JP2019501942A - ジメチルエーテルを製造するための方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
(a)工程(c)から生じる合成ガスを含むガス状混合物を、合成ガスをDMEへ転換させることができる触媒と接触させることによってDME合成に供してDMEを含むガス状混合物を得ることと;
(b)工程(a)から生じるガス状混合物を含むガス状混合物を、分離強化型逆水性ガスシフト反応に供することと;
(c)工程(b)から生じるガス状混合物をDME/合成ガス分離に供してDME、および工程(a)へ再循環される合成ガスを含むガス状混合物を得ることと
を含み、
その供給原料が工程(a)または工程(b)において導入され、工程(b)に供されるガス状混合物中のH2対COxのモル比が少なくとも(x+0.8)である、方法
に関する。
(a)H2およびCOx(式中、x=1〜2)を含む供給原料を受け入れるための入口と、
(b)H2およびCOxをH2OおよびCOに転換させるための逆水性ガスシフト反応領域であって、工程(b)に供されるガス状混合物中のH2対COxのモル比が少なくとも(x+0.8)である、領域(d)から生じるガス状混合物を含むガス状混合物を受け入れるための入口(b1)、分離強化型逆水性ガスシフト触媒系を含む触媒床(b2)、およびガス状混合物を排出するための出口(b3)を含む逆水性ガスシフト反応領域と;
(c)領域(b)から生じるガス状混合物を受け入れるための入口(c1)、ガス状混合物を、DMEと、合成ガスを含むガス状混合物に分離するための手段(c2)、合成ガスを含むガス状混合物を排出するための出口(c3)、およびDMEを排出するための出口(c4)を含む分離器と;
(d)分離器(c)から生じる合成ガスを含むガス状混合物を受け入れるための入口(d1)、合成ガスをジメチルエーテルへ転換させることができる触媒系(d2)、およびガス状混合物を排出するための出口(d3)を含むジメチルエーテル製造領域と
を含み、
入口(a)が入口(b1)または入口(d1)と流体接続されており、出口(b3)が入口(c1)と流体接続されており、出口(c3)が入口(d1)と流体接続されており、出口(d3)が入口(b1)と流体接続されている、システムに関する。
方法
[0012]本発明による方法は、H2およびCOxを含む供給原料からのジメチルエーテル(DME)の合成のための方法であって、
(a)工程(c)から生じる合成ガスを含むガス状混合物を、合成ガスをDMEへ転換させることができる触媒と接触させることによってDME合成に供してDMEを含むガス状混合物を得ることと;
(b)工程(a)から生じるガス状混合物を含むガス状混合物を、分離強化型逆水性ガスシフト反応に供することと;
(c)工程(b)から生じるガス状混合物をDME/合成ガス分離に供してDME、および工程(a)へ再循環される合成ガスを含むガス状混合物を得ること
とを含む。
供給原料
[0017]本発明のために、供給原料、すなわち本発明によるシステムまたは方法中に導入される反応物の流入混合物と、工程(b)のフィードを区別することは重要である。後者は、工程(b)に供されるガス状混合物とも称され、そこでのH2対COxのモル比は、本発明のために非常に重要である。工程(b)に供されるガス状混合物において、H2対COxのモル比は少なくとも(x+0.8)でなければならない。したがって、供給原料中でのH2対COxのモル比は、工程(b)のフィードが所要のH2対COxのモル比を有するように選択すべきである。本発明による方法は、再循環材料、すなわち、工程(c)から生じる合成ガスを含む、発生するガス状混合物、または工程(a)から生じるガス状混合物の組成が、供給原料の組成、特にその中に含まれるH2の量を、工程(b)のフィードの最適組成に向けて調整できるように決定される工程をさらに含むことが好ましい。ガス組成のそうした決定および供給原料の組成のそうした調整は、当業者に公知である。再循環材料の組成が決定されることが好ましい。
工程(a)
[0026]工程(c)からの再循環材料、すなわち工程(c)から生じる合成ガスを含むガス状混合物を工程(a)においてDME合成に供する。これは、ガス状混合物を、合成ガスをDMEへ転換させることができる触媒と接触させることを含む。上記したような一態様では、供給原料を、好ましくは、工程(c)からの再循環材料と合わせた後に、工程(a)にも供するが、供給原料としてのどちらの再循環材料も、工程(a)において別個に導入されていてもよい。平衡反応が関係するので、流入ガス状ストリーム、すなわち工程(c)から生じるガス状混合物中のDMEの濃度は、できるだけ低くしなければならない。したがって、分離工程(c)の実行は、これが、再循環材料がそれほどの量のDMEを含有せず、主に合成ガスおよび任意にメタノールを含むのを確実にするので、本発明による方法の大きな利点である。
工程(b)
[0034]工程(b)において、工程(a)から生じるガス状混合物および任意に供給原料を含むガス状混合物を、分離強化型逆水性ガスシフト反応に供する。工程(b)に供されるガス状混合物は、工程(b)のフィードとも称され、これは典型的には、工程(a)から生じるガス状混合物および任意に供給原料からなる。したがって、一態様では、本発明による方法は、合わせたガス状混合物を工程(b)に供する前に、供給原料を工程(a)から生じるガス状混合物と合わせる工程を含む。
工程(c)
[0042]工程(b)から生じるガス状混合物をDME/合成ガス分離に供する。そうした分離は、当業界で公知であり、DMEを、合成ガスを含む工程(b)から生じるガス状混合物中の他の成分から分離する。したがって、工程(c)は、第1の生成物として合成ガスを含むガス状混合物を、第2の生成物としてDMEを提供する。DMEを、DMEおよび合成ガスを含有するガス状混合物から分離するための当業界で公知の任意の手段が、工程(c)として使用するのに適している。工程(c)は、典型的には、フラッシュ蒸発、蒸留またはその組合せによって実施される。より揮発性の低いDMEから揮発性の合成ガスを効率的に分離するので、少なくともフラッシュ蒸発を、工程(c)において用いることが好ましい。得られるDMEそれ自体がさらなる成分、例えばメタノールおよび/または水を含有する場合、DMEを含有するより揮発性の低い画分をさらなる分離に供していてもよい。好ましい態様では、工程(c)は、一連の(c1)フラッシュ蒸発および(c2)蒸留を含む。(c1)のフラッシュ蒸発において、H2およびCOx(すなわち、合成ガス)を含むほとんどすべての揮発性成分は、典型的には、存在していてもよい恒久的な(不活性)ガスと一緒に除去される。残留成分は蒸留に供され、そこで、DMEは蒸留塔から塔頂画分として、メタノールは任意に微量の水と一緒に塔底画分として収集される。工程(c)から生じる、典型的にはフラッシュ蒸発から生じる合成ガスを含むガス状混合物は、工程(a)へ再循環される。工程(c)において、例えば工程(c2)において、メタノールの別個のストリームが得られる場合、これを、副生成物としてシステムから排出し、適合しているとみなされれば、使用してもよいし、それを、DMEへ転換されることになる工程(a)へ供給してもよい。工程(c)から、典型的には工程(c2)から生じるDMEは、本発明による方法からの主生成物である。
システム
[0046]本発明は、さらに、本発明による方法を実行するように具体的に設計された装置またはシステムに関する。本発明によるシステムは、少なくとも3つ、好ましくは少なくとも4つのモジュールが互いに流体接続されているモジュールシステムである。ここで、各モジュールは別個のユニットであっても、2つ以上のモジュールが単一のユニットとして一体化されていてもよい。システムにおいて、各モジュールは、別個のユニットであり、それ自体区別可能であることが好ましい。本発明による方法を実施するためのモジュールシステムは、DME合成設備またはDME製造プラントと称されていてもよい。本発明によるシステムは、
(a)H2およびCOx(式中、x=1〜2)を含む供給原料を受け入れるための入口と、
(b)H2およびCOxをH2OおよびCOに転換させるための逆水性ガスシフト反応領域であって、工程(b)に供されるガス状混合物中のH2対COxのモル比が少なくとも(x+0.8)である、領域(d)から生じるガス状混合物を含むガス状混合物を受け入れるための入口(b1)、分離強化型逆水性ガスシフト触媒系を含む触媒床(b2)、およびガス状混合物を排出するための出口(b3)を含む逆水性ガスシフト反応領域と;
(c)領域(b)から生じるガス状混合物を受け入れるための入口(c1)、ガス状混合物を、DMEと、合成ガスを含むガス状混合物に分離するための手段(c2)、合成ガスを含むガス状混合物を排出するための出口(c3)、およびDMEを排出するための出口(c4)を含む分離器と;
(d)分離器(c)から生じる合成ガスを含むガス状混合物を受け入れるための入口(d1)、合成ガスをDMEへ転換させることができる触媒系(d2)、およびガス状混合物を排出するための出口(d3)を含むジメチルエーテル製造領域と
を含む。ここで、入口(a)は入口(b1)または入口(d1)と流体接続されており、出口(b3)は入口(c1)と流体接続されており、出口(c3)は入口(d1)と流体接続されており、出口(d3)は入口(b1)と流体接続されている。
[0058]触媒系(10gのCu/Znベースの水性ガスシフト触媒および40gのゼオライト−3Å吸着剤)の0.2〜0.4mmふるい画分をSEDMES反応器にロードした。6つの異なるフィード(表1を参照されたい)を260sccmの流量で導入した。反応/吸着の間、反応器を225〜275℃の温度範囲で、25バール(a)で稼働した。触媒の完全な飽和が観察されたら(H2Oブレイクスルー)、触媒系を、窒素フィード(25バール(a)で)へスイッチし、次いで、1.7バール(a)へ減圧し、続いて400℃に加熱することによって再生した。すべてのH2Oが吸着剤から除去されたら、反応器を冷却し、反応/吸着条件へ再加圧した。反応器システムの流体力学を示すために、CH4を不活性成分として添加した。
Claims (16)
- H2およびCOx(式中、x=1〜2)を含む供給原料からのジメチルエーテル(DME)の合成のための方法であって、
(a)工程(c)から生じる合成ガスを含むガス状混合物を、合成ガスをDMEへ転換させることができる触媒と接触させることによって、それをDME合成に供してDMEを含むガス状混合物を得ることと;
(b)工程(a)から生じる前記ガス状混合物を含むガス状混合物を、分離強化型逆水性ガスシフト反応に供することと;
(c)工程(b)から生じる前記ガス状混合物をDME/合成ガス分離に供してDME、および工程(a)へ再循環される合成ガスを含むガス状混合物を得ることと
を含み、
前記供給原料が工程(a)または工程(b)において導入され、工程(b)に供されるガス状混合物中のH2対COxのモル比が少なくとも(x+0.8)である方法。 - 前記供給原料がCOx(式中、xは1.5〜2、好ましくは1.9〜2である)を含み、前記供給原料が工程(b)において導入される、請求項1に記載の方法。
- 前記供給原料がCOx(式中、xは1〜1.5、好ましくは1〜1.2である)を含み、前記供給原料が工程(a)において導入される、請求項1に記載の方法。
- 前記供給原料中のH2対COxのモル比が、(x+1)〜(x+10)の範囲である、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 工程(a)および/または工程(b)を、分離強化型DME合成(SEDMES)反応領域において実施する、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 前記SEDMES反応領域が、収着強化されており、直接的DME触媒系および水選択性吸着剤を含有する触媒系を含む、請求項5に記載の方法。
- 前記水選択性吸着剤が、ゼオライト、好ましくは4Å以下の平均孔径を有するゼオライトである、請求項6に記載の方法。
- 工程(a)を、直接的DME触媒系および水選択性吸着剤を含む触媒系を含有するSEDMES反応領域において実施する、請求項5〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 工程(a)を、直接的DME触媒系は含有するが水選択性吸着剤は含有しない触媒系を含む直接的DME合成反応領域において実施する、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 工程(b)から生じる前記ガス状混合物が、工程(c)において、DMEと、合成ガスを含むガス状混合物に分離され、前記合成ガスが、H2およびCOx(式中、x=1〜1.4、好ましくは1〜1.1である)からなる、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記直接的DME触媒系が、二元機能性DME合成触媒、またはメタノール合成触媒とメタノール脱水触媒の組合せである、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法を実施するためのシステムであって、
(a)H2およびCOx(式中、x=1〜2)を含む供給原料を受け入れるための入口と、
(b)H2およびCOxをH2OおよびCOに転換させるための逆水性ガスシフト反応領域であって、ガス状混合物中のH2対COxのモル比が少なくとも(x+0.8)である、領域(d)から生じる前記ガス状混合物を含むガス状混合物を受け入れるための入口(b1)、分離強化型逆水性ガスシフト触媒系を含む触媒床(b2)、およびガス状混合物を排出するための出口(b3)を含む逆水性ガスシフト反応領域と;
(c)領域(b)から生じる前記ガス状混合物を受け入れるための入口(c1)、ガス状混合物を、DMEと、合成ガスを含むガス状混合物に分離するための手段(c2)、合成ガスを含む前記ガス状混合物を排出するための出口(c3)、およびDMEを排出するための出口(c4)を含む分離器と;
(d)分離器(c)から生じる合成ガスを含む前記ガス状混合物を受け入れるための入口(d1)、合成ガスをジメチルエーテルへ転換させることができる触媒系(d2)、およびガス状混合物を排出するための出口(d3)を含むジメチルエーテル製造領域と
を含み、
入口(a)が入口(b1)または入口(d1)と流体接続されており、出口(b3)が入口(c1)と流体接続されており、出口(c3)が入口(d1)と流体接続されており、出口(d3)が入口(b1)と流体接続されている、システム。 - 前記触媒床(b2)が、直接的DME触媒系および水選択性吸着剤を含有する、請求項12に記載のシステム。
- 前記触媒系(d2)が直接的DME触媒系を含有する、請求項12または13に記載のシステム。
- 入口(a)が、反応領域(b)中、反応領域(b)中、出口(d3)と入口(b1)の間の流体接続部、または出口(c3)と入口(d1)の間の流体接続部に備えられている、請求項12〜14のいずれか一項に記載のシステム。
- 2つの入口(a1)および(a2)を含み、入口(a1)が、反応領域(b)中、または反応領域(d)と反応領域(b)の間の流体接続部、好ましくは反応領域(d)と反応領域(b)の間の流体接続部に配置されており、入口(a2)が、反応領域(d)中、または分離器(c)と反応領域(d)の間の流体接続部、好ましくは分離器(c)と反応領域(d)の間の流体接続部に配置されている、請求項15に記載のシステム。
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