[发明专利]用于从甲醇制备二甲醚的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及从甲醇(MeOH)制备二甲醚(DME)的方法和设备，该方法包括：优选通过酸催化缩合，通过分离去反应器中的水，使通过MeOH合成获得的原料MeOH转化为DME，其中进料混合物由原料MeOH和工艺内部获得的基本上从未转化MeOH形成的回流和反应水组成，将该进料混合物加入到塔中，以下被称为MeOH塔，并蒸发，以及将基本上由蒸气MeOH组成的馏出液提供给反应器。

背景技术

现今，MeOH仅仅从合成气CO₂/H₂或者CO/H₂制备，而合成气本身又来源于原油加工的天然气、渣油的重整或者来自煤炭的加压气化。制备的原料MeOH可直接被加工转化为DME，或者通过蒸馏处理获得纯MeOH，随后催化转变为DME和水。在两种情况下，通过蒸馏将获得的DME产物与未转化的MeOH和水分离。通常，原料MeOH经两段或三段蒸馏处理，其中首先除去低沸化合物和溶解的气体特别是CO₂，然后分离MeOH和水，在绝热固定床反应器中，被纯化的MeOH转变为DME，最高达到反应平衡。因为反应器产物由DME、水、未转化的MeOH和微量不凝性轻质气体的混合物组成，反应器产物在两段蒸馏中处理，其中在第一蒸馏段的顶部，DME与未转化的MeOH和反应水分离，在第二蒸馏段的顶部，包含在第一段底部产物中的MeOH与反应水分离，获得的甲醇返流回反应器中。随第一蒸馏段顶部的DME排出的不凝性轻质气体被DME饱和，在气体洗涤阶段通过使用MeOH作为洗涤剂使DME与不凝性的气体分离，之后DME作为气体洗涤阶段顶部的低沸化合物离开系统。因此，不仅在蒸馏DME中，而且在蒸馏主要由MeOH、水和DME组成的MeOH混合物中，都进行分离。一方面，因为DME的产品规格，另一方面MeOH的产品规格，都必须满足各种要求，因此，DME和MeOH的蒸馏要单独进行。上述的手段特别适用于制备广泛用作推进剂气体，例如在发胶和油漆喷涂中使用的高纯度DME。工业级DME是具有优异燃烧性的液化气的替代物。由于十六烷值为55至60，DME可在柴油发动机中用作柴油燃料的替代物。

因为根据欧洲议会的生物燃料规章2003/30/EG和“Council for Promoting the Use of Biofuels or other Renewable Fuels in the Transport Sector”，DME被认为是生物燃料，它可以包含高纯度DME所不允许的杂质。因此，能够省略MeOH的蒸馏，可将原料MeOH直接加入到DME反应器中。例如在描述于US 5,750,799 A的工艺中，未经处理的原料MeOH被直接引入DME反应器中，因此包括MeOH的回流掺有相当大量的水。除未转化的MeOH之外，这种循环水也必须被冷凝，随后在DME反应器之前必须被蒸发，由此极大地降低了工艺的能量效率。另外，由于DME反应器中MeOH转化的减少，增加了循环流，因此，用于制备DME装置的设备和工业组件必须设计地更大。原料MeOH包括必须被中和的碳酸H₂CO₃和少量的有机酸，以避免对用于制备DME的由钢制成的设备和工业组件产生腐蚀现象。通常碳酸钠用于中和原料MeOH。

US 6,740,783 B1描述了通过使用具有沸石催化剂固定床的DME反应器，从原料MeOH制备DME的方法，所述的沸石催化剂首先通过用金属掺杂而减活，以提高催化剂的DME选择性。然而，当长期运转时，持续提供金属导致连续的去活，由此导致催化剂使用寿命的降低。EP 1396483 B1的主题是制备DME的方法，其中将原料MeOH在气相中，在活化的用Na掺杂的Al₂O₃催化剂存在下脱水。用Na有限的掺杂是重要的，以使得不损害催化剂的转化率。这意味着原料MeOH必须基本不含金属和NH₄离子。在提供的原料MeOH和其蒸发中，因此必须小心地避免夹带中和剂。