複合酸法脫水催化生產二甲醚的製作方法

2023-05-31 13:02:56

專利名稱：複合酸法脫水催化生產二甲醚的製作方法
技術領域：
本發明涉及合成氣體領域，是利用甲醇在液體酸性催化劑條件下生產二甲醚的方法。
二甲醚(DME)是一種無色、無毒的產品，腐蝕性小，具有與液化石油氣(LPG)相似的物理性質，對大氣臭氧層無損害，在大氣對流層中極易降解。
二甲醚在常溫下蒸汽壓為0.5Mpa，容易液化，20世紀90年代以來發現它還具有優良的燃燒性能十六烷值高、動力性能好、汙染少、燃燒完全程度優於汽、柴油。並且在儲存、運輸、使用上比液化天然氣更安全。
二甲醚還用於氣霧拋射劑、氣霧推進劑和製冷劑。二甲醚在製藥、染料、化工等工業中有許多用途。二甲醚可與苯發生烷基化反應生成甲苯、二甲苯及多烷基苯，可與一氧化碳反應生成乙酸或乙酸甲脂。與二氧化碳反應則生成甲氧基乙酸等。
目前，生成二甲醚一般是利用甲醇氣體在高溫、高壓下與固體催化劑脫水反應來製取，溫度在300℃左右，壓力為0.5～1.5Mpa(表壓)。如中國專利88101729.9公開了一種生產二甲醚的方法，甲醇氣體在含有少量SiO2的γ-Al2O3催化劑上進行脫水反應來製取。中國專利95113028.5公開了由甲醇生產二甲醚的方法，採用γ-Al2O3、鋁矽酸鹽結晶的複合固體酸催化劑，在多段冷激式反應器中進行脫水反應由甲醇生產二甲醚的方法。該反應溫度為190～380℃，壓力為0.1～1.5Mpa。中國專利98106632.1是採用磷酸鋁作為二甲醚的脫水催化劑，含碳和氫的合成氣製備甲醇和二甲醚的方法。中國專利96191760.1採用合成氣製備燃料級二甲醚的方法。現有技術，存在著加熱溫度高，壓力大，由於是氣固接觸轉化率低，反映設備複雜，投資大等問題。中國專利97116983.7二甲醚的生產方法，是採用陽離子型液體催化劑，反應溫度120℃，壓力0.05Mpa，雖然反應壓力和溫度低，但存在著催化劑主體不明確，催化劑價格較貴，反應脫水不完全等問題。
為了克服現有技術上的缺陷，本發明的目的在於提出了一種投資小成本低的二甲醚的生產方法。為了實現本發明的目的，可以通過以下技術方案實現。1．甲醇和液體復和酸進行脫水催化反應，複合酸破壞了水和硫酸的共沸現象，使水份能夠穩定均衡蒸發出來，達到連續生產二甲醚的目地。
化學反應方程式如下①②③④1)硫酸(93～98％)和磷酸(85％)，作為複合酸液體催化劑。H2SO4∶H3PO4摩爾比為1∶0.5～8。2)合液體酸在120～200℃，壓力0～0.05Mpa和甲醇進行酯化脫水。3)反應產生的二甲醚氣體和水蒸氣、未反應的甲醇氣體經列管式換熱器在≤50℃的條件下冷凝後，氣相部分經分子篩或石灰乾燥後進入壓縮機液化為二甲醚。4)反應脫水過程中蒸發出的水分和部分未反應的甲醇隨二甲醚通過冷凝器後，液相部分進入篩板或填料精餾塔，塔底溫度為90～130℃。液相中溶解的二甲醚在精餾塔頂餾出，乾燥後進入壓縮機。塔中甲醇餾出返回反應器。塔底排除水分。2．據上述1．所述的生產方法，基本特徵在於硫酸和磷酸的摩爾比為1∶1～4。3．根據1．所述的生產方法，其特徵在於甲醇和液體複合酸催化反應生成二甲醚的溫度為130～180℃，壓力為0～0.03Mpa。4．根據1．所述的生產方法其特徵在於列管式換熱器冷卻水溫≤40℃。5．根據1．所述的生產方法其特徵在於塔底溫度為95～110℃。下面將對本發明作進一步的說明本發明是由甲醇在液體複合酸催化劑中脫水生成二甲醚。冷凝後的氣相部分，經乾燥後進入壓縮機液化為液態二甲醚。
甲醇由硫酸催化也可得到二甲醚氣體，但由於反應產生的水份和硫酸共沸的原因，水份不易蒸出並且氣相中酸度大。本發明採用了複合液體酸，作為催化劑，破壞了單一硫酸和水的共沸現象，使沸程提高，利於水份的蒸出，根據化學反應方程式可以看出，複合液體酸的反應和再生是同步進行的，複合液體酸催化劑基本上不消耗，反應可以連續進行，適合工業化生產。
反應產生的氣體經冷凝後，液相部分，水中所溶解的二甲醚約佔液相重量5～20％。未反應的甲醇約佔液相重量20～40％，經精餾塔精餾後在塔中餾出返回反應器繼續反應。液相部分水份含量約佔液相重量40～75％，經精餾塔蒸發出二甲醚和甲醇後由塔底排出。
本發明除反應器需採用耐酸材質，如搪瓷玻璃或其它耐酸金屬和非金屬材料。冷凝器1需耐酸材質如石墨換熱器或其它耐酸金屬和非金屬材質外，均可採用碳鋼或其它金屬或非金屬設備，降低了造價，減少了投資。
首先，甲醇通過流量計進入反應器或通過蒸發後進入反應器，在複合液體酸中進行脫水催化反應，產生二甲醚氣體。反應器通過蒸汽、導熱油、電加熱或其他方式加熱到120～200℃，優選的是130～180℃，更優選的是140～170℃。複合液體酸H2SO4∶H3PO4摩爾比為1∶0.5～8，優選的是1∶1～4，更優選的是1∶1.3～3。
反應產生的氣體，二甲醚、水蒸汽、甲醇氣體經冷凝器1冷凝後，進入儲槽1，氣相部分和精餾塔餾出的二甲醚氣體進入冷凝器2後進入液相儲槽2，氣相部分通過乾燥器後進入壓縮機，壓縮液化為液態二甲醚。如需利用氣態則可不通過壓縮機，而直接利用。液相部分通過泵打入精餾塔，餾出甲醇泵入反應器或泵入甲醇汽化器或甲醇儲槽。反應產生的水由塔底連續排出。
本發明與現有技術相比，採用了低成本的複合酸作為催化劑，反應條件溫和。脫水效果穩定均衡，反應和脫水能夠連續進行，減少了設備腐蝕和設備投資。總回收率達到95％以上，並且生產流程短，生產成本低，具有明顯的經濟效益。
說明書附圖
為生產工藝流程簡圖。
為了更好地說明本發明而不是限制其保護範圍，列出以下實施例
權利要求
1．一種由甲醇經複合酸脫水催化生產二甲醚的方法，反應能夠連續進行。甲醇和液體硫酸與磷酸組成的複合酸進行催化反應生成二甲醚。液體複合酸中硫酸和磷酸的摩爾比為1∶0.5～8。甲醇與液體複合酸的反應溫度為120～200℃，反應壓力為0～0.05MPa。氣體經冷凝後液相部分中溶解的二甲醚氣體經精餾、乾燥後回收二甲醚。
2．根據權利要求1．所述的方法，其特徵在於硫酸和磷酸的摩爾比為1∶1～4。
3．根據權利要求1．所述的方法，其特徵在於甲醇與複合酸的反應溫度為130～180℃，壓力為0～0.03MPa。
全文摘要
本發明屬於氣體合成領域。以甲醇為原料,採用液體複合酸作為脫水催化劑,改變了單一酸脫水催化的共沸現象,使水份能夠穩定均衡脫出,生產能夠連續進行。該方法能量消耗低,設備腐蝕小,生產流程短,設備投資省,生產成本低具有明顯的經濟效益。
文檔編號C07C41/09GK1322704SQ0110799
公開日2001年11月21日 申請日期2001年4月23日 優先權日2001年4月23日
發明者李奇 申請人:李奇