[发明专利]二氧化碳合成二甲醚所用的复合催化剂、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机化合物及其制备方法，具体地说，涉及一种用于由煤、二氧化碳和氢气制备二甲醚(DME)的催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

众所周知，二甲醚，又称木醚、甲醚，在常温常压下是一种无色具有轻微醚味的气体，与石油液化气具有相似的物理性质。二甲醚是碳一化工的重要中间体，同时作为一种新兴的基本化工原料，由于有良好的易压缩、冷凝和汽化等特性，使得二甲醚在化工、日化、制药和农药等各个领域都有其独特的用途。二甲醚主要用于燃料(民用燃料、工业燃料和车用燃料)、气雾剂、制冷剂、发泡剂以及制取低碳烯烃等方面。

自然界中CO₂，含碳量约为10¹⁶吨，远大于煤、石油和天然气的含碳量。随着现代经济的发展，人类更多的依赖化石能源，因此全世界化石燃料燃烧排放到大气中的CO₂量达185～242亿吨/年，总排放量已超过500亿吨/年。二氧化碳的大量排放造成大气中二氧化碳的含量持续增加，温室效应对气候的影响是非常显著的，所以二氧化碳的工业减排和二氧化碳的利用达到全世界的广泛关注。CO₂加氢制DME有重要的战略意义，既可解决CO₂的污染问题，又能利用CO₂生产有用的产品(清洁燃料)。

减少大气中二氧化碳，通常有两种方法：其一是将CO₂加压液化和固化，然后深埋地下或海底封存；其二是将二氧化碳与其它化合物反应形成新的稳定的化合物。

化学工业中利用二氧化碳作为原料生产其它产品有碳酸氢铵、尿素、纯碱及其它碳酸类化合物。利用二氧化碳生产燃料，既可以减少化石能源的消耗，又能够减少大气中二氧化碳的增加，因而具有良好的社会效益。虽然二氧化碳加氢可以得甲醇，CO₂加氢制甲醇因受平衡的限制，CO₂转化率低，甲醇的收率很低。

CO₂加氢制DME，不仅打破了CO₂加氢生成甲醇反应的热力学平衡，还能抑制水煤气逆转换反应的进行。因此，将甲醇合成催化剂和甲醇脱水催化剂组合起来，可以给CO₂转化一个强驱动力。有利于反应的进行，可以得到较高的二甲醚收率。

目前世界消耗的燃料和化工生产所需的原料，主要依赖石油。近年来由于石油储量的萎缩和石油价格的不断上涨，寻找石油的替代能源是无法回避的，已经引起世界各国特别是发达国家的普遍重视。

二甲醚通常是利用煤或天然气生产。首先将煤或天然气与水和氧气反应生成含氢气和CO为主要成分的气体，然后经过CO变换和酸性气体脱除。将其中的硫、氮氧化物以及二氧化碳等脱除，调整氢气和CO的比例，制备合成气。

由合成气制二甲醚有两条途径：其一为两步法，先由合成气生成甲醇，再由甲醇脱水制取二甲醚；其二为一步法，在复合催化剂的作用下，由合成气直接制取二甲醚。

随着经济的发展，能源消耗的增加，由于燃油和燃煤产生的硫、氮和CO排放，造成的大气污染日趋加重，大气环境面临巨大压力。因而对油品的质量标准更加严格，油品质量不断提高是不可逆转的大趋势，随着全球环保意识的提高，炼油业将始终面临产品质量升级的沉重压力。汽油产品质量的提高，增加炼油工艺的成本，使得由二氧化碳合成液体燃料的商业化应用成为可能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，而提供一种二氧化碳合成二甲醚所用的复合催化剂、制备方法及其应用。

本发明目的可以通过如下措施实现，本发明通常由二氧化碳合成二甲醚要经过以下过程：CO₂和氢气反应生成CO和水；CO和氢气反应生成甲醇，甲醇脱水生成二甲醚。

总反应为：

副反应：

同样CO₂和氢气反应也可以直接得到甲醇，但是受到热力学平衡的限制，CO₂的转化率很低，而且产物大部分是CO。