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。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。