由合成气生产二甲醚的方法和设备技术

本发明专利技术涉及由合成气(SG)生产二甲醚(DME)的方法，其中对至少一股由合成气(SG)形成的进料流(2)实施至少一个合成步骤(A)，其中将存在于进料流(2)中的组分至少部分地转化成二甲醚(DME)，由此获得至少一股至少包含二甲醚(DME)和进料流(2)的未反应的组分的粗产品流(3)。该进料流(2)至少包含氢、一氧化碳和二氧化碳，并且具有2.0至5.0的化学计量数。该进料流(2)还包含4至20摩尔％的二氧化碳，在该进料流(2)中二氧化碳与一氧化碳的比例在由0.5至4的范围内。在等温条件下实施至少一个合成步骤(A)。本发明专利技术还涉及由合成气(SG)生产二甲醚(DME)的设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及根据独立权利要求的主题的由合成气生产二甲醚的方法和设备。
技术介绍
二甲醚(DME)是结构上最简单的醚。二甲醚包含两个甲基作为有机基团。二甲醚具有极性，通常以液态形式用作溶剂。此外，二甲醚可以用作冷却剂，代替传统的氟氯烃。目前二甲醚越来越多地用作燃气(液化气)以及传统发动机燃料如柴油机的替代物。由于其具有55至60的比较高的十六烷值，传统柴油机例如仅需要轻微地改造以利用二甲醚运行。二甲醚燃烧得比较清洁，不会生成烟灰。若二甲醚是由生物量制备的，则将其看作是所谓的生物燃料，因此可以有利的税率上市出售。二甲醚可以直接由甲醇产生，或者间接由天然气或沼气产生。在后一情况下，首先对天然气或沼气进行重整以获得合成气。也可以通过其他方法生产合成气，例如通过废物或生物量的热解。经典的方式是将合成气转化成甲醇，然后进一步转化成二甲醚。与由甲醇进行生产相比，由合成气生产二甲醚在热力学和经济上是有利的。
技术实现思路
本专利技术涉及以单级方式或者直接由合成气生产二甲醚。以单级方式或者直接生产在此理解为在无需如同以两级方式生产时中间分离出甲醇的情况下进行生产。但是在以单级方式生产时所进行的反应也可以供应甲醇作为中间产物，但是甲醇在一个或多个所用的反应器中至少部分地
进一步反应生成二甲醚。较长时间以来相应的方法已经是已知的，下面也会更详细地加以描述。US 2013/0030063 A1涉及一种在以等温方式运行的反应器中由合成气直接合成二甲醚的方法。可以将存在于反应器排出流中的未反应的合成气再循环至反应器。为此，首先冷却反应器排出流，从而冷凝出大部分的水和甲醇以及约40％的二甲醚。借助吸收器使用甲醇作为吸收剂洗出剩余的二甲醚以及大部分的二氧化碳。最后，将以复杂的方式使二氧化碳贫化的循环流以及新鲜的进料送至反应器，其中在反应器中反应的气体混合物的化学计量数最大为2.05的数值，其二氧化碳与一氧化碳的比例最大为0.25。在生产二甲醚时，还可以采用在EP 1 026 141 A1中所述并且在下面更详细地描述的法。例如在文章“DME–the new wonder fuel？”,Nitrogen&Methanol 260,2002,第25至31页中也提及了法及其他用于生产二甲醚的方法。此外，对于更加灵活且更加有效地由合成气生产二甲醚的方法和设备仍然存在需求。基于这一背景，本专利技术建议根据独立权利要求的特征的由合成气生产二甲醚的方法和设备。优选的实施方案是从属权利要求及以下描述的主题。在阐述本专利技术的特征和优点之前，先解释其基本原理和所用的术语。若下面简单地提到生产二甲醚，则是指其中使包含合成气的已知组分的进料即以适当的比例至少包含一氧化碳、二氧化碳和氢的气体混合物反应生成包含二甲醚的产品流的方法。相应的产品流，由于不完全反应及由于在合成二甲醚时发生副反应，特别是取决于所用的催化剂的特性以及合成气组分各自的含量，不仅包含二甲醚，而且还包含其他化合物。它们至少是甲醇、水、二氧化碳、一氧化碳和氢，但也可以是比较少量的甲烷、乙烷、有机酸及更高级的醇。必须至少部分地分离出这些
其他的化合物，从而一方面能够实施后续的分离步骤，另一方面以所需的纯度生产二甲醚。流体(下面对于相应的流、馏份等也简化使用术语“流体”)由其他流体(在此也称作起始流体)导出或者由该流体形成，条件是具有至少一些存在于起始流体中或者由其获得的组分。在此意义上导出或形成的流体可以由起始流体通过分离或分支出一部分或一种或多种组分、针对一种或多种组分进行富集或贫化、使一种或多种组分发生化学或物理转化、加热、冷却、施加压力等而获得或形成。流例如也可以简单地通过由储存容器提取而形成。在此所采用的语言习惯中，流体可以富含或者贫乏一种或多种所含的组分，其中基于摩尔、重量或体积基准，富含可以是至少50％、60％、70％、80％或90％的含量，贫乏可以是最多50％、40％、30％、20％或10％的含量。在此所采用的语言习惯中，可以针对一种或多种组分进行富集或贫化，其中这些术语涉及在形成所述流体的起始流体中相应的含量。基于起始流体，所述流体若包含至少1.1倍、1.5倍、2倍、5倍、10倍、100倍或1000倍含量的相应的组分，则被富集；若包含最多0.9倍、0.5倍、0.1倍、0.01倍或0.001倍含量的相应的组分，则被贫化。主要包含一种或多种组分的流体包含至少50％、60％、70％、80％或90％的所述一种或多种组分，或者在上述定义的意义上富含这些组分。下面，为了表示压力和温度，采用术语压力水平和温度水平，由此应当指出，压力和温度不必以精确的压力或温度数值的形式使用以实现本专利技术的概念。但是这些压力和温度典型地在特定范围内移动，例如围绕平均值±1％、5％、10％、20％或者甚至50％。在此情况下，不同的压力水平和温度水平可以在不相交的范围内或者在彼此重叠的范围内。特别是例如由于冷却效应，压力水平例如包括不可避免的或可预见的压降。这同样适用于温度水平。在此以巴给出的压力水平是绝对压力。如开始已述，可以通过经由甲醇作为中间产物以两级方式由合成气进行合成而生产二甲醚。例如在日本DME论坛的DME手册ISBN978-4-9903839-0-9，2007年，第171页起描述了相应的方法。如所述，以两级方式由合成气生产二甲醚的特征在于，首先由合成气生产甲醇，然后由冷凝物(甲醇和水)分离出未反应的合成气，然后在另一个反应器中对甲醇进行脱水，产生二甲醚和水。为了生产二甲醚，通常使用直立的管式反应器，其均由底部送入施加压力的、经加热的合成气。在顶侧提取所得的产品流，冷却，及送去进行分离。因为全部设备为此需要产生甲醇作为中间产物，还额外需要由甲醇生产二甲醚的装置，所以在两级方法中生产二甲醚是昂贵的(且耗费能量)。在专利文献中，早至1973年(DE 23 62 944 A1，US 4,098,809 A)就已经描述了直接或者以单级方式由合成气生产二甲醚。其特征在于共同的反应阶段，其中甲醇和二甲醚共同由氢、一氧化碳和二氧化碳获得。在该文献中基于此还描述了其他的方法。在一种已知的称作所谓的法的组合方法中，如DME手册第185页起尤其是第187页所述，及例如在所引用的EP 1 026 141A1中所述，使用双功能催化剂，利用其可以形成甲醇和二甲醚。使用至少两个不具有中间分离的反应器，其中以等温方式冷却第一反应器，以绝热方式运行第二反应器。使用化学计量数(见下)约为2的合成气。平行地生产二甲醚和甲醇，其中可以在分离组分之后在另一个反应器中将甲醇转化成二甲醚。在法中，设置越来越多的反应器(以等温方式及以绝热方式运行)。此外，若不期望同时生产甲醇，则必须在另一个反应器中将以较大量产生的甲醇转化成二甲醚。在法中，在其中将仅一种(铜基)催化剂用于甲醇合成的反应器中，可以仅以轻微的程度形成二氧化碳。虽然相应的催化剂在此情
况下原则上不仅催化反应2H2+CO→CH3OH，而且催化反应H2O+CO→H2+CO2(所谓的水煤气转换)，但是因为在反应器进料中几乎不存在水，所以在法中水煤气转换几乎根本无法进行，或者最多以很小的程度进行。在法中，在压缩阶段之前或之间，通常将合成气及循环流冷却到30至4本文档来自技高网...

【技术保护点】
由合成气(SG)生产二甲醚(DME)的方法，其中对至少一股由合成气(SG)形成的进料流(2)实施至少一个合成步骤(A)，其中将存在于进料流(2)中的组分至少部分地转化成二甲醚(DME)，其中获得至少一股至少包含二甲醚(DME)和进料流(2)的未反应的组分的粗产品流(3)，其特征在于，所述进料流(2)包含对应于2.1至5.0的化学计量数的氢、一氧化碳和二氧化碳，并且包含4至20摩尔％的二氧化碳，在所述进料流(2)中二氧化碳与一氧化碳的比例为0.5至4，在等温条件下实施所述至少一个合成步骤(A)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.28 EP 14000295.71.由合成气(SG)生产二甲醚(DME)的方法，其中对至少一股由合成气(SG)形成的进料流(2)实施至少一个合成步骤(A)，其中将存在于进料流(2)中的组分至少部分地转化成二甲醚(DME)，其中获得至少一股至少包含二甲醚(DME)和进料流(2)的未反应的组分的粗产品流(3)，其特征在于，所述进料流(2)包含对应于2.1至5.0的化学计量数的氢、一氧化碳和二氧化碳，并且包含4至20摩尔％的二氧化碳，在所述进料流(2)中二氧化碳与一氧化碳的比例为0.5至4，在等温条件下实施所述至少一个合成步骤(A)。2.根据权利要求1的方法，其中在所述至少一个合成步骤(A)中将氢、一氧化碳和/或二氧化碳转化成甲醇，及在存在其他包含于进料流(2)中的组分的情况下将甲醇进一步转化成二甲醚。3.根据权利要求1或2的方法，其中由粗产品流(3)至少部分地分离出进料流(2)的未反应的组分，并连同合成气(SG)一起用于形成进料流(2)。4.根据权利要求3的方法，其中由粗产品流(3)，将进料流(2)的未反应的组分以主要包含氢、一氧化碳和二氧化碳的循环流(6)的形式至少部分地混入合成气流(1)。5.根据权利要求4的方法，其中由粗产品流(3)额外地获得甲醇流(9)，并至...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·弗里茨，T·巴特施，C·德洛姆，A·佩舍尔，J·芬特，H·克莱因，
申请(专利权)人：林德股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE