03～3.5
人員配置 僅一套裝置配置 需二套裝置配置
市場(chǎng)不景氣時(shí)處理方式 照常運行，全部生產(chǎn)精甲醇 二甲醚裝置停車(chē)
新工藝以成熟的甲醇三塔精餾技術(shù)為依托，將二甲醚合成與甲醇精餾有機的結合起來(lái)，具有傳統工藝不可比擬的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢，投資省、能耗低、技術(shù)成熟可靠，非常值得推廣