安阳市嘉能能源发展有限责任公司现有一套10万吨/年二甲醚装置，工艺为四川天一科技提供传统的甲醇汽化、固定床反应、精馏分离、残液闪蒸回收及尾气采用残液回收等专利技术。反应器为两段绝热反应，床层温度高，副反应物多，不冷凝气量大，特别是催化剂使用到后期，温度高达380℃，副反应进一步增加，二甲醚能耗高成本上升，综合效益明显下降。

1.该装置运行能耗高的主要原因分析

（1）该工艺精甲醇单程转化率最高只有85%，大量的没有参加反应的甲醇在精馏塔塔釜-解析闪蒸槽-残液泵-甲醇汽化塔-换热器-反应器之间进行无效循环；同时，由于系统中的水吸收的热量又转变为蒸汽进入反应器，造成锅炉煤消耗偏高。

（2）原装置由于采用的反应器为二段式绝热反应，不仅床层温度高，而且副反应物多，同时系统中产生的大量不凝气体，又造成了原料甲醇消耗的上升。

（3）原装置洗涤不凝气体采用的是33%残液，由于残液中甲醇浓度偏高，造成不凝气体中仍有一部分二甲醚、甲醇洗涤不下来，随着不凝气体的带出，又造成了原料消耗的上升。

（4）原装置粗二甲醚由110℃冷却到32℃，然后又由粗二甲醚泵加压再输送到精馏塔内部进行分离，不仅增加了运行电耗、冷却水耗，同时也增加了精馏塔的热负荷增加。

（5）汽化塔下部废液中含有1.5%的甲醇，需要废液经过提温后进入闪蒸汽提塔内进行闪蒸，闪蒸出来的甲醇又需要冷却后再回收到系统。不仅造成运行能耗增加、冷却水量大，而且也增加工程投资。

2.改造措施

鉴于存在以上问题，我公司决定采用我公司与南京敦先化工科技有限公司共同开发的《一种“三低”甲醇脱水制二甲醚新工艺及其所用的设备》专利技术，对10万吨/年二甲醚装置进行改造。具体改造内容如下：

（1）采用南京敦先化工科技有限公司专利号为：ZL 2009 2 0048467.8的冷管式反应器取代现有两段绝热冷激固定床式反应器；改造后的反应器为内部设有高效扰流子的换热冷管束埋在催化剂床层内部，催化剂床层的反应热量由高效扰流换热管及时带出，床层温度控制在250～320℃；自上而下的催化剂床层出现：低→最高→较高→低的温度曲线。由于甲醇脱水反应主要受热力学影响，而占有整个催化剂床层高度80％的下部催化剂温度在 280～300℃ ，下部低温催化剂利于脱水反应向正反应方向进行，完全避免了绝热冷激式反应器每绝热层上低下高，又有冷激气引入的缺陷。因此，甲醇单程转化率比现在运行的DME反应器都高。可以达到86％以上，有效减少副反应物的生成；

（2）增加二级液相催化转化：对出精馏塔塔釜的残液设置一个液相转化反应器，使残液中33%（质量百分比）甲醇进一步转化到4.0%左右，实现甲醇单程转化率在96%以上。有效减少了原装之中没有参加反应的甲醇在系统中的无效循环；

（3）取消原有装置的粗二甲醚换热器、粗二甲醚冷却器，粗二甲醚直接进入精馏塔进行精馏分离，有效节省了冷却水耗、动力消耗和能量消耗；

（4）对现有精馏塔的进料位置、分布器及塔盘进行改造；

（5）改变甲醇汽化塔工艺指标，取消废液闪蒸回收装置。

3.改造预期效果

3.1计算条件

改造前精馏塔每生成1吨精二甲醚就需要1732吨粗二甲醚进入粗二甲醚冷却器，其中各种组分的质量为：二甲醚1000kg/tDME、甲醇245kg/tDME、水487kg/tDME，温度由125℃冷却到32℃后再进入精馏塔进行精馏分离，进入甲醇汽化塔的精馏塔塔釜残液中甲醇含量为33.0%；

改造后精馏塔每生成1吨精二甲醚只需要1636吨粗二甲醚进入粗二甲醚冷却器，其中各种组分的质量为：二甲醚1000kg/tDME【其中来自一级反应器的为860 kg/tDME，来自二级反应器的质量为140.2477kg/tDME】、甲醇215kg/tDME、水421kg/tDME，温度由125℃直接进入精馏塔进行精馏分离，进入甲醇汽化塔的二级反应后残液中甲醇含量为4.0%。

3.2节能部分的计算

3.2.1改造后冷却器节省冷却水量的计算

Q2H2O=487×(461.36-134.11)÷4.1868=38065.05Kcal/tDME

Q2CH3OH=245×【1009.5+2.579×(125-32)】÷4.1868=73108.34Kcal/tDME

Q2C2H6OH=1000×【190.522+(6.877+5.346)/2×（125-32) 】÷4.1868=181258.12Kcal/tDME

Q2=38065.05+73108.34+181258.12=292431.51Kcal/tDME

节省冷却水量：292431.51÷（38.0194-30.348）=38119.71Kg/tDM

3.2.2改造后节省冷却水输送电耗的计算

冷却水折算为电耗：38119.71×0.001×0.096=3.7KWh/tDME

3.2.3精馏塔节省煤耗计算

根据上面计算可知1吨粗二甲醚由不冷却到32℃，而是由125℃直接进入精馏塔，则热量全部带到精馏塔内部，也就是说：由粗二甲醚带进的热量就会减少导热油供给精馏塔再沸器的热量，完全可以理解为节省的燃料。

（1）生成1吨二甲醚，粗二甲醚不冷却由125℃直接进入精馏塔带进的热量计算：

生成1吨二甲醚，进入精馏塔的粗二甲醚中各物质的质量为：

Q2H2O=421×(461.36-134.11)÷4.1868=32906.34Kcal/tDME

Q2CH3OH=215×【1009.5+2.579×(125-32)】÷4.1868=64156.30Kcal/tDME

Q2C2H6OH=1000×【190.522+(6.877+5.346)/2×（125-32) 】÷4.1868=181258.12Kcal/tDME

Q2=32906.34+64156.30+181258.12=278320.76Kcal/tDME

（2）改造后二级反应器生产的二甲醚(145℃)带到精馏塔内部的热量

来自二级反应器的质量为140.2477kg/tDME，则热量为：

Q=5612.8786×140.2477÷32=17112.89242Kcal/tDME

（3）改造后减少进精馏塔物料96kg（1732-1636），与原运行状态相比，则精馏塔减少外供热能为：

292431.51-278320.76=14110.75Kcal/tDME

（4）改造后精馏塔减少总的外供热能为

Q=278320.76+17112.89242+14110.75=309544.4124Kcal/tDME

假设热量的热值为5500Kcal/Kg

改造后每生产1吨二甲醚可以比改造前节省燃料为：309544.4124÷5500=56.28Kg/tDME。

3.2.4汽化塔节省煤耗计算

改造后去汽化塔残液中甲醇含量由33.8082%降到4.0%。从精馏塔塔釜残液（改造前）或二级反应器（改造后）到汽化塔减少230.1908kg甲醇、减少13.7702kg水，此部分再汽化塔内部甲醇和部分水汽化，汽化后达到一级反应器进口时温度为260℃，大部分的水从汽化塔的底部排出，排出的温度为165℃。

为了计算方便，假设无效循环的甲醇、水全部从残液中汽化，则这部分可以节省的能耗计算如下：

Q3-2H2O=（13.7702×（2994.60-504.24）+475.719×（697.43-504.24））÷4.1868=30141.61385 Kcal/tDME

Q3-2CH3OH=(233.2074×989+233.2074×(2.00994+ 1.7304 )/2×(260-120)+230.1908×120×2.597)÷4.1868=89764.08678 Kcal/tDME

Q3-2=30141.61385+89764.08678=119905.7006 Kcal/tDME

将节省的能量折算煤耗为：

119905.7006÷5500=21.801Kg/tDME

3.2.5节省原料甲醇

改造后节省甲醇为5.8873kg/tDME(主要减少一级副反应的原料消耗)。

综上所述改造后可以：

节省热能：309544.4124+119905.7007=429450.1131Kcal/tDME

节省冷却水量：38119.71Kg/tDME

节省燃料：56.28+21.801=78.081Kg/tDME

节省电耗：3.7KWh/tDME

节省原料甲醇：5.8873kg/tDME

3.3改造后的经济效益核算

我们按照生产能力为10万吨/年二甲醚，循环水价格为0.5元/m3、电价0.65元/度、燃料煤为0.65元/kg、甲醇价格为2.8元/kg来计算全年节省的运行费用：

10×（38119.71×0.5÷1000+78.081×0.65+3.7×0.65+5.8873×2.8）=887.01945万元/年。

4.结论

我国由四川天一科技提供专利技术建设的二甲醚装置全国有八十套左右，同时还有其他技术单位提供的二甲醚技术装置六十多套，最大装置单套能力为50万吨/年，目前运行能耗均偏高，我们按照每套装置平均生产能力为10万吨/年。如果这些装置全部采用我公司与南京敦先化工科技有限公司共同开发的专利技术进行改造，全年将会节省53366.8万立方米冷却水、节省5180万度电、节109.3134万吨省燃料煤、节省8.24222万吨原料甲醇，改造后会给社会带来1241827.23万元的经济效益。