[发明专利]一种浆态床合成气制二甲醚反应工艺

说明书

技术领域：本发明属碳一化学技术领域，具体涉及一种浆态床合成气制二甲醚反应工艺及其相应设备。

背景技术：合成气制二甲醚反应发生三个相对独立的反应：一氧化碳加氢合成甲醇反应、甲醇脱水生成二甲醚反应和水气变换反应。总反应速度与浆态床反应器的液相成分特性、反应热力学、催化剂体系、反应条件均有关系。浆态床反应工艺已有人应用于合成气制二甲醚，例如美国专利US5218003，US5389689，US5753716，日本专利JP3-181435，他们都采用浆态床合成气制二甲醚技术。从目前研究水平看，通常能使合成气单程转化率达到30％～50％，二甲醚选择性达到50％～80％。

发明内容：本发明目的是提供一种通过优化操作条件而提高单程转化率和二甲醚选择性的浆态床合成气制二甲醚反应工艺和设备。

本发明浆态床合成气制二甲醚反应工艺，采用浆态床反应器，它将双功能催化剂悬浮于惰性液体介质中，合成气首先溶入惰性介质，而后扩散到铜基催化剂表面进行反应生成甲醇，再在甲醇脱水催化剂表面进一步反应生成二甲醚。因此，浆态床合成气制二甲醚过程既包括化学过程，又包括溶解、扩散、吸附、解吸等物理过程。特别是通过选用惰性溶剂，研制双功能催化剂，控制反应温度，反应压力，合成气空速，使整个反应体系有利于二甲醚合成，达到抑制副反应的目的。上述的惰性溶剂为液体石蜡、矿物油、芳烃及其衍生物。上述的双功能催化剂由甲醇合成催化剂和甲醇脱水催化剂组成，双功能催化剂平均粒径50～300目，双功能催化剂密度0.7～1.5g/cm³。所述的反应温度200～300℃，所述的反应压力3.0～7.0MPa。

本发明所述的溶剂，在反应操作条件下，合成气溶解度较高，在合成甲醇和二甲醚过程中不影响双功能催化剂的活性和选择性，与反应产物互溶性较小，在反应体系中呈液相。该溶剂可以是苯、苯甲醚、联苯醚、液体石蜡、矿物油。

本发明所确定的双功能催化剂采用金属盐与酸性组成共沉淀沉积而成，催化剂中金属氧化物为氧化铜、氧化锌、氧化铬、氧化铈中的一种或几种的混合物，酸性组分为分子筛、氧化铝、磷酸铝中的一种或几种的混合物，金属氧化物在双功能催化剂中重量百分含量为30％～70％，酸性组分在双功能催化剂中重量百分含量为25％～65％。酸性组分为自制的或商品假勃姆石在温度500～600℃条件下恒温焙烧不少于2h，制得γ-Al₂O₃，其中金属氧化物重量CuO为20％～40％，ZnO为15％～30％。

本发明所确定的反应温度范围为200～350℃，最佳反应温度为230～300℃，浆态床合成气制二甲醚反应工艺，有效降低双功能催化剂脱水组分的活性温度。假如单独使用γ-Al₂O₃作为甲醇脱水制二甲醚的催化剂，其活性温度要在290℃以上，最佳的脱水活性温度为300～350℃，在反应温度为260℃时，γ-Al₂O₃脱水催化活性几乎没有。本发明解决了双功能催化剂中甲醇合成组分和甲醇脱水组分之间活性温度不匹配的问题。

本发明所确定的反应操作压力范围为2.0～10.0MPa，最佳操作压力为3.0～7.0MPa，合成气空速为：500～5000h^-1。

本发明新型浆态床制二甲醚反应工艺，由于优化了多种操作条件，有效地提高了CO单程转化率和二甲醚选择性。

附图说明：附图1为本发明工艺流程示意图。附图1中，R-反应器；E-换热器；F-气液分离器；D-定压器；G-中间罐体；C-循环压缩机；H-初冷器；T1-脱CO2塔；T2-二甲醚精馏塔；T3-甲醇精馏塔。

具体实施方式：下面结合实施例进一步说明本发明。

实施例一

将粒度100～200目的DME-98型双功能催化剂，与液体石蜡混合均匀后装入反应器，用N₂-H₂混合气还原后，切换成合成气，合成气体积组成为(H₂/CO＝2.83，CO2 0.64％)，在反应温度为256℃，反应压力为4.0MPa，空速为1200h^-1的条件下，CO转化率为67.93％，二甲醚选择性为94.26％。

实施例二