[发明专利]一种生产二甲醚的催化剂及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产二甲醚的催化剂及制备方法与应用，具体地说涉及一种甲醇脱水制二甲醚催化剂及制备方法与应用。

背景技术

煤炭是我国的主要能源，其在一次能源消费中的比例达70％以上，但能源利用率低，污染严重。随着人们生活水平的提高，对清洁能源的要求越来越迫切。虽然城市煤气、天然气已进入千家万户，但仍有很多地区不能使用这些清洁燃料。基于这个目的，需要寻求新的清洁能源并使其进入城市煤气、天然气所不能覆盖的地区。液化石油气(LPG)可以替代一部分城市煤气、天然气进入居民家庭，但我国液化石油气供应紧张，因此开发新的清洁能源是人们近年来一直追求的目标。

二甲醚(DME)是重要的化工原料，由于具有与液化石油气相似的物理性质、燃烧时污染小的特性，被誉为二十一世纪的清洁燃料。

目前，二甲醚的生产方法主要是甲醇脱水法。但所采用的催化剂和工艺有所不同，如：中国专利01107996.7、CN1229317C、CN1111231A分别采用液相法生产二甲醚，所用的催化剂为超强酸、复合酸、硫酸等。液相法生产二甲醚，虽然投资少，但由于液体酸具有腐蚀性，对环境造成较大的污染，因此趋于淘汰。

而US4595785提出了用钛酸铝改性的γ-Al₂O₃作脱水催化剂合成二甲醚，可以提高反应速度并减少副反应和结焦，但反应温度较高达300～400℃。CN1613558A报道了用硫酸盐改性氧化铝并用于甲醇脱水制二甲醚的过程，虽然能在较低的温度下取得较好的反应结果，但催化剂制备过程中有硫酸根的存在，大量生产对环境不利。CN1830934A对甲醇脱水制二甲醚的工艺进行了描述，但其工艺操作温度偏高。CN1125216A采用的复合固体酸催化剂由铝硅酸盐、氧化铝以及镧、锰、硅的混合金属氧化物组成，其制备方法较为烦琐；该方法采用的多段冷激式绝热反应器，由于催化剂床层反应温差大，降低了产物的选择性和催化剂的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种无污染、反应温度低、反应性能好、制备简便的生产二甲醚清洁燃料催化剂及制备方法和应用。

本发明的催化剂重量百分比组成为：γ-Al₂O₃60～80wt％、ThO₂1～15wt％、Ga₂O₃ 1～15wt％、ZrO₂ 1～15wt％、粘合剂10～25wt％。

如上所述的粘合剂为氧化铝、铝溶胶或分子筛粘合剂。氧化铝为湖北海之杰化工科技有限公司生产的PS-AO₂小孔氧化铝；铝溶胶为青岛诚凯化工有限公司生产的铝溶胶；分子筛粘合剂为明光市龙腾矿物有限公司生产的分子筛粘合剂。

本发明催化剂制备方法是：将γ-Al₂O₃、ThO₂、Ga₂O₃、ZrO₂、粘合剂分别破碎到200目以下，按催化剂重量百分比组成将其混合，搅拌12～24小时，成型，在80～120℃干燥，在350～500℃焙烧制得催化剂。

本发明催化剂的应用工艺：

甲醇从二甲醚合成塔的顶部进入装有催化剂的二甲醚合成塔，在反应温度260～320℃，液体空速0.8～1.2h^-1，反应压力0.4～0.8MPa工艺条件及催化剂的作用下生成二甲醚，反应尾气从二甲醚合成塔的底部出塔，从二甲醚精馏塔的中部进入二甲醚精馏塔；

二甲醚精馏塔的操作条件为塔顶20～55℃，塔釜120～145℃，压力0.4～0.8MPa，从二甲醚精馏塔顶部出来的气体进入冷凝器冷凝。冷凝器中的液体部分进入回流罐进行回流，部分进入二甲醚储柜。从二甲醚精馏塔底部出来的粗甲醇进入甲醇储槽。

甲醇储槽中的粗甲醇经过预热后，从甲醇精馏塔的中部进入塔内。甲醇精馏塔的操作条件为塔顶64～67℃，塔釜98～108℃，压力0.2～0.3MPa，甲醇精馏塔顶部的精甲醇进入二甲醚合成塔，水从甲醇精馏塔底部排放。

发明优点：本工艺所用的催化剂制备简便、快速；操作条件比较温和，反应性能好，无污染。生产的二甲醚清洁燃料直接输送到居民家庭，减少了更换液化气罐给居民生活带来的不变。

具体实施方式