CN100586918C - 一种合成气合成二甲醚的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种合成气合成二甲醚的方法和装置。把甲醇合成与二甲醚合成组合在同一个反应器中，反应器分为上、下两段，中间填装惰性填料，把上段填装的甲醇合成催化剂与下段填装的甲醇脱水催化剂分隔，以合成气为原料在上段先反应合成甲醇，然后甲醇在下段脱水生成二甲醚。由于合成气已在反应器的上段充分转化为甲醇，可避免二甲醚合成时床层快速升温烧结甲醇脱水催化剂，大大延长了甲醇脱水催化剂的寿命，由于甲醇合成与二甲醚合成的最佳反应温度不同，甲醇合成温度低于二甲醚合成温度，对反应器实行分段控制反应温度，将有效提高合成气的单程转化率和二甲醚的选择性。与传统的两步法合成二甲醚工艺相比，装置简便，投资成本低，经济效果明显。
Description
技术领域
本发明涉及一种合成气合成二甲醚的方法和装置。
背景技术
随着两次石油危机以及近年来世界范围内可持续发展战略的实施，人们开始更加注重寻求开发新能源；石油储量减少以及对生态保护意识的加强，进一步强化了世界范围内寻找清洁替代液体燃料的力度。而利用不同途径制成的二甲醚则是非常理想的替代动力燃料之一。
二甲醚是一种无毒含氧燃料，它可以由煤、天然气以及生物质等多种资源转化而成。二甲醚是重要的化工原料，可用于许多精细化学品的合成，如用作气雾剂的抛射剂等，代替氟利昂作为制冷剂等。作为民用燃料气其在储运、燃烧安全性、预混气热值和理论燃烧温度等性能指标均优于石油液化气，可作为城市管道煤气的调峰气和液化气掺混气。二甲醚具有较高的十六烷值，非常适合于压燃式发动机，因此是汽车燃料理想的替代品，同时汽车尾气无需催化转化处理，即可达到排放标准。
目前，二甲醚的生产工艺有两大类，一类是采用甲醇脱水生产二甲醚，另一类是采用合成气直接合成二甲醚。甲醇脱水工艺又可分为液相法和气相法。传统的液相法即为硫酸脱水法，采用浓硫酸作为催化剂脱水，是生产二甲醚最古老的生产方法，该法工艺条件温和，但设备腐蚀严重，釜底液及污水造成环境污染，中间产物硫酸氢甲酯毒性较大，该工艺目前在国外已被淘汰。气相法是近年来新开发的二甲醚生产工艺。甲醇在气固相催化反应中脱水生成二甲醚，甲醇转化率为75％～85％，二甲醚选择性高达99％。这种方法工艺简单且成熟，对设备材质无特殊要求，基本无三废及腐蚀问题，是目前世界上生产二甲醚的主要方法。但是由于该法生产的二甲醚由甲醇脱水而来，其生产成本与价格相对较高。合成气直接生产二甲醚是较为新颖的工艺，分为固定床与浆态床两种方法，合成气直接生产二甲醚工艺流程短、投资省、能耗低，产品成本显著下降，但是合成气生产二甲醚技术尚不十分成熟，这些技术大多停留在实验室小试或中试阶段。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种合成气合成二甲醚的方法和装置。
本发明采用的技术方案是：
一、一种合成气合成二甲醚的方法：
以合成气为原料首先通入装有甲醇合成催化剂的床层R1中，反应后生成的甲醇进入填装甲醇脱水催化剂的床层R2中，脱水生成二甲醚，利用两个控温仪对床层R1和床层R2实行分段控制反应温度，反应生成的产物进入汽液分离器进行分离。
反应条件为R1床层温度200～300℃，R2床层的温度为200～350℃，压力为2.0～8.0MPa，反应器上段甲醇合成催化剂装量与反应器下段甲醇脱水催化剂装量的质量比为1∶1～6∶1，合成气空速为750～8000h-1。
所述的甲醇合成催化剂为铜基甲醇合成催化剂。
所述的甲醇脱水催化剂为沸石、γ-Al2O3。
所述的反应器上段填装甲醇合成催化剂，下段为甲醇脱水催化剂，中间填装惰性填料，用于把反应器上段填装的甲醇合成催化剂与下段的甲醇脱水催化剂有效分隔开。
所述的惰性填料为石英砂。
所述的合成气是以煤、天然气或者生物质为原料制取的。
二、一种合成气合成二甲醚的装置：
包括预热器，R1床层温控仪，R2床层温控仪，惰性填料层，气液分离器，合成气，阀，R1床层，R2床层和JFI节流阀；反应器由R1床层，惰性填料层和R2床层组成，R1床层接有R1床层温控仪，R2床层接有R2床层温控仪，JFI节流阀的一端与合成气连接，另一端与预热器的进口端连接，预热器的出口端接R1床层的入口端，R2床层的出口端接气液分离器的入口端，气液分离器开有气体出口，气液分离器接阀排出液体。
本发明具有的有益效果是：
由于合成气已在床层R1中充分转化为甲醇，因此可避免床层R2中二甲醚合成时床层飞温烧结甲醇脱水催化剂，大大延长了甲醇脱水催化剂的寿命，同时由于甲醇合成与二甲醚合成的最佳反应温度不同，甲醇合成温度低于二甲醚合成温度，因此利用控温仪对两个床层和床层实行分段控制反应温度，使得反应温度与催化剂活性温度相匹配，有效改善了催化剂的性能，并且提高了合成气的单程转化率和二甲醚的选择性，同时相比于传统的二步法工艺，装置设计更为简便，占地空间和投资成本均较低，合成过程的经济效果明显。
附图说明
附图是合成气合成二甲醚的装置示意图。
图中：1.预热器，2.R1床层温控仪，3.R2床层温控仪，4.惰性填料层，5.气液分离器，6.合成气，7.阀，R1床层，R2床层，JFI节流阀。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步说明。
如附图所示，本发明包括预热器1，R1床层温控仪2，R2床层温控仪3，惰性填料层4，气液分离器5，合成气6，阀7，R1床层，R2床层和JFI节流阀；反应器由R1床层，惰性填料层4和R2床层组成，R1床层接有R1床层温控仪2，R2床层接有R2床层温控仪3，JFI节流阀的一端与合成气6连接，另一端与预热器1的进口端连接，预热器1的出口端接R1床层的入口端，R2床层的出口端接气液分离器5的入口端，气液分离器5开有气体出口，气液分离器5接阀7排出液体。
实施例1：
在床层R1中装入3g甲醇合成催化剂CuO/ZnO/Al2O3，床层R2中装入1g甲醇脱水催化剂ZSM-5。催化剂还原采用含5％H2的N2-H2混合气在常压下以1℃/min的速度由室温升到250℃，在250℃条件下恒温保持6h。在惰性填料层4中装入1g石英砂作为惰性填料。将组成为H2/CO＝2∶1的合成气经预热器1加热到80℃～200℃，床层反应压力为4.0MPa。预热后的合成气首先通入床层R1中，反应后生成的甲醇进入床层R2中，利用两个FCR控温仪2、3分别对床层R1和床层R2实行分段控制反应温度，床层R1反应温度为250℃，床层R2反应温度为280℃，空速为1500h-1，反应生成的产物进入汽液分离器5进行分离，反应产物经气液分离器5分离后的产物分别从气体出口排出和经阀7从液体出口排出。
实施例2：
所有条件均同实施例1，不同的是所用原料气的组成为：H2：50％，N2：5％；CO：35％，CO2：8％，CH4：2％，反应压力为8MPa，床层R1反应温度为200℃，床层R2反应温度为300℃，空速为8000h-1。
实施例3：
所有条件均同实施例1，不同的是所用甲醇催化剂为CuO/ZnO/Cr2O3，装量为2g；所用甲醇脱水催化剂为γ-Al2O3，装量为2g，反应压力为2MPa，床层R1反应温度为300℃，床层R2反应温度为350℃，空速为750h-1。
实施例4：
所有条件均同实施例1，不同的是反应压力为6MPa，床层R1反应温度为240℃，床层R2反应温度为200℃，空速为5000h-1。
实施例5：
所有条件均同实施例1，不同的是所用甲醇催化剂为CuO/ZnO/Al2O3，装量为6g；所用甲醇脱水催化剂为γ-Al2O3，装量为1g。
Claims (7)
1、一种合成气合成二甲醚的方法，其特征在于：以合成气为原料首先通入装有甲醇合成催化剂的床层(R1)中，反应后生成的甲醇进入填装甲醇脱水催化剂的床层(R2)中，脱水生成二甲醚，利用两个控温仪对装有甲醇合成催化剂的床层(R1)和填装甲醇脱水催化剂的床层(R2)实行分段控制反应温度，反应生成的产物进入汽液分离器进行分离。
2、根据权利要求1所述的一种合成气合成二甲醚的方法，其特征在于：反应条件为装有甲醇合成催化剂的床层(R1)温度200～300℃，填装甲醇脱水催化剂的床层(R2)的温度为200～350℃，压力为2.0～8.0MPa，反应器上段甲醇合成催化剂装量与反应器下段甲醇脱水催化剂装量的质量比为1∶1～6∶1，合成气空速为750～8000h-1。
3、根据权利要求1所述的一种合成气合成二甲醚的方法，其特征在于：所述的甲醇合成催化剂为铜基甲醇合成催化剂。
4、根据权利要求1所述的一种合成气合成二甲醚的方法，其特征在于：所述的甲醇脱水催化剂为沸石或γ-Al2O3。
5、根据权利要求1所述的一种合成气合成二甲醚的方法，其特征在于：所述的反应器上段填装甲醇合成催化剂，下段为甲醇脱水催化剂，中间填装惰性填料，用于把反应器上段填装的甲醇合成催化剂与下段的甲醇脱水催化剂有效分隔开。
6、根据权利要求5所述的一种合成气合成二甲醚的方法，其特征在于：所述的惰性填料为石英砂。
7、根据权利要求1所述的一种合成气合成二甲醚的方法，其特征在于：所述的合成气是以煤、天然气或者生物质为原料制取的。
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