Спосіб отримання диметилового ефіру методом одностадійного синтезу і його виділення

Незалежний науково-технічний портал WWW.NTPO.COM - Банк технологій, винаходів і наукових відкриттів Повна версія сайту

В даний час ДМЕ використовується в основному в газових приладах побутового призначення і як пропеллент для аерозолів. В останні два десятиліття в зв'язку з неухильним зростанням цін на нафтопродукти і пов'язане з цим зміна сировинної бази для виробництва продуктів і напівпродуктів нафтохімічного синтезу на природний газ, намітилося ще кілька напрямків використання ДМЕ - в якості альтернативного екологічно чистого палива для двигунів внутрішнього згоряння або вихідної сировини для синтезу бензину і олефінів.

Для цілей сучасної нафтохімічної промисловості ДМЕ в обмежених кількостях отримують з метанолу шляхом його дегідратації з використанням активної гамма окису алюмінію, а так само як побічний продукт в синтезі метанолу.

Особливостями одностадійного синтезу ДМЕ із синтез-газу, який може бути описаний системою стехиометрических рівнянь (1) - (3), є неповна конверсія синтез-газу за прохід, екзотермічність протікають в системі реакцій, утворення поряд з ДМЕ в значних кількостях метанолу та оксиду вуглецю (IV):

Найбільш оптимальним за складом для синтезу ДМЕ є синтез-газ з співвідношенням водень / оксид вуглецю (II), близьким до 1,0, який отримують в основному в процесі газифікації вугілля.

Разом з тим, вУкаіни синтез-газ з природного газу отримують в основному методом парового риформінгу, при цьому склад синтез-газу (співвідношення водень / оксид вуглецю (II) 4,5-5,0, модуль 2,6-3,0) є найменш сприятливим для синтезу ДМЕ. Збільшення попиту на ДМЕ призводить до необхідності пошуку нових технічних рішень для проведення процесу одностадійного синтезу. У зв'язку з цим завдання розробки процесу синтезу ДМЕ із синтез-газу, отриманого саме цим способом, і його виділення з контактних газів є актуальною.

Так, відомий спосіб отримання диметилового ефіру з синтез-газу, описаний в патенті DE 4222655, згідно з яким прямий синтез ДМЕ із синтез-газу з модулем 1,3 здійснюється при температурі 200-350 ° C, тиску 1,0-10,0 МПа і кратності циркуляції 1,0-5,0 на біфункціонального каталізаторі, що містить в своєму складі компоненти синтезу метанолу та його дегідратації. Виділення ДМЕ заданого якості здійснюється за схемою, що включає охолодження і сепарацію при високому тиску на газову і рідку фази; абсорбцію ДМЕ і оксиду вуглецю (IV), що містяться в газовому потоці, метанолом; регенерацію абсорбенту - метанолу; виділення оксиду вуглецю (IV), що міститься в рідкій фазі після сепарації і газовій фазі після десорбції, методом екстрактивної ректифікації, при цьому в якості екстрагента використовують метанол або воду або 10-30% мас. водний розчин метанолу; поділ еквімолярної суміші ДМЕ / метанол / вода методом ректифікації по двоколонні схемою.

Недоліком способу є необхідність виділення поряд з ДМЕ побічного продукту - метанолу (двухпродуктовая схема), і громіздке аппаратурно-технологічне оформлення процесу, яке передбачає використання як мінімум п'яти стадій для виділення товарного ДМЕ.

Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб отримання диметилового ефіру з синтез-газу з модулем 2,2-2,7 (співвідношення водень / оксид вуглецю (II) 2,2-4,2), описаний в патенті фірми Haldor Topse US5908963, згідно з яким процес здійснюється при температурі 240-290 ° C, тиску 42 бар і кратності циркуляції 4,0-5,0 на біфункціонального каталізаторі. Поділ продуктів реакції включає стадії охолодження і сепарації контактного газу; повернення частини газового потоку без виділення оксиду вуглецю (IV) на синтез оксигенатів; виділення ДМЕ з газів здування абсорбцією метанолом; отримання додаткової кількості ДМЕ дегідратацією насиченого абсорбенту; поділ рідкої фази і продуктів реакції дегідратації, що містять суміш ДМЕ / метанол / вода, методом ректифікації по двоколонні схемою, при цьому виділяється метанол використовується в якості абсорбенту на стадії виділення ДМЕ з газів здування, а водний конденсат виводиться з системи. Вихід і селективність ДМЕ по вуглецю в розрахунку на вуглець оксидів вуглецю (II) і (IV) становить 83,9-85,4% мас. і 89,6-90,3% мас. відповідно при рівні використання вуглецю 93,7-94,6%.

Недоліком способу є недостатньо високий вихід і селективність утворення ДМЕ, а також чистота продукту - одержуваний ДМЕ містить в своєму складі до 20% мас. домішок - метанолу та води і може бути використаний тільки в якості палива в двигунах внутрішнього згоряння.

Разом з тим, присутність метанолу в ДМЕ, що використовується в якості вихідної сировини для синтезу бензину і олефінів, небажано, оскільки метанол призводить до утворення побічних продуктів, таких як дурол і метан. Крім того, присутність метанолу та оксиду вуглецю (IV) в ДМЕ погіршує експлуатаційні характеристики палива.

Реалізація запропонованого способу отримання диметилового ефіру можлива при використанні синтез-газу, що відповідає модулю 1,0-3,0 і співвідношенню водень / оксид вуглецю (II), рівному 1,0-5,0.

У запропонованому способі отримання диметилового ефіру в якості каталізатора типу 1 використовують мідь-цинковий каталізатор, розташований на всіх щаблях реактора, а в якості каталізатора типу 2 - мідь-цинк-хромовий каталізатор, розташований на останньому щаблі реактора пошарово під каталізатором типу 1 по ходу основного газового потоку.

Неконденсірующаяся після абсорбції диметилового ефіру гази, що містять водень, оксиди вуглецю (II) і (IV), метан, азот, а також сліди метанолу та диметилового ефіру, направляють на змішання з вихідним синтез-газом як газ рецикла.

Газ після стріппінг, що містить переважно оксид вуглецю (IV), направляють на змішання з вихідним синтез-газом як газ рецикла.

Технічний результат від використання пропонованого винаходу полягає:

1) у збільшенні виходу і селективності освіти ДМЕ в розрахунку на вуглець оксидів вуглецю (II) і (IV) в порівнянні з прототипом за рахунок використання двошарової завантаження каталізатора на останньому щаблі реактора і рецикла метанолу на вхід першої секції реактора.

3) у спрощенні процесу за рахунок виключення окремої стадії дегідратації метанолу.

Схема отримання і виділення ДМЕ працює наступним чином:

Реактор синтезу ДМЕ (3) являє собою Секціонірованние адіабатичний апарат з холодними квенчамі, в який завантажено два типи біфункціонального каталізатора. На всіх щаблях реактора розташований модифікований активної гамма окисом алюмінію промисловий мідь-цинковий каталізатор синтезу метанолу (тип 1). На третьому щаблі розташовано два шари каталізатора: перший шар мідь-цинковий каталізатор (тип 1), другий шар, розташований під першим по ходу основного газового потоку, - мідь-цинк-хромовий каталізатор (тип 2). Характеристика каталізаторів представлена ​​в таблиці 1.

Характеристика використовуваних каталізаторів синтезу ДМЕ.

Контактні гази з реактора охолоджують до 40 ° С, при цьому пари метанолу та води конденсуються. Отримана паро-газо-рідинна суміш надходить в сепаратор (5), де відбувається поділ фаз.

Перелічені нижче приклади ілюструють пропоноване винахід, але жодним чином не обмежують його.

Номери потоків в таблицях матеріального балансу відповідають позиціям, наведеним на фіг.1. Принципова схема процесу одержання диметилового ефіру методом одностадійного синтезу і його виділення.

В якості сировини використовують синтез-газ з модулем 2,9 і співвідношенням водень / оксид вуглецю (II), рівним 4,7. Процес проводять в реакторі синтезу ДМЕ (3), в який завантажено два типу каталізатора, при тиску 7,0 МПа, температурі 240-300 ° C і кратності циркуляції 5,0-5,5 за способом, описаному вище.

ДМЕ з контактних газів послідовно виділяють в абсорбере (8), стріппінг-колоні (9) і ректифікаційної колоні (10).

Стріппінг оксиду вуглецю (IV) з насиченого абсорбенту проводять при тиску 1,0-1,5 МПа і температурі в кубі колони 100-120 ° C. Газ стріппінг, що містить в своєму складі в основному оксид вуглецю (IV), за допомогою компресора (2) компріміруется до тиску 7,0 МПа і направляється на змішання з газами з абсорбера (8) і далі зі свіжим синтез-газом.

Результати, отримані при інженерних розрахунках матеріального балансу описаного вище процесу, наведені в таблиці 2.

В обраних умовах досягнутий вихід і селективність ДМЕ в розрахунку на вуглець оксидів вуглецю (II) і (IV) 90,6% мас. і 97,8% мас. відповідно при рівні використання вуглецю 92,6% мас. і продуктивності по ДМЕ 0,21 кг (ДМЕ) / нм 3 (синтез-газ).

Результати розрахунку матеріального балансу наведені в таблиці 3.

Матеріальний баланс схеми, яка працює за прикладом 2.

1-свіжі і синтез-газ

В обраних умовах досягнутий вихід і селективність ДМЕ в розрахунку на вуглець оксидів вуглецю (II) і (IV) 86,2% мас. і 92,8% мас. відповідно при рівні використання вуглецю 92,8% мас. і продуктивності по ДМЕ 0,22 кг (ДМЕ) / нм 3 (синтез-газ).

Матеріальний баланс схеми, яка працює за прикладом 3.

В обраних умовах досягнутий вихід і селективність ДМЕ в розрахунку на вуглець оксидів вуглецю (II) і (IV) 89,0% мас. і 93,1% мас. відповідно при рівні використання вуглецю 95,6% мас. і продуктивності по ДМЕ 0,28 кг (ДМЕ) / нм 3 (синтез-газ).

Матеріальний баланс схеми, яка працює за прикладом 4.

Матеріальний баланс схеми, яка працює за прикладом 5.

1-свіжі і синтез-газ

Таким чином, без використання каталізатора типу (2) отримують ДМЕ з низьким виходом. Вихід і селективність ДМЕ в розрахунку на вуглець оксидів вуглецю (II) і (IV) становить 74,2% мас. і 92,6% мас. відповідно при рівні використання вуглецю 80,2% мас. і продуктивності по ДМЕ 0,17 кг (ДМЕ) / нм 3 (синтез-газ).

2. Спосіб отримання диметилового ефіру по п.1, що відрізняється тим, що використовують синтез-газ, який характеризується модулем 1,0-3,0 і співвідношенням водень / оксид вуглецю (II), рівним 1,0-5,0.

3. Спосіб отримання диметилового ефіру по п.1, що відрізняється тим, що в якості каталізатора типу 1 використовують мідь-цинковий каталізатор, розташований на всіх щаблях реактора, а в якості каталізатора типу 2 - мідь-цинк-хромовий каталізатор, розташований на останньому щаблі реактора пошарово під каталізатором типу 1 по ходу основного газового потоку.

4. Спосіб отримання диметилового ефіру по п.1, що відрізняється тим, що неконденсірующаяся після абсорбції диметилового ефіру гази, що містять водень, оксиди вуглецю (II) і (IV), метан, азот, а також сліди метанолу та диметилового ефіру, направляють на змішання з вихідним синтез-газом як газ рецикла.

5. Спосіб отримання диметилового ефіру по п.1, що відрізняється тим, що газ після стріппінг, що містить переважно оксид вуглецю (IV), направляють на змішання з вихідним синтез-газом як газ рецикла.

File engine / inc / cackle_template.php not found.