JP3421901B2 - Method for producing dimethyl ether - Google Patents

Method for producing dimethyl ether

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JP3421901B2
JP3421901B2 JP12478096A JP12478096A JP3421901B2 JP 3421901 B2 JP3421901 B2 JP 3421901B2 JP 12478096 A JP12478096 A JP 12478096A JP 12478096 A JP12478096 A JP 12478096A JP 3421901 B2 JP3421901 B2 JP 3421901B2
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Japan
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gas
reaction
line
dimethyl ether
dme
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正己 小野
高志 小川
雅嗣 水口
勉 鹿田
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ジェイエフイーホールディングス株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】この発明は、一酸化炭素と水
素を主原料としてジメチルエーテルを製造する方法に関
する。 【0002】 【従来の技術】一酸化炭素と水素を主原料とする合成ガ
ス等からジメチルエーテルを直接合成する技術として
は、固定床触媒層に原料ガスを通過させ反応させる技術
が開発されている(特開平2−280836号公報、特
開平3−8446号公報等)。 【0003】また、触媒微粒子を高沸点媒体油のなかに
懸濁させたスラリー反応器の中を原料ガスを通過させ
て、高収率でジメチルエーテルを合成させる技術も開発
されている(特開平2−9833号公報、特開平3−5
2835号公報、特開平3−181453号公報、特開
平4−264046号公報、特表平5−810069号
公報等)。 【0004】ところで、合成ガスからジメチルエーテル
(DME)を合成する反応は式(1)〜(3)の3つの反応
から構成されている。 【0005】 メタノール合成反応:CO+H2→CH3OH……………………(1) 脱 水 反 応 :2CH3OH→CH3OCH3+H2O……(2) シ フ ト 反 応:CO+H2O→CO2+H2……………… (3) 【0006】(1)〜(3)を総括すると式(4)で表され、
DMEとCO2は当量生成する。 3CO+3H2→CH3OCH3+CO2……(4) 【0007】式(4)は温度、圧力に支配される平衡反応
であり、原料のCOとH2は100%転化することはな
い。即ち、反応器出口ガス中には必ず未反応のCOとH
2が数十%(反応器入口CO、H2基準)存在する。 【0008】通常この未反応COとH2は廃棄せず、他
の生成物と分離した後、原料ガスの一部として再び反応
器へ送られる。例えば、DOE/PC/90018−T
7では図3のようなプロセスでジメチルエーテルを製造
している。この製造装置は反応器R、メタノール、水分
離器S1、未反応ガス分離器S2及びCO2分離器S3
よりなっている。反応器Rの底部には原料ガスライン2
が接続され、この原料ガスライン2には新たな原料ガス
を供給するメイクアップ(フレッシュ)ガスライン1と
未反応CO及びH2を循環供給するリサイクルガスライ
ン7が接続されている。反応器Rの頂部からは反応生成
物を排出させる反応ガスライン3がメタノール、水分離
器S1の入口に接続され、メタノール、水分離器S1の
メタノール、水出口にはメタノール、水ライン4が反応
生成物出口には反応ガスライン5が接続されている。反
応ガスライン5の他端は未反応ガス分離器S2の入口に
接続され、未反応ガス分離器S2の未反応ガス出口には
前述のリサイクルガスライン7の他端が接続されてい
る。このリサイクルガスライン7の途中にはそのガスの
一部を引き抜くパージライン10が接続されている。未
反応ガス分離器S2のDME、CO2出口にはDME、
CO2ライン6が接続され、DME、CO2ライン6の他
端はCO2分離器S3に接続され、CO2分離器S3のC
2出口にはCO2ライン8が、DME出口にはDMEラ
イン9がそれぞれ接続されている。このプロセスでは反
応ガスからまずメタノール、水分離器S1でメタノール
と水を分離し、次に、未反応ガス分離器S2で未反応C
OとH2を分離してこれを反応器Rにリサイクルして原
料の利用効率の向上を図っている。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】上記の未反応ガス分離
工程では、数十kg/cm2Gの圧力の下、−20℃程
度に冷却することにより反応ガス中の未反応CO、H2
とCO2および製品DMEとを分離している。しかしな
がら、この方法でのCO2の分離効率は20%程度と低
く、リサイクルガス(未反応CO、H2)は15%以上
の高い濃度でCO2を同伴してしまう。本発明者らは2
80℃、30kg/cm2Gの条件下反応実験を行い、
原料ガス中のCO2濃度とCO転化率との関係を調べ
た。その結果、表1に示す如く、CO2濃度の増大と共
にCO転化率は著しく減少することが明らかとなった。 【0010】 【表1】 【0011】原料ガスはリサイクルガスをメイクアップ
ガス(フレッシュガス)に加えているためCO2濃度は
低下するが、それでもCO転化率が低下するので、前述
のプロセスでは、リサイクルガスを20%程度パージす
ることにより、原料ガス中のCO2濃度を13%程度に
抑えている。しかし、この方法ではメイクアップガス
(フレッシュガス)中の20〜30%のCO、および1
0〜15%のH2を未利用のまま廃棄することになり、
CO、H2を充分に有効利用することはできなかった。 【0012】 【課題を解決するための手段】本発明者らは高いCO転
化率を維持し、かつ原料ガスの利用効率を高めるために
リサイクルガス中のCO2を低濃度に抑えること、換言
すれば反応ガスからCO2を十分に除去することを検討
した。この除去手段として、CO2を高濃度に含んだ未
反応ガスを例えば苛性ソーダ水溶液等のアルカリ液に通
し、CO2を反応吸収させて除去する方法も考えられ
る。しかし、この方法は、複雑な工程を要し、プラント
コストが高くなる、アルカリを回収再使用するため運転
費用が嵩む、などの理由で得策とはいえなかった。そこ
で、本発明者らはDMEに対するCO 2の溶解・吸収性
に着目し検討した。その結果、CO2と分離したDME
の一部を再び未反応ガス分離工程(S2)に戻し、CO
2を吸収剤として利用することにより反応ガスからCO2
を効率良く除去できることを見出した。 【0013】すなわち、本発明は、少なくとも一酸化炭
素と水素を含有する原料ガスを触媒反応させてジメチル
エーテルを生成させ、反応生成物中に残存している一酸
化炭素と水素を循環させて原料として再利用する方法に
おいて、この循環される一酸化炭素と水素に同伴される
二酸化炭素を前記の反応生成物から分離した液状のジメ
チルエーテルに接触させてこれに吸収させ除去すること
を特徴とするジメチルエーテルの製造方法に関するもの
である。 【0014】原料ガスにおける水素と一酸化炭素の混合
割合はH2/COモル比で0.1〜20、好ましくは
0.2〜5の混合比のものを使用できる。このような原
料ガスの例としては、石炭ガス化ガス、天然ガスからの
合成ガス等を挙げることができる。 【0015】ジメチルエーテル合成触媒には、メタノー
ル合成触媒とメタノール脱水触媒が混合されて用いら
れ、場合により水性ガスシフト触媒がさらに加えられ
る。これらは混合状態で使用されるほか、水性ガスシフ
ト触媒を切り放して二段反応とすることもできる。本発
明はこれらのいずれの触媒にも適用できる。 【0016】メタノール合成触媒としては、通常工業的
にメタノール合成に用いられる酸化銅−酸化亜鉛、酸化
亜鉛−酸化クロム、酸化銅−酸化亜鉛/酸化クロム、酸
化銅−酸化亜鉛/アルミナ等がある。メタノール脱水触
媒としては酸塩基触媒であるγ−アルミナ、シリカ、シ
リカ・アルミナ、ゼオライトなどがある。ゼオライトの
金属酸化物成分としてはナトリウム、カリウム等のアル
カリ金属の酸化物、カルシウム、マグネシウム等のアル
カリ土族の酸化物等である。水性ガスシフト触媒として
は酸化銅−酸化亜鉛、酸化銅−酸化クロム−酸化亜鉛、
酸化鉄−酸化クロムなどがある。メタノール合成触媒は
強いシフト触媒活性を有するので水性ガスシフト触媒を
兼ねることができる。メタノール脱水触媒及び水性ガス
シフト触媒を兼ねるものとしてアルミナ担持酸化銅触媒
を用いることができる。 【0017】前述のメタノール合成触媒、メタノール脱
水触媒および水性ガスシフト触媒の混合割合は、特に限
定されることなく各成分の種類あるいは反応条件等に応
じて適宜選定すればよいが、通常は重量比でメタノール
合成触媒1に対してメタノール脱水触媒は0.1〜5程
度、好ましくは0.2〜2程度、そして、水性ガスシフ
ト触媒は、0.2〜5程度、好ましくは0.5〜3程度
の範囲が適当であることが多い。メタノール合成触媒に
水性ガスシフト触媒を兼ねさせた場合には、上記の水性
ガスシフト触媒の量はメタノール合成触媒の量に合算さ
れる。 【0018】上記触媒は、固定床式、流動床式、スラリ
ー床式のいずれの反応型式にも供することが可能であ
る。特に、スラリー床式反応は、反応器内温度が均一で
副生物の生成が少ない。以下、スラリー床式反応につい
て詳細に述べる。 【0019】スラリー床式反応の場合触媒は粉末状態で
使用され、平均粒径が300μm以下、好ましくは1〜
200μm程度、特に好ましくは10〜150μm程度
が適当である。そのために必要によりさらに粉砕するこ
とができる。 【0020】媒体油は反応条件下において液体状態を呈
するものであればそのいずれもが使用可能である。例え
ば脂肪族、芳香族および脂環族の炭化水素、アルコー
ル、エーテル、エステル、ケトンおよびハロゲン化物、
これらの化合物の混合物等を使用できる。また、硫黄分
を除去した軽油、減圧軽油、水素化処理したコールター
ルの高沸点留分、フィッシャートロプシュ合成油、高沸
点食用油等も使用できる。溶媒中に存在させる触媒量は
溶媒の種類、反応条件などによって適宜決定されるが、
通常は溶媒に対して1〜50重量%であり、2〜30重
量%程度が好ましい。 【0021】スラリー床反応器における反応条件として
は、反応温度は150〜400℃が好ましく、特に25
0〜350℃の範囲が好ましい。反応温度が150℃よ
り低くても、また400℃より高くても一酸化炭素の転
化率が低くなる。反応圧力は10〜300kg/c
2、より好ましくは15〜150kg/cm2、特に好
ましくは20〜70kg/cm2が適当である。反応圧
力が10kg/cm2より低いと一酸化炭素の転化率が
低く、また300kg/cm2より高いと反応器が特殊
なものとなり、また昇圧のために多大なエネルギーが必
要であって経済的でない。空間速度(触媒1kgあたり
の標準状態における混合ガスの供給速度)は、100〜
50000l/kg・hが好ましく、特に500〜30
000l/kg・hである。空間速度が50000l/
kg・hより大きいと一酸化炭素の転化率が低くなり、
また100l/kg・hより小さいと反応器が極端に大
きくなって経済的でない。 【0022】こうして得られる反応ガス中にはジメチル
エーテルのほか、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、水及
びメタノールが含まれ、その他、メタン等の反応副生
物、原料ガスに含まれていた不純物等が含まれている。
反応ガスの組成はジメチルエーテル1〜40%程度、通
常3〜25%程度、二酸化炭素1〜40%程度、通常3
〜25%程度、一酸化炭素10〜70%程度、通常20
〜50%程度、水素10〜70%程度、通常20〜50
%程度、メタノール0.2〜5%程度、通常0.5〜3%
程度、水0.05〜0.8%程度、通常0.1〜0.5
%程度、その他0〜5%程度である。 【0023】この反応ガスからジメチルエーテルを分離
する手段は問わないが凝縮温度差あるいは沸点差を利用
する方法が好ましい。凝縮温度差を利用する場合、反応
ガスを冷却していくとまずメタノールと水が凝縮してく
る。この凝縮液は他に有効利用してもよく、水とメタノ
ールを分離してメタノールは反応器に循環してもよい。
さらに冷却するとジメチルエーテルが凝縮し、これに二
酸化炭素が溶解して未反応ガスである一酸化炭素と水素
が気相に残る。ジメチルエーテルからの二酸化炭素の分
離は蒸留によって行なうことができる。 【0024】本発明の方法では、上記の未反応ガスであ
る一酸化炭素と水素を、CO2分離器で二酸化炭素を除
去したジメチルエーテルの液体に接触させて、そこに残
存している二酸化炭素を溶解除去する。そのために使用
される未反応ガス分離器は反応ガスとジメチルエーテル
を冷却でき、かつ、両者の接触状態を良好に保てるもの
であれば形式を問わない。例えば、シェルアンドチュー
ブ型熱交換器に液溜を具備したもの、あるいは液化した
ジメチルエーテルに反応ガスを吹き込むタンク式のもの
等その一例である。この接触により、CO2は液化した
ジメチルエーテルに溶解・吸収される。ジメチルエーテ
ルの液化は常圧下では−25℃で起こるが、圧力(ジメ
チルエーテル分圧)が高いほど、また温度が低いほどジ
メチルエーテルの液化は容易であり、CO2の溶解量も
増大する。分離温度が低いとCO2分離効率は増大する
が、冷凍機の規模もそれに伴って増大し、装置コストが
嵩む。従って、未反応ガス分離器における温度は0〜−
70℃、特に−20〜−50℃が好ましい。また、圧力
は通常反応圧力と同等で良い。 【0025】リサイクルするジメチルエーテルの量は液
状ジメチルエーテルに接触させる反応ガス中のCO2
1〜10倍、好ましくは2〜5倍である。 【0026】 反応器に供給したCOガス流量(Nl/分):Fin(CO) 反応器より流出したCOガス流量(Nl/分):Fout(CO) 反応器より流出したDMEガス流量(Nl/分):Fout(DME) 反応器より流出したMeOHガス流量(Nl/分):Fout(MeOH) 反応器より流出したメタンガス流量(Nl/分):Fout(CH4) とすると、 【0027】 【数1】 【0028】 【数2】 【0029】 【数3】 【0030】本発明の方法が実施される装置の一例を図
1に示す。この装置は図3の装置においてCO2分離器
S3のDMEライン9を分岐させて未反応ガス分離器S
2にリサイクルさせるDMEリサイクルライン11を新
たに設けたものである。 【0031】図1の装置に使用される未反応ガス分離器
S2の拡大図を図2に示す。この未反応ガス分離器S2
は冷却ジャケット付容器よりなり、その下部に反応ガス
ライン5、底部にDME、CO2ライン6、上部にDM
Eリサイクルライン11、頂部にリサイクルガスライン
7がそれぞれ配管接続されている。 【0032】 【実施例】 実施例1 気泡塔反応器R(内径90mm、高さ2000mm)を
備えた図1の反応装置を用いた反応実験を温度280
℃、圧力30kg/cm2Gで行った。反応器R内はn
−ヘキサデカン5730gおよび粉末状の触媒860g
を加えて懸濁状態にした。S1で反応器出口ガス中のメ
タノールと水を(メタノール、水ライン4)、S2でDM
EとCO2ガスの一部を(DME、CO2ライン6)分離
し、未反応ガスを精製した。精製した未反応ガスはリサ
イクルガスライン7により反応器入口にリサイクルし
た。消費されたCOガス、および水素ガスを補い、反応
器入口でのCOガス、および水素ガス流量が30Nl/
分となるようにCOガス、および水素ガスのメイクアッ
プガスライン1の流量を調整した。尚、リサイクルガス
中にはS2で分離した残りのCO2ガスが含まれている
が、反応器入口でのCO2ガス流量が9Nl/分となる
ようにリサイクルガスのパージ量を調整した。反応器入
口ガス組成をこのように一定に保つことにより、CO転
化率を42%に維持した。S2は温度−30℃、圧力3
0kg/cm2Gでコントロールし、S3でCO2を除去
したDME(11)を0.5mol/分でS2に循環し
た。 【0033】この時リサイクルガスのパージ率は3.8
%であり、COガス、および水素ガスのメイクアップ量
に対する損失は各々5.0%、および3.4%であっ
た。 【0034】比較例1 S3でCO2を除去したDMEをS2に循環せずに同様
の反応実験を行った。この時リサイクルガスのパージ率
は29.7%であり、COガス、および水素ガスのメイ
クアップ量に対する損失は各々29.1%、および21.
5%であった。 【0035】実施例2 図2に示した冷却ジャケット付容器にライン3から試験
ガス(CO2:DME:CO:H2=10:10:40:
40)を50mmol/分で、ライン11からDMEを
5mmol/分で導入した。同時にライン7から排ガス
を回収し、ライン6から容器内の液化DME量を一定に
保つようにDMEを抜き出した。圧力は50kg/cm
2G、容器内部温度は−30℃とした。回収ガス量をガ
スメータで測定し、組成はガスクロマトグラフ(検出
器:TCD)で分析した。排ガス中のCO2は1.9m
mol/分であり、CO2分離効率は38%であった。 【0036】実施例3 ライン11からDME導入量を10mmol/分とした
以外は実施例2と同様の実験を行った。排ガス中のCO
2は2.6mmol/分であり、CO2分離効率は52%
であった。 【0037】実施例4 ライン11からのDME導入量を20mmol/分とし
た以外は実施例2と同様の実験を行った。排ガス中のC
2は4.1mmol/分であり、CO2分離効率は82
%であった。 【0038】比較例2 ライン11からDMEを導入せず実施例2と同様の実験
を行った。排ガス中のCO2は1.0mmol/分であ
り、CO2分離効率は20%であった。 【0039】実施例5 容器内部温度を−40℃とした以外は実施例3と同様の
実験を行った。排ガス中のCO2は3.1mmol/分
であり、CO2分離効率は62%であった。 【0040】実施例6 容器内部温度を−25℃とした以外は実施例3と同様の
実験を行った。排ガス中のCO2は2.4mmol/分
であり、CO2分離効率は48%であった。 【0041】 【発明の効果】本発明の方法により、リサイクルガス中
のCO2濃度を低く抑え、DME合成反応におけるCO
転化率を高く維持できる。また、リサイクルガスのパー
ジ量を最小限に抑えられるまたは全くパージを必要とし
ないため、CO、H2を有効に利用できる。さらに、C
2の吸収剤として分離の容易な製品DMEを利用で
き、工程が単純である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
On the method of producing dimethyl ether using
I do. [0002] 2. Description of the Related Art Synthetic gas containing carbon monoxide and hydrogen as main raw materials.
Technology for the direct synthesis of dimethyl ether from
Is a technology for reacting raw gas by passing it through a fixed bed catalyst layer.
Has been developed (Japanese Patent Laid-Open No. 2-280836,
JP-A-3-8446, etc.). [0003] In addition, catalyst fine particles are mixed in a high boiling medium oil.
The raw material gas is passed through the suspended slurry reactor.
Also develops technology to synthesize dimethyl ether with high yield
(JP-A-2-9833, JP-A-3-5
No. 2835, JP-A-3-181453, JP-A-3-181453
JP-A-4-264046, JP-T5-810069
Gazette). By the way, dimethyl ether is synthesized from synthesis gas.
The reactions for synthesizing (DME) are the three reactions of formulas (1) to (3).
It is composed of [0005]     Methanol synthesis reaction: CO + HTwo→ CHThreeOH …………… (1)       Dewatering reaction: 2CHThreeOH → CHThreeOCHThree+ HTwoO …… (2)     Shift reaction: CO + HTwoO → COTwo+ HTwo……………… (3) [0006] When (1) to (3) are summarized, it is expressed by equation (4).
DME and COTwoGenerates equivalents. 3CO + 3HTwo→ CHThreeOCHThree+ COTwo…… (4) Equation (4) is an equilibrium reaction governed by temperature and pressure.
And the raw materials CO and HTwoDoes not convert 100%
No. That is, unreacted CO and H
TwoIs tens of% (reactor inlet CO, HTwoCriteria) Exists. Usually, this unreacted CO and HTwoDo not discard, other
Reacts again as part of the raw material gas
Sent to the vessel. For example, DOE / PC / 90018-T
In Fig. 7, dimethyl ether is produced by the process shown in Fig. 3.
are doing. This production equipment is a reactor R, methanol, water
Separator S1, unreacted gas separator S2 and COTwoSeparator S3
Is made up of The raw material gas line 2 is located at the bottom of the reactor R.
Is connected to the source gas line 2 and a new source gas is
(Fresh) gas line 1 that supplies
Unreacted CO and HTwoRecycle gas supply
7 is connected. Reaction generated from the top of reactor R
Reaction gas line 3 for discharging wastes separates methanol and water
Of the methanol and water separator S1
Methanol / water line 4 reacts at methanol / water outlet
A reaction gas line 5 is connected to the product outlet. Anti
The other end of the reactive gas line 5 is at the inlet of the unreacted gas separator S2.
Connected to the unreacted gas outlet of the unreacted gas separator S2
The other end of the recycle gas line 7 is connected
You. In the middle of this recycled gas line 7,
A purge line 10 for extracting a part is connected. Not yet
DME, CO of reaction gas separator S2TwoDME at the exit
COTwoLine 6 is connected, DME, COTwoOther than line 6
End is COTwoConnected to the separator S3,TwoC of the separator S3
OTwoCO at exitTwoLine 8 has a DME exit at the DME exit
In 9 are connected respectively. In this process,
First, methanol from the reaction gas, methanol in the water separator S1
And water, and then the unreacted C is separated in the unreacted gas separator S2.
O and HTwoIs separated and recycled to the reactor R,
The aim is to improve the usage efficiency of fees. [0009] The above-mentioned unreacted gas separation
In the process, tens of kg / cmTwo-20 ℃ under G pressure
Unreacted CO and H in the reaction gasTwo
And COTwoAnd product DME. But
However, CO in this wayTwoSeparation efficiency is as low as about 20%
And recycled gas (unreacted CO, HTwo) Is 15% or more
At high concentrations of COTwoWill be accompanied. We have 2
80 ° C, 30kg / cmTwoA reaction experiment was performed under the condition of G,
CO in source gasTwoInvestigate the relationship between concentration and CO conversion
Was. As a result, as shown in Table 1, CO 2TwoWith increasing concentration
It was evident that the CO conversion significantly decreased. [0010] [Table 1] The source gas is made up of recycled gas
CO in addition to gas (fresh gas)TwoThe concentration is
However, since the CO conversion rate still falls,
Purging the recycle gas by about 20%
By doing so, CO in the source gasTwoAbout 13% concentration
I am holding it down. However, this method does make-up gas
20-30% CO in (fresh gas) and 1
0-15% HTwoWill be discarded unused.
CO, HTwoCould not be fully utilized. [0012] Means for Solving the Problems The present inventors have a high CO conversion.
To maintain the conversion rate and increase the efficiency of using the raw material gas
CO in recycled gasTwoLow concentration, in other words
If the reaction gas is COTwoConsider removing enough
did. As this removing means, CO 2TwoContaining high levels of
Pass the reaction gas through an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution.
And COTwoCan be removed by reaction absorption
You. However, this method requires complicated processes and
High cost, operation to recover and reuse alkali
This was not a good idea because of the high cost. There
Thus, the present inventors have determined that CO TwoDissolution and absorption
We focused on and examined. As a result, COTwoDME separated from
Is returned to the unreacted gas separation step (S2) again,
TwoFrom the reaction gas by utilizing CO as an absorbentTwo
Was found to be able to be efficiently removed. That is, the present invention relates to at least carbon monoxide.
Catalytic reaction of raw material gas containing nitrogen and hydrogen
The monoacid remaining in the reaction product to form ether
To recycle carbonized and hydrogen as raw materials
In this circulated carbon monoxide and hydrogen
A liquid dye that separates carbon dioxide from the reaction product
Contact with tyl ether to absorb and remove it
Related to a method for producing dimethyl ether, characterized by the following:
It is. Mixing of hydrogen and carbon monoxide in source gas
The proportion is HTwo/ CO molar ratio of 0.1 to 20, preferably
Those having a mixing ratio of 0.2 to 5 can be used. Such a field
Examples of coal gas include coal gasification gas and natural gas
Syngas can be mentioned. The dimethyl ether synthesis catalyst includes methanol
Mixed catalyst and methanol dehydration catalyst
And optionally additional water gas shift catalyst.
You. These are used in a mixed state,
The catalyst can be cut off to form a two-stage reaction. Departure
Light is applicable to any of these catalysts. As a methanol synthesis catalyst, there are usually industrial
Copper oxide-zinc oxide used for methanol synthesis, oxidation
Zinc-chromium oxide, copper oxide-zinc oxide / chromium oxide, acid
Copper oxide-zinc oxide / alumina. Methanol dehydration
As the medium, acid-base catalysts such as γ-alumina, silica, silica
Rica-alumina, zeolite and the like. Zeolite
Alkali such as sodium and potassium as metal oxide components
Potassium metal oxides, calcium, magnesium, etc.
Potassium earth oxides and the like. As a water gas shift catalyst
Is copper oxide-zinc oxide, copper oxide-chromium oxide-zinc oxide,
Examples include iron oxide-chromium oxide. Methanol synthesis catalyst
Water gas shift catalyst with strong shift catalytic activity
Can double. Methanol dehydration catalyst and water gas
Alumina-supported copper oxide catalyst also serving as shift catalyst
Can be used. The above-mentioned methanol synthesis catalyst, methanol removal
The mixing ratio of water catalyst and water gas shift catalyst is particularly limited.
Depending on the type of each component or reaction conditions, etc.
Can be selected appropriately, but usually methanol
0.1 to 5 methanol dehydration catalysts per 1 synthesis catalyst
Degree, preferably about 0.2 to 2 and water gas shift
G catalyst is about 0.2-5, preferably about 0.5-3
Is often appropriate. Methanol synthesis catalyst
When the water gas shift catalyst is also used,
The amount of gas shift catalyst is added to the amount of methanol synthesis catalyst.
It is. The catalyst may be a fixed bed type, a fluidized bed type, a slurry
-It can be used for any reaction type
You. In particular, in a slurry bed type reaction, the temperature inside the reactor is uniform.
Low generation of by-products. Below, the slurry bed type reaction is described.
It will be described in detail. In the case of the slurry bed type reaction, the catalyst is in a powder state.
Used, the average particle size is 300 μm or less, preferably 1 to
About 200 μm, particularly preferably about 10 to 150 μm
Is appropriate. For this purpose, pulverize as necessary.
Can be. The medium oil exhibits a liquid state under the reaction conditions.
Any of these can be used. example
Aliphatic, aromatic and alicyclic hydrocarbons, alcohols
, Ethers, esters, ketones and halides,
A mixture of these compounds and the like can be used. In addition, sulfur content
Oil, vacuum gas oil, and hydrotreated coulter
High boiling fraction, Fischer-Tropsch synthetic oil, high boiling
Spotted oils and the like can also be used. The amount of catalyst to be present in the solvent is
It is determined as appropriate depending on the type of solvent, reaction conditions, etc.,
Usually, it is 1 to 50% by weight to the solvent, and 2 to 30% by weight.
% Is preferable. As reaction conditions in a slurry bed reactor
The reaction temperature is preferably 150 to 400 ° C., particularly 25
A range from 0 to 350C is preferred. Reaction temperature is 150 ° C
Lower, or higher than 400 ° C.
Conversion rate decreases. Reaction pressure is 10 to 300 kg / c
mTwo, More preferably 15 to 150 kg / cmTwoEspecially good
Preferably 20-70kg / cmTwoIs appropriate. Reaction pressure
Force is 10kg / cmTwoIf lower, the conversion of carbon monoxide
Low and 300kg / cmTwoHigher makes the reactor special
And a large amount of energy is
It is important and not economical. Space velocity (per kg of catalyst)
Supply rate of the mixed gas in the standard state of
50,000 l / kg · h is preferred, especially 500 to 30
000 l / kg · h. Space velocity of 50,000 l /
If the pressure is greater than kg · h, the conversion rate of carbon monoxide decreases,
If it is smaller than 100 l / kg · h, the reactor becomes extremely large.
It is not economical. The reaction gas thus obtained contains dimethyl
Ether, carbon dioxide, carbon monoxide, hydrogen, water
And methanol, and other by-products such as methane
Substances and impurities contained in the source gas.
The composition of the reaction gas is about 1 to 40% of dimethyl ether.
Always about 3 to 25%, carbon dioxide about 1 to 40%, usually 3
About 25%, carbon monoxide about 10 to 70%, usually 20
About 50%, hydrogen about 10 to 70%, usually 20 to 50
%, Methanol about 0.2-5%, usually 0.5-3%
Degree, water about 0.05-0.8%, usually 0.1-0.5
%, And about 0-5%. Dimethyl ether is separated from this reaction gas.
Use any difference in condensation temperature or boiling point
Is preferred. When utilizing the condensation temperature difference, the reaction
As the gas cools, methanol and water condense first.
You. This condensate may be used for other purposes, such as water and methanol.
And the methanol may be recycled to the reactor.
Upon further cooling, dimethyl ether condenses,
Unreacted carbon monoxide and hydrogen, which are dissolved carbon oxides
Remains in the gas phase. Minutes of carbon dioxide from dimethyl ether
Separation can be performed by distillation. In the method of the present invention, the above-mentioned unreacted gas is used.
Carbon monoxide and hydrogenTwoSeparator removes carbon dioxide
Contact the dimethyl ether liquid
Dissolve and remove existing carbon dioxide. Used for that
The unreacted gas separator used is reactive gas and dimethyl ether
That can cool and maintain good contact between them
Any format is acceptable. For example, Shell and Chu
Type heat exchanger with liquid reservoir or liquefied
Tank type in which reaction gas is blown into dimethyl ether
This is one example. This contact causes COTwoHas liquefied
Dissolved and absorbed in dimethyl ether. Dimethyl ether
Liquefaction occurs at -25 ° C under normal pressure,
The higher the temperature, the lower the temperature
The liquefaction of methyl ether is easy and CO 2TwoAlso dissolves
Increase. If the separation temperature is low, COTwoSeparation efficiency increases
However, the size of the refrigerator has also increased, and equipment costs have increased.
Bulky. Therefore, the temperature in the unreacted gas separator is 0 to-
70 ° C, particularly preferably -20 to -50 ° C. Also the pressure
Is usually equivalent to the reaction pressure. The amount of dimethyl ether to be recycled is
CO in the reaction gas contacted with dimethyl etherTwoof
It is 1 to 10 times, preferably 2 to 5 times. [0026]   Flow rate of CO gas supplied to the reactor (Nl / min): Fin (CO)   CO gas flow rate (Nl / min) flowing out of the reactor: Fout (CO)   DME gas flow rate (Nl / min) flowing out of the reactor: Fout (DME)   MeOH gas flow rate (Nl / min) flowing out of the reactor: Fout (MeOH)   Methane gas flow rate (Nl / min) flowing out of the reactor: Fout (CHFour) Then [0027] (Equation 1) [0028] (Equation 2) [0029] (Equation 3) FIG. 1 shows an example of an apparatus in which the method of the present invention is performed.
It is shown in FIG. This device is similar to the device of FIG.TwoSeparator
The unreacted gas separator S is branched from the DME line 9 of S3.
New DME recycling line 11 for recycling to 2
It is something that was just provided. Unreacted gas separator used in the apparatus of FIG.
FIG. 2 shows an enlarged view of S2. This unreacted gas separator S2
Consists of a vessel with a cooling jacket, and the reaction gas
Line 5, DME, CO at bottomTwoLine 6, DM on top
E recycling line 11, recycled gas line on top
7 are respectively connected by piping. [0032] 【Example】 Example 1 Bubble tower reactor R (inner diameter 90mm, height 2000mm)
A reaction experiment using the reactor of FIG.
° C, pressure 30kg / cmTwoG. N in the reactor R
5730 g of hexadecane and 860 g of powdered catalyst
Was added to form a suspension. In step S1, the gas in the reactor outlet gas
Tanol and water (methanol, water line 4), DM in S2
E and COTwoPart of the gas (DME, COTwoLine 6) Separation
Then, the unreacted gas was purified. The purified unreacted gas is Lisa
Recycle to the reactor inlet through the cycle gas line 7
Was. Make up for the consumed CO gas and hydrogen gas and react
CO gas and hydrogen gas flow rate at the vessel inlet are 30Nl /
And make up of CO gas and hydrogen gas
The flow rate of the gas line 1 was adjusted. In addition, recycled gas
Some of the remaining CO separated in S2TwoContains gas
But CO at the reactor inletTwoGas flow rate is 9Nl / min
The purge amount of the recycle gas was adjusted as described above. Into reactor
By keeping the mouth gas composition constant in this way, CO conversion
The conversion was maintained at 42%. S2 is temperature -30 ° C, pressure 3
0kg / cmTwoControl with G, CO with S3TwoRemove
Circulated DME (11) to S2 at 0.5 mol / min
Was. At this time, the purge rate of the recycle gas was 3.8.
%, Make-up amount of CO gas and hydrogen gas
Losses were 5.0% and 3.4%, respectively.
Was. Comparative Example 1 CO at S3TwoWithout recycling the DME from which
Was performed. At this time, the purge rate of the recycled gas
Is 29.7%, which means that CO gas and hydrogen gas
The losses to the amount of cleanup were 29.1% and 21.
5%. Embodiment 2 Test from line 3 on the container with cooling jacket shown in Fig. 2
Gas (COTwo: DME: CO: HTwo= 10: 10: 40:
40) at 50 mmol / min and DME from line 11
Introduced at 5 mmol / min. At the same time exhaust gas from line 7
From the line 6 to keep the amount of liquefied DME in the container constant.
The DME was extracted to keep it. Pressure is 50kg / cm
TwoG. The temperature inside the container was -30 ° C. Recover gas volume
The composition is measured using a gas chromatograph (detection
(TCD). CO in exhaust gasTwoIs 1.9m
mol / min and COTwoThe separation efficiency was 38%. Embodiment 3 The amount of DME introduced from line 11 was 10 mmol / min.
Except for this, the same experiment as in Example 2 was performed. CO in exhaust gas
TwoIs 2.6 mmol / min and CO 2Two52% separation efficiency
Met. Embodiment 4 The amount of DME introduced from line 11 is 20 mmol / min.
The same experiment as in Example 2 was performed except for the above. C in exhaust gas
OTwoIs 4.1 mmol / min and CO 2TwoThe separation efficiency is 82
%Met. Comparative Example 2 Experiment similar to Example 2 without introducing DME from line 11
Was done. CO in exhaust gasTwoIs 1.0 mmol / min
, COTwoThe separation efficiency was 20%. Embodiment 5 Same as Example 3 except that the inside temperature of the container was set to −40 ° C.
An experiment was performed. CO in exhaust gasTwoIs 3.1 mmol / min
And COTwoThe separation efficiency was 62%. Embodiment 6 Same as Example 3 except that the inside temperature of the container was set to −25 ° C.
An experiment was performed. CO in exhaust gasTwoIs 2.4 mmol / min
And COTwoThe separation efficiency was 48%. [0041] According to the method of the present invention, the recycled gas
COTwoConcentration is kept low and CO in the DME synthesis reaction
High conversion can be maintained. Also, the recycling gas par
Requires minimal or no purging
No, CO, HTwoCan be used effectively. Further, C
OTwoUsing easily separated product DME as absorbent
And the process is simple.

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の方法が実施されるDME製造装置の
一例のフローシートである。 【図2】 図1の未反応ガス分離器の配管接続位置を示
す拡大図である。 【図3】 従来のDME製造装置の一例のフローシート
である。 【符号の説明】 1…メイクアップ(フレッシュ)ガスライン 2…原料ガスライン 3…反応ガスライン 4…メタノール、水ライン 5…反応ガス(含DME、CO2)ライン 6…DME、CO2ライン 7…リサイクルガスライン 8…CO2ライン 9…DMEライン 10…パージライン 11…DMEリサイクルライン R…反応器 S1…メタノール、水分離器 S2…未反応ガス分離器 S3…CO2分離器
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flow sheet of an example of a DME manufacturing apparatus in which a method of the present invention is performed. FIG. 2 is an enlarged view showing a pipe connection position of the unreacted gas separator of FIG. FIG. 3 is a flow sheet of an example of a conventional DME manufacturing apparatus. [Description of Signs] 1 Make-up (fresh) gas line 2 Raw material gas line 3 Reactant gas line 4 Methanol and water line 5 Reactant gas (including DME, CO 2 ) line 6 DME and CO 2 line 7 ... recycle gas line 8 ... CO 2 line 9 ... DME line 10 ... purge line 11 ... DME recycle line R ... reactor S1 ... methanol, water separator S2 ... unreacted gas separator S3 ... CO 2 separator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鹿田 勉 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−181435(JP,A) 特開 平2−9833(JP,A) 特開 平3−52835(JP,A) 特開 平4−264046(JP,A) 特開 昭57−156041(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07C 41/01 C07C 41/09 C07C 43/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Tsutomu Shibata 1-2-1 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Kokan Co., Ltd. (56) References JP-A-3-181435 (JP, A) JP-A-2 -9833 (JP, A) JP-A-3-52835 (JP, A) JP-A-4-264046 (JP, A) JP-A-57-156041 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. . 7, DB name) C07C 41/01 C07C 41/09 C07C 43/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 少なくとも一酸化炭素と水素を含有する
原料ガスを触媒反応させてジメチルエーテルを生成さ
せ、反応生成物中に残存している一酸化炭素と水素を循
環させて原料として再利用する方法において、この循環
される一酸化炭素と水素に同伴される二酸化炭素を前記
の反応生成物から分離した液状のジメチルエーテルに接
触させてこれに吸収させ除去することを特徴とするジメ
チルエーテルの製造方法
(57) [Claim 1] A dimethyl ether is produced by a catalytic reaction of a raw material gas containing at least carbon monoxide and hydrogen, and carbon monoxide and hydrogen remaining in the reaction product are removed. In a method of circulating and recycling as a raw material, it is required that carbon dioxide entrained in the circulated carbon monoxide and hydrogen is brought into contact with liquid dimethyl ether separated from the reaction product and absorbed and removed therefrom. Characteristic method for producing dimethyl ether
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