[发明专利]一种浆态床CO2直接合成二甲醚的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种在一个反应过程中同时制取清洁燃料二甲醚和甲醇的方法，属于能源技术领域。

二、背景技术

世界经济的发展、人口的增加和人民生活水平的提高将对能源(煤、石油、天然气等)的需求不断增大，必将造成能源短缺状况日益严重，世界能源的紧缺，直接制约着全球经济的发展。因此各国都在积极寻求解决能源短缺的有效办法。当前，我国的能源以煤炭和石油为主，天然气的产量近年来有很大的增长。但占能源总消耗量中的比例不会很大。特别指出的是我国是世界上少数几个能源以煤为主的国家之一，煤炭占能源总消费量的四分之三左右，由于技术落后，近85％的煤直接燃烧，煤炭直接燃烧，排放大量的硫化物、氮氧化物、烟尘和二氧化碳，是我国目前的主要污染源；另外，随着经济发展，汽车工业产销量大增，其直接后果是汽车尾气污染。石油炼制的油品虽然比煤清洁，但是我国石油资源已经不可能满足需求，品质上也逐渐降低，给炼制高质量汽油、柴油带来很大困难。鉴于我国的煤炭资源丰富、油气资源相当有限、天然气和煤层气资源分布距用能中心较远、且我国的管网系统很不发达、几十年内可再生能源在总的能源平衡中不可能占很大份额的国情，从可持续发展的战略观点出发，合理利用资源，有效利用能源，寻找新型的清洁能源己成为一项紧迫而又重大的研究课题。

化石燃料的大量使用是CO₂等温室气体的主要来源，在所有温室气体中，CO₂对温室效应的贡献最大，排放到大气中的CO₂的3/4是由化石燃料燃烧造成的。根据美国能源部的预测，每年排向大气中的CO₂量到2100年将达到26×10⁹t左右，CO₂排放量的急剧攀升，严重影响着生态系统原有的平衡。通过催化转化将CO₂转化为化工产品具有环境、资源和经济效益等多重意义。合成甲醇始终作为CO₂催化转化研究的一个方向，虽然近几年来在催化剂性能的改善、催化机理研究方面有所进展，但由于热力学平衡的限制，CO₂的转化率和甲醇的选择性较低，一些研究者将注意力集中到甲醇的下游产品或者具有更高附加值产品，例如二甲醚的研究上。利用工业排放的CO₂催化加氢直接合成二甲醚是一种新的合成工艺，不仅能够减轻CO₂对大气环境的污染，还能够得到用途广泛的化工产品二甲醚，达到了变废为利的目的，该过程尤其是对大型的钢铁厂、发电厂、石油化工厂而言，更具有显著的经济效益。因此，对CO₂进行有效回收利用，使地球上的CO₂实现良性循环，既能够缓解能源危机，又可减少温室效应的影响，具有解决能源安全问题及环保问题的双重意义。

二甲醚具有良好的易压缩、冷凝、汽化及与许多极性或非极性溶剂互溶等特性，可用于许多精细化学品的合成，同时在制药、燃料、农药等工业中有许多独特的用途。二甲醚水溶性好，化学性质稳定，使用安全，因此可代替氟氯烃用作气溶胶喷射剂和制冷剂，减少对大气臭氧层的破坏。二甲醚应用市场最具潜力和发展前景的是燃料级二甲醚的开发与应用，它被称为“21世纪的绿色燃料”，或第二代民用液体燃料。二甲醚还是重要的化工中间体，尤其在用作合成碳酸二甲酯、合成低碳烯烃和作燃料电池用原料等方面有很大的发展前景。倪维斗等人提出“二甲醚经济”是解决中国能源与环境问题的关键。

二甲醚传统的生产方法主要有甲醇脱水法和合成气一步法。甲醇脱水法包括甲醇液相脱水法和气相脱水法两种工艺，甲醇脱水法虽然转化率和选择性高(≥99％)，但设备腐蚀严重，中间产物CH₃HSO₄毒性大，废水多，产品后处理困难，未能广泛应用于工业生产。目前该法已经被淘汰。合成气一步法工艺将甲醇合成和甲醇脱水两个反应组合在一个反应器内完成，与甲醇脱水法相比，具有流程短、能耗低等优点，而且可得到较高的单程转化率。国内外由合成气一步法合成二甲醚的工艺多采用固定床反应器。虽然固定床反应器的操作简单且稳定性好，但是反应器内的温度分布不均匀，热平衡较不易控制，容易造成必将存在严重的积碳问题。积碳问题会使催化剂的活性快速下降而失效，从而增加操作成本。