合成气直接制取二甲醚工艺简介
合成气直接制取二甲醚工艺简介
合成气直接制取二甲醚工艺简介中国科学院大连化学物理研究所天然气化工与应用催化研究室1. 前言随着煤化工、天然气化工和C1 化学的发展，人们竞相寻找除合成气制合成氨和甲醇外的加工途径，合成气（煤基或天然气）直接制取二甲醚已成为关注焦点。
由于二甲醚是具有多种用途的环保产品，许多发达国家投入巨资进行合成气直接制取二甲醚合成技术及其下游产品的开发研究。
与国外相比，我国对二甲醚的研究工作起步较晚，大连化学物理研究所则是国内最早从事合成气直接制取二甲醚研究的科研单位之一。
合成气直接制取二甲醚是国家“八五”科技攻关项目“合成气经由二甲醚制取低碳烯烃”的子课题，该项目历经实验室研究和中试放大，于1995年八月完成全部工艺开发工作。
“合成气经由二甲醚制取低碳烯烃”项目分别获1996年度中国科学院科技进步特等奖、国家“八五”科技攻关重大科技成果奖（国家计委、国家科委及财政部颁发），使建设万吨级二甲醚工业示范装置成为可能。
2．二甲醚的性质与用途二甲醚的分子式CH3OCH3,常压下沸点：－24.9 ℃,20℃时饱和蒸汽压0.5 MPa,爆炸极限3.4-18℅,自燃温度350℃.二甲醚无毒、无味、易挥发，它不易形成过氧化物，在空气中十分稳定。
二甲醚与水及有机溶剂互容性好。
二甲醚是一种在制药、染料、农药、涂料及日用化学等领域有着非常广泛用途的精细化工产品。
随着人们环保意识的增强，目前世界各国都在寻求对环境无害的气雾剂来替代氯氟烃。
二甲醚作为气雾剂有其独特的优点－对金属无腐蚀、易液化以及它的溶解能力使二甲醚在配制气雾剂产品中具有双重功能：推进剂和溶剂。
由于它水溶性好，可以大幅度降低气雾剂中乙醇及其他有机物的含量，从而减少对环境的污染，因此二甲醚在气溶胶工业中已得到广泛的应用，尤其在欧美发达国家。
广东省中山精细化工实业有限公司已建立规模为5000吨/年二甲醚的装置，其全部产品用作气雾剂。
此外，精品二甲醚还可用作制冷剂和发泡剂等。
二甲醚(DME)的主要用途和生产方法
二甲醚（DME）的主要用途1.1.1替代氯氟烃作气雾剂随着世界各国的环保意识日益增强，以前作为气溶工业中气雾剂的氯氟烃正逐步被其他无害物质所代替。
1.1.2.用作制冷剂和发泡剂由于DME的沸点较低, 汽化热大，汽化效果好，其冷凝和蒸发特性接近氟氯烃，因此DME 作制冷剂非常有前途。
国内外正在积极开发它在冰箱、空调、食品保鲜剂等方面的应用，以替代氟里昂。
DME作为作发泡剂，国外已相继开发出利用DME 作聚苯乙烯、聚氨基甲酸乙酯、热塑聚酯泡沫的发泡剂。
发泡后的产品，孔的大小均匀，柔韧性、耐压性、抗裂性等性能都有所增强。
1.1.3.DME用作燃料由于DME具有液化石油气相似的蒸气压，在低压下DME 变为液体，在常温、常压下为气态，易燃、毒性很低,并且DME的十六烷值(约55) 高，作为液化石油气和柴油在汽车燃料方面的代用品，条件已经成熟。
由于它是一种优良的清洁能源，已日益受到国内外的广泛重视。
在未来十年里，DME 作为燃料的应用将有难以估量的潜在市场，其应用前景十分乐观。
可广泛用于民用清洁燃料、汽车发动机燃料、醇醚燃料。
1.1.4.DME用作化工原料DME 作为一种重要的化工原料, 可合成多种化学品及参与多种化学反应：与SO3 反应可制得硫酸二甲酯；与HCl 反应可合成烷基卤化物；与苯胺反应可合成N , N - 二甲基苯胺；与CO 反应可羰基合成乙酸甲酯、醋酐，水解后生成乙酸；与合成气在催化剂存在下反应生成乙酸乙烯；氧化羰化制碳酸二甲酯；与H2S 反应制备二甲基硫醚。
此外，利用DME 还可以合成低烯烃、甲醛和有机硅化合物。
目前合成DME有以下几种方法：（1）液相甲醇脱水法（2）气相甲醇脱水法（3）合成气一步法（4）CO2 加氢直接合成。
（5）催化蒸馏法。
其中前二种方法比较成熟，后三种方法正处于研究和工业放大阶段。
本设计采用气相甲醇脱水法。
下面对这几种方法作以介绍。
DME合成主要方法1)液相甲醇脱水法制DME甲醇脱水制DME 最早采用硫酸作催化剂, 反应在液相中进行, 因此叫做液相甲醇脱水法, 也称硫酸法工艺。
二甲醚的生产工艺及其特点
二甲醚的生产工艺及其特点目前合成气合成二甲醚的生产工艺主要有二步法和一步法两种，二步法是经过甲醇合成和甲醇脱水二步过程得到DME，一步法是合成气直接生产DME，新开发的工艺有二氧化碳加氢合成二甲醚和生物质间接液化制取二甲醚。
一、二步法合成工艺1、液相法最早采用的生产DME的方法是甲醇在浓硫酸中液相脱水,即将浓硫酸与甲醇混合,在低于100℃时加热制得。
台湾的ConsulChemical 公司早于1976年即用此法生产DME,该工艺过程具有反应温度低、甲醇转化率高(>80%)二甲醚选择性好(99%)等优点,但该方法由于使用腐蚀性大的硫酸，残液和废水对环境的污染大，国外现已不用此法,而国内仍有少数厂家用此法生产。
2、气一固相法目前,许多工业化装置是用甲醇气相脱水生产DME,意大利的ESSO公司用负载金属的硅酸铝作催化剂生产DME，其甲醇的转化率为70%，DME的选择性大于90%。
Mobil公司利用新型的ZSM-5分子筛作甲醇脱水的催化剂，在比较温和的反应条件下，获得了甲醇转化率为80%，DME的选择性>98%的好结果。
日本三井化学公司在1991年开发了一种寿命长、活性高、选择性好的氧化铝催化剂,使用寿命为半年,转化率可达74.2%,选择性为99%。
我国的西南化工研究院，采用ZSM-5分子筛，在200℃条件下，甲醇的转化率可达75%~80%，选择性大于98%，已先后在我国建立了数套2500t/a规模的生产装置。
浙江省化工研究院也开发了甲醇气相脱水制DME的催化剂,在江苏的吴县化工厂进行2500t/a规模的工业生产。
目前国内外采用甲醇脱水二步法工艺生产DME的较大企业有:美国杜邦公司、德国联合莱茵褐煤燃料公司、汉堡的DMA公司和荷兰的阿克苏公司,生产能力均达到万吨级以上;澳大利亚悉尼CSR公司、日本住友精细化工公司和我国的中山凯达精细化学品公司各具有5000t/a的生产能力。
由甲醇脱水生产二甲醚工艺的优点是工艺较为成熟,操作比较简单,能获得高纯度的二甲醚(最高可达99.99%)。
二甲醚生产技术
二甲醚生产技术二甲醚是一种新兴工业原料，主要用于清洁燃料、气雾剂、制冷剂、发泡剂。
有机合成原料等。
与液化石油气差价大且可以替代民用液化石油气，还可以作为柴油掺烧剂，有可能成为未来制取低碳烯烃的理想产品。
1二甲醚生产工艺目前，二甲醚加工方法主要有合成气一步法和甲醇法，甲醇法又分为甲醇液相法和甲醇气相1.1合成气一步法合成气一步法以合成气（2H CO +）为原料，合成甲醇反应和甲醇脱水反应在一个反应器中完成，同时伴随CO 的变换反应。
工艺流程见图1。
图1 合成气一步法工艺流程1.2甲醇法1.2.1甲醇液相法甲醇经过预热后进入反应器，在无机酸的催化作用下进行脱水反应。
通过加热，将反应 1/2=CO H 二甲醚、水、甲醇22CO CO H 、、 循环气、、CO H 2 2CO 气体二甲醚产品煤 水 / 甲醇 冷 媒副产品甲醇 水 / 甲醇净化，调CO H /2 合成二甲醚 吸收 脱除2CO 甲醇精馏二甲醚精馏 煤气化生产的二甲醚、水以及相平衡的甲醇蒸发汽化送出反应器。
反应产物经冷凝分离，未冷凝的气相经压缩液化即为产物二甲醚。
冷凝液经精馏分离，水从塔釜排出，甲醇返回做原料，工艺流程见图2。
图2 甲醇液相法工艺流程1.2.2甲醇气相法甲醇汽化后经换热器进入反应器进行气相催化脱水反应，反应产物经换热后用循环水冷凝冷却。
冷凝冷却后的物料在粗甲醚中间罐进行气液分离。
气相为副反应产生的不凝气和二甲醚、甲醇饱和蒸汽，将它们送入洗涤塔用甲醇或甲醇-水溶液吸收回收其中的二甲醚。
吸收液返回粗甲醚中间罐，吸收尾气排出装置。
粗甲醚中间罐的粗二甲醚用精馏塔进行精馏分离得到二甲醚产品。
从二甲醚精馏塔釜得到的甲醇-水溶液送入甲醇精馏塔提取甲醇，提取的甲醇返回反应器作为原料。
从甲醇精馏塔釜排出含醇废水，工艺流程见图3。
甲醇 二甲醚二甲醚二甲醚产品回收甲醇 废水预热 混合，反应 加热汽化 压缩 冷却冷凝 甲醇精馏提浓 冷凝 尾气产品二甲醚甲醇回收甲醇 废水甲醇汽化 换热 脱水反应冷却吸收 精馏分离 甲醇精馏提浓图3 甲醇气相法工艺流程参考文献：《二甲醚生产技术及产业前景分析》陈佩文。
二甲醚的生产方法有一步法和二步法
二甲醚的生产方法有一步法和二步法。
一步法是指由原料气一次合成二甲醚，二步法是由合成气合成甲醇，然后再脱水制取二甲醚。
● 一步法该法是由天然气转化或煤气化生成合成气后，合成气进入合成反应器内，在反应器内同时完成甲醇合成与甲醇脱水两个反应过程和变换反应，产物为甲醇与二甲醚的混合物，混合物经蒸馏装置分离得二甲醚，未反应的甲醇返回合成反应器。
一步法多采用双功能催化剂，该催化剂一般由2类催化剂物理混合而成，其中一类为合成甲醇催化剂，如Cu-Zn-Al(O)基催化剂，BASFS3-85和ICI-512等；另一类为甲醇脱水催化剂，如氧化铝、多孔SiO2-Al2O3、Y型分子筛、ZSM-5分子筛、丝光沸石等。
● 二步法该法是分两步进行的，即先由合成气合成甲醇，甲醇在固体催化剂下脱水制二甲醚。
国内外多采用含γ-Al2O3/SiO2制成的ZSM-5分子筛作为脱水催化剂。
反应温度控制在280~340℃，压力为0.5-0.8MPa。
甲醇的单程转化率在70-85%之间，二甲醚的选择性大于98%。
一步法合成二甲醚没有甲醇合成的中间过程，与两步法相比，其工艺流程简单、设备少、投资小、操作费用低，从而使二甲醚生产成本得到降低，经济效益得到提高。
因此，一步法合成二甲醚是国内外开发的热点。
国外开发的有代表性的一步法工艺有：丹麦Topsφe工艺、美国Air Products工艺和日本NKK工艺。
二步法合成二甲醚是目前国内外二甲醚生产的主要工艺，该法以精甲醇为原料，脱水反应副产物少，二甲醚纯度达99.9%，工艺成熟，装置适应性广，后处理简单，可直接建在甲醇生产厂，也可建在其它公用设施好的非甲醇生产厂。
但该法要经过甲醇合成、甲醇精馏、甲醇脱水和二甲醚精馏等工艺，流程较长，因而设备投资较大。
但目前国外公布的大型二甲醚建设项目绝大多数采用两步法工艺技术，说明两步法有较强的综合竞争力。
二甲醚生产工艺流程
合成气制二甲醚工艺目前合成气合成二甲醚的生产工艺主要有两步法和一步法两种，两步法是经过甲醇合成和甲醇脱水两步过程得到DME，一步法是合成气直接生产DME，新开发的工艺有二氧化碳加氢合成二甲醚和生物质间接液化制取二甲醚。
1、两步法制二甲醚两步法制二甲醚是以合成气为原料由低压法制得甲醇后,甲醇再经脱水制得DME，其主要过程如图1所示：图1两步法合成二甲醚流程简图其中甲醇脱水制二甲醚的方法又包括液相甲醇脱水法和气相甲醇脱水法液相甲醇脱水是将甲醇与浓硫酸混合加热使甲醇脱水得到二甲醚,浓硫酸起到催化剂的作用该工艺具有反应温度低,原料转化率和二甲醚的选择性高的优点,但是产品后处理比较困难,而且浓硫酸的存在使设备腐蚀严重,并且产生大量的废液,带来很大的环境污染,限制了此工艺的发展"目前国内仅有武汉硫酸厂和山东久泰化工科技有限公司开发此工艺。
在液相脱水制DME基础上，为了避免液体酸作为甲醇脱水剂时产生的设备腐蚀问题,美孚公司和意大利的ESSO公司开发了以固体酸为催化剂的甲醇气相脱水技术，气相甲醇脱水法的基本原理是将甲醇蒸汽通过固体酸催化剂脱水生成二甲醚，目前常用的催化剂主要有沸石、氧化铝、二氧化硅/氧化铝、阳离子交换树脂等，由于甲醇脱水反应是放热反应，因此维持适宜的反应温浙江大学博士学位论文合成气合成二甲醚和乙二醇研究综述度是气相甲醇脱水法的关键，两步法制二甲醚的反应条件温和，副反应少，二甲醚的选择性和产品的纯度高，但是由于需要从合成气开始生产甲醇，导致合成气的转化率低，生产流程长，并且需要经过甲醇分离精制过程，使得整个工艺的成本增加，即使购买成品甲醇直接脱水制得二甲醚，也容易受到甲醇价格的影响，而使成本难以控制。
2、一步法制二甲醚合成气直接制二甲醚被称为“一步法”，一步法合成二甲醚由甲醇合成和甲醇脱水两个过程组成，同时还存在水汽变换反应，由于受到热力学的限制，甲醇合成反应的单程转化率一般较低，而由合成气一步法合成二甲醚，采用具有合成甲醇和甲醇脱水两种功能的复合催化剂，由于催化剂的协同效应，反应系统内各个反应相互祸合，生成的甲醇不断转化为二甲醚，合成甲醇不再受热力学的限制，与传统的经甲醇合成和甲醇脱水两步得到DME两步法，相比，一步法具有流程短、操作压力低、设备规模小、单程转化率高等优点，经济上更加合理，但缺点在于二甲醚的选择性低，产物的纯度不高。
二甲醚生产工艺及设备介绍
Ⅰ气相甲醇脱水法制DME1.应用案例年产10万吨二甲醚工程项目应用于广东绿源化工有限公司。
1.1 采用的工艺生产过程中二甲醚在催化剂作用下主要发生的主副反应为：主反应：2CH3OH=CH3OCH3+H2O副反应：CH3OH=CO+2H22CH3OH=CH4+2H2O+CCH3OH=CH4+H2+COCO+H2O=CO2+H2C+CO2=CO作为纯粹的 DME 生产装置而言，表 5.3-2 中列出3种不同生产工艺的技术经济指标。
由表1可以看出，由合成气一步法制 DME 的生产成本远较硫酸法和甲醇脱水法为低，因而具有明显的竞争性。
但相对其它两类方法，目前该方法正处于工业放大阶段，规模比较小，另外，它对催化剂、反应压力要求高，产品的分离纯度低，二甲醚选择性低，这都是需要研究解决的问题。
本设计采用汽相气相甲醇脱水法制DME，相对液相法，气相法具有操作简单, 自动化程度较高, 少量废水废气排放, 排放物低于国家规定的排放标准，DME选择性和产品质量高等优点。
同时该法也是目前国内外生产DME的主要方法。
表1二甲醚各种生产方法技术经济比较1.2 原料及产品规格原料：工业级甲醇甲醇含量≥99.5wt％水含量≤0.5 wt％产品: DME含量≥99.95wt％甲醇含量≤500ppmwt 水含量≤0.05ppm1.3 设计规模和设计要求设计规模：100,000吨DME/年，按照8000小时开工计算，产品流量12,500kg/h，合271.332kmol/h。
1.4 设计要求：产品DME：回收率为99.8％，纯度为99.95 wt％。
回收甲醇：回收率99.95％，纯度为99.0 wt％。
2 生产工艺及装置2.1 工艺流程本项目以甲醇为原料，经甲醇汽化、脱水反应、冷凝、精馏等工序，生产燃料级二甲醚。
其工艺流程见下图。
(1)汽化循环甲醇贮罐中的甲醇用甲醇进料泵加压并计量后，在甲醇换热器中与反应气换热，然后进入甲醇汽化塔；来自精馏塔的一部分釜液（甲醇水溶液）也经预热后进入汽化塔。
合成气制二甲醚工艺流程
合成气制二甲醚工艺流程（中英文实用版）英文文档：Synthesis Gas to Dimethyl Ether Process FlowThe synthesis gas to dimethyl ether (DME) process is a significant industrial method for converting synthetic gas, a mixture of carbon monoxide and hydrogen, into DME, a clean-burning alternative fuel.This process involves several key steps, including syngas production, purification, conversion to DME, and product recovery.The first step in the process is the production of syngas, which is typically generated from natural gas, coal, or biomass through steam reforming or other gasification processes.Once produced, the syngas is cleaned and purified to remove impurities such as carbon dioxide, water, and sulfur compounds.The purified syngas is then reacted with carbon monoxide in a catalytic conversion process to produce dimethyl ether.This reaction is typically carried out in a fixed-bed or fluidized-bed reactor using catalysts such as zeolites or metal complexes.The choice of catalyst and reaction conditions can significantly affect the yield and quality of the DME product.After the conversion step, the DME is separated from the reactor effluent and further purified.This involves removing any remainingsyngas components, water, and impurities.The purified DME is then dried and compressed for storage or transportation as a liquid or gas.Finally, the process includes waste heat recovery and environmental controls to minimize energy consumption and ensure compliance with emission standards.The overall efficiency and economics of the synthesis gas to DME process depend on the scale of the facility, the cost of feedstocks, and the market value of the DME product.中文文档：合成气制二甲醚工艺流程合成气制二甲醚（DME）工艺是将合成气（一氧化碳和氢气的混合物）转化为清洁燃烧替代燃料的关键工业方法。
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合成气直接制取二甲醚工艺简介
中国科学院大连化学物理研究所
天然气化工与应用催化研究室
1. 前言
随着煤化工、天然气化工和C1 化学的发展，人们竞相寻找除合成气制合成氨和甲醇外的加工途径，合成气（煤基或天然气）直接制取二甲醚已成为关注焦点。
由于二甲醚是具有多种用途的环保产品，许多发达国家投入巨资进行合成气直接制取二甲醚合成技术及其下游产品的开发研究。
与国外相比，我国对二甲醚的研究工作起步较晚，大连化学物理研究所则是国内最早从事合成气直接制取二甲醚研究的科研单位之一。
合成气直接制取二甲醚是国家“八五”科技攻关项目“合成气经由二甲醚制取低碳烯烃”的子课题，该项目历经实验室研究和中试放大，于1995年八月完成全部工艺开发工作。
“合成气经由二甲醚制取低碳烯烃”项目分别获1996年度中国科学院科技进步特等奖、国家“八五”科技攻关重大科技成果奖（国家计委、国家科委及财政部颁发），使建设万吨级二甲醚工业示范装置成为可能。
2．二甲醚的性质与用途
二甲醚的分子式CH3OCH3,常压下沸点：－24.9 ℃,20℃时饱和蒸汽压0.5 MPa,爆炸极限3.4-18℅,自燃温度350℃.二甲醚无毒、无味、易挥发，它不易形成过氧化物，在空气中十分稳定。
二甲醚与水及有
机溶剂互容性好。
二甲醚是一种在制药、染料、农药、涂料及日用化学等领域有着非常广泛用途的精细化工产品。
随着人们环保意识的增强，目前世界各国都在寻求对环境无害的气雾剂来替代氯氟烃。
二甲醚作为气雾剂有其独特的优点－对金属无腐蚀、易液化以及它的溶解能力使二甲醚在配制气雾剂产品中具有双重功能：推进剂和溶剂。
由于它水溶性好，可以大幅度降低气雾剂中乙醇及其他有机物的含量，从而减少对环境的污染，因此二甲醚在气溶胶工业中已得到广泛的应用，尤其在欧美发达国家。
广东省中山精细化工实业有限公司已建立规模为5000吨/年二甲醚的装置，其全部产品用作气雾剂。
此外，精品二甲醚还可用作制冷剂和发泡剂等。
我们认为二甲醚最大宗用途是作为民用燃料代替石油液化气及作为车用燃料部分取代柴油，在缺油富气（或多煤）地区可采用合成气经二甲醚制取汽油及乙烯、丙烯等低碳烯烃，以减少对石油资源的依赖，在我国更具迫切性和重要性。
3．合成气直接制取二甲醚
由合成气合成甲醇已实现工业化生产，最大的工业装置已超过100万吨/年，但甲醇的合成反应受热力学平衡限制，单程转化率较低，而由合成气一步法制二甲醚反应的平衡转化率很高，基本不受热力学平衡限制。
目前国内外众多科研机构从事合成气制二甲醚生产工艺的研究，按生产步骤分为一步法和两步法两种，现在人们经常提到的合成气制二甲醚生产工艺，实际上已特指一步法（或直接法）而言；按合成气生产所采用的原料来源化分：煤制气、油制气、天然气制气等。
从合成气直接合成二甲醚的反应机理分析须经过3个转化步骤：甲醇的合成（CO+2H2→CH3OH）;
变换反应（H2O+CO→H2+CO2）;
甲醇脱水2CH3OH→CH3OCH3+H2O；
上述这3个步骤同时发生在同一合成反应器中，人们通常称之为一步法。
我们所研制的合成气直接制二甲醚催化剂是以铜基甲醇合成催化剂为金属氧化物组分，与经过改质处理的高硅沸石分子筛脱水组分复合制成。
在反应温度220－300︒C，操作压力3.0-6.0 Mpa,合成气体积空速1000h-1,H2/CO＝1－3的工艺条件下，CO单程转化率可保持在75％以上，二甲醚的选择性大于95％（按反应产物中有机物计算），使用工业半水煤气进行了1000小时稳定性考察，催化剂活性及选择性未见降低，催化剂预计使用寿命半年到一年。
合成气一步法生产二甲醚工艺过程包括四部分：
（1）合成气的制造；
（2）合成气的变换及精制；
（3）由合成气合成二甲醚；
（4）二甲醚的分离与精制；
目前，利用大连化学物理研究所开发的合成气直接制二甲醚技术可进行1－2万吨/年二甲醚规模工业性试验或试生产。