[发明专利]二甲醚羰基化的方法及其用途与反应设备

说明书

技术领域

本发明涉及利用二甲醚制备乙酸甲酯的技术领域，尤其是涉及一种二甲醚羰基化的方法及其用途与反应设备。

背景技术

鉴于我国“富煤贫油少气”的能源现状，同时靠发酵生产乙醇将可能导致“与人争粮”的局面，所以亟需开发出大规模以煤为原料生产乙醇的技术，保障我国能源和粮食安全。目前经合成气→甲醇→二甲醚→乙酸甲酯→乙醇的工艺技术路线得到广大科研人员的关注，在该工艺技术路线中仅二甲醚羰基化制备乙酸甲酯的技术没有工业化，其余步骤已经得到大规模工业化应用。该工艺是一条新兴的煤制乙醇路线，具有反应条件温和、原子经济性高、选择性好、催化剂廉价易得等优点。

2006年美国伯克利Iglesia研究小组发现在具有八元环和十二元环或十元环的分子筛体系中如丝光沸石，镁碱沸石进行二甲醚羰基化反应，结果认为在八元环的酸活性中心上进行了羰基化反应，乙酸甲酯选择性高达99％，但二甲醚羰基化活性非常低，这一发现引起了众多研究者的关注。运用动力学手段并结合红外分析手段表征研究表明，二甲醚羰基化反应主要在丝光沸石分子筛的八元环内进行，二甲醚先在酸位上吸附、解离产生甲氧基中间体，然后由吸附在Lewis酸位上的CO进攻甲氧基的C-O键，形成乙酰基过渡态，此为反应的速控步骤。该路径有反应条件温和、产物乙酸甲酯选择性高的特点。丝光沸石分子筛的二甲醚羰基化反应特性不同于单纯的分子筛择形催化作用，Corma等将丝光沸石分子筛上八元环内羰基化反应的这种催化效果形象比喻成类似于“酶”的“专一性”作用，影响羰基化反应的活性不仅是由于分子筛中八元环孔道尺寸大小的限制，还受到过渡态甲氧基物种在八元环内吸附方向的限制，这种特异性类似于“酶的专一性”。

目前，二甲醚羰基化反应的研究重点一直是催化剂的开发，重点解决催化剂稳定性较差的问题，这一问题即是阻碍其工业化发展的关键问题。二甲醚羰基化反应中用的催化剂，其使用寿命较短，一般在20-48h左右，因此在生产过程中经常需要停机以再生催化剂，这无形中降低了生产效率，并增加了生产维护成本。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种二甲醚羰基化的方法，以缓解现有技术的二甲醚羰基化反应中由于催化剂的再生处理导致的生产效率低和维护成本高技术问题。

本发明的第二目的在于提供一种二甲醚羰基化的方法的用途，利用该方法可以大规模生产乙酸甲酯或乙醇。

本发明的第三目的在于提供一种用于二甲醚羰基化的反应设备，利用该反应设备可以实现催化剂的在线再生，以提高生产效率。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种二甲醚羰基化的方法，包括以下步骤：将反应原料二甲醚、一氧化碳和氢气通入反应器内，在催化剂的作用下进行二甲醚羰基化反应，之后将催化剂与反应产物分离，分离后的催化剂在反应器外部进行再生处理后再通入反应器内进行反应。

进一步的，通入二甲醚、一氧化碳和氢气的空速为2000～4000ml/(g·h)；

优选地，反应温度为160～240℃，反应压力为3.0MPa～5.5MPa；

优选地，二甲醚与一氧化碳的摩尔比为1：(2～5)，氢气与一氧化碳摩尔比为(1～3):1。

进一步的，所述催化剂为丝光沸石分子筛；

优选地，所述催化剂为多级孔氢型丝光沸石分子筛；

优选地，所述催化剂为有机胺修饰的多级孔氢型丝光沸石分子筛；

优选地，所述丝光沸石分子筛的硅铝比为12～20；

优选地，有机胺为吡啶。

进一步的，所述反应器为流化床反应器或沸腾床反应器。

进一步的，所述再生处理依次包括汽提、烧焦、钝化和干燥的步骤；

优选地，所述汽提过程中，汽提温度为300～350℃，汽提气体注入量为催化剂重量的1％～3％；

优选地，所述烧焦过程中，烧焦温度为450～500℃；

优选地，所述钝化过程包括用有机胺钝化丝光沸石分子筛中的酸性位；

优选地，有机胺钝化丝光沸石分子筛的钝化温度为300～320℃；

优选地，所述干燥过程中，干燥温度为200～250℃。

进一步的，通过沉降将催化剂与反应产物分离；

优选地，分离后的反应产物依次经冷凝器和气液分离器后得到乙酸甲酯。

一种上述二甲醚羰基化的方法在制备乙酸甲酯或乙醇中的用途。