[发明专利]用于从合成气合成二甲基醚的催化活性体

说明书

发明领域

本发明涉及用于从合成气合成二甲基醚的催化活性体。特别是，本发明涉及一种改进的用于合成二甲基醚的催化活性体，其中所述活性体的组分形成限定的粒径分布。此外，本发明涉及一种制备催化活性体的方法、催化活性体的用途以及从合成气制备二甲基醚的方法。

发明背景

烃在现代生活中是必需的，其用作燃料和原料，包括化学工业、石油化学工业、塑料工业和橡胶工业。化石燃料例如油和天然气是由具有特定碳氢比率的烃组成的。尽管化石燃料的广泛应用和高需求，但是化石燃料也在有限来源和它们在燃烧时对全球变暖影响方面存在限制和不利之处。

关于替代燃料方面的研究主要是由于生态和环境方面的考虑而开始的。在替代燃料中，最近发现二甲基醚(DME)是一种清洁的燃料，其可以从合成气合成，合成气是从不同的初始来源产生的。这些初始来源可以是天然气、煤、重油和生物质。迄今为止，仅仅提到了两种从合成气制备DME的方法，其中一种方法是常规的甲醇合成，然后进行脱水步骤；另一种方法是将合成气在单个步骤中直接转化成DME。

最近，注意力集中到从合成气直接合成二甲基醚，其中使用催化体系，此催化体系组合了甲醇合成催化剂和用于从所述醇脱水的催化剂。在实验研究基础上确认了甲醇合成阶段和甲醇脱水阶段都能在一个合适的催化体系中同时进行。根据所用的合成气，催化剂可以另外显示水煤气转换活性。

大多数已知的制备甲醇的方法涉及合成气。合成气是一种主要包含氢气、一氧化碳和二氧化碳的混合物，其中甲醇是由合成气在催化剂的存在下制备的。

在随后的步骤中，甲醇可以通过在酸性催化剂的存在下脱水而被转化成DME。

在直接DME制备中，主要有两个从合成气发生的完全反应。这些反应如下所示，即反应(1)和反应(2)

反应(1)是在三种反应合并的情况下进行，这些反应是甲醇合成反应、甲醇脱水反应和水煤气转换反应：

  (甲醇合成反应)

  (甲醇脱水反应)

  (水煤气转换反应)

反应(1)具有H₂/CO的化学计算比率1:1，并且与反应(2)相比具有一些优势。例如，与在反应(2)中从体系除去水相比，反应(1)通常允许更高的单路径转化率和较少的能耗。

用于制备二甲基醚的方法是现有技术中公知的。在文献中描述了数种方法，其中DME直接与甲醇一起通过在从合成气合成甲醇中和甲醇脱水中都使用催化活性体制备。合适的用于合成气转化阶段的催化剂包括常规使用的甲醇催化剂，例如基于铜和/或锌和/或铬的催化剂，以及甲醇脱水催化剂。

文献US6,608,114B1描述了一种通过将来自甲醇反应器的流出物料流进行脱水来制备DME的方法，其中甲醇反应器是淤浆泡罩塔反应器(SBCR)，其含有甲醇合成催化剂，将含有氢气和一氧化碳的合成气料流转化成含有甲醇的流出物料流。

文献WO2008/157682A1提供了一种形成二甲基醚的方法，其中将从氢气和二氧化碳的混合物制备的甲醇进行双分子脱水，所述混合物是通过甲醇、水和二氧化碳按照约3:2:1的比率进行重整获得的。随后在双重整过程中使用在甲醇脱水中产生的水，这导致二氧化碳与甲醇之间的总比率为约1:3，从而制备二甲基醚。

文献WO2009/007113A1描述了一种制备二甲基醚的方法，其中将合成气催化转化成二甲基醚，包括使含有二氧化碳的合成气料流与一种或多种在形成甲醇和将甲醇脱水成二甲基醚中呈活性的催化剂接触，从而形成含有组分二甲基醚、二氧化碳和未转化合成气的产物混合物，将含有二氧化碳和未转化合成气的产物混合物在第一洗涤区中用第一种富含二甲基醚的溶剂洗涤，随后将来自第一洗涤区的流出物在第二洗涤区中用第二种富含甲醇的溶剂洗涤以形成含有未转化合成气且具有降低含量的二氧化碳的蒸气料流，将所述含有未转化合成气且具有降低含量的二氧化碳的蒸气料流转移以用于进一步加工成二甲基醚。

文献WO2007/005126A2描述了一种制备合成气混合物的方法，所述合成气混合物适用于转化成含氧化合物例如甲醇，或转化成费歇尔-托普液体。

US 6,191,175B1描述了一种改进的从基本上化学计算量平衡的合成气制备富含DME的甲醇和二甲醚混合物的方法，其中使用新的合成步骤的组合。