[发明专利]使用锥形逐级反应器合成二烷基醚的强化方法

说明书

本发明涉及一种通过使用集成有蒸馏偶联锥形精制反应器的锥形固定床反应器由醇制备二烷基醚的强化合成方法。

技术领域

本发明涉及使用新方法强化二烷基醚的合成，所述新方法包括与精制反应蒸馏单元偶联的逐级锥形固定床反应器。具体而言，本发明涉及通过使用集成有蒸馏偶联锥形精制反应器的锥形固定床反应器由甲醇脱水合成二甲醚的强化方法。

背景技术

目前，空气污染日益严重，需要清洁的替代燃料。近来，正在尝试用有效的化学品和气溶胶推进剂代替氯氟烃(chlorofluorocarbons，CFC)。用于合成这些化学品和气溶胶推进剂的主要原料是二烷基醚，尤其是二甲醚(dimethyl ether，DME)，其为LPG替代品用于燃料(非柴油)运输以及发电受到关注。

对于大规模基础化学品和中间体的合成，催化固定床反应器是最重要的反应器类型。它主要用于发生在催化剂表面上的非均相催化气体反应，催化剂在这些反应器中布置为所谓的固定床。非均相催化反应器强调催化剂有效性因素和传热传质影响。在固定床反应器中，反应器的圆柱形管中充满反应物和催化剂，这些反应物流过反应器床并转化为所需的产物。催化剂可以有多种配置，包括一个大床、若干水平床、若干平行填充管和多个在其各自壳中的床。根据保持系统内温度控制的需要，可以调整各种配置。

甲醇转化为二甲醚的过程是平衡约束反应，高度放热反应，因此应从催化床中导出热量，否则可能导致形成热点，进而导致产品热裂解以及活性反应物的失活，并且由于热量是反应的产物之一，可能会使反应平衡向反应物一侧移动。甲醇脱水得到二甲醚具有限制反应转化率的热力学限制。现有技术中对通过设计该反应的反应器来由甲醇合成二甲醚的所做的努力很少。

在期刊“Chinese Journal of Chemical Engineering,17(4),630-634,(2009)”发表的作者为M.Fazlollahnejad1、M.Taghizadeh等的题为《用于甲醇脱水制二甲醚的绝热固定床反应器的实验研究和建模》(Experimental Study and Modeling of an AdiabaticFixed-bed Reactor for Methanol Dehydration to Dimethyl Ether)的文章报道了用于甲醇至二甲醚的催化脱水的一维非均相塞流绝热固定床反应器。该反应器填充有1.5mm-Al₂O₃颗粒作为脱水催化剂，并在大气压下在543-603K的温度范围内运行。

2013年8月15日公开的美国专利申请US2013/0211147A1公开了一种非均相催化剂，其允许在较低压力下使合成气有效转化为二甲醚。

在期刊“Pol.J.Chem.Tech.,Vol.15,No.2,2013”发表的作者为Weiyong Ying等的题为《通过甲醇气相脱水合成二甲醚的工艺模拟》(“Process simulation of dimethylether synthesis via methanol vapour phase dehydration”)的文章报道了甲醇在绝热固定床反应器中催化脱水和两塔产品分离的生产过程。二甲醚(DME)合成的这一工艺流程基于甲醇脱水反应的反应动力学模型、改进的液相NRTL模型、气相PR模型的组合参数在PRO/II平台上构建。

本领域需要通过设计合适的固定床反应器来解决与选择性、散热、裂解、结焦(coke formation)以及催化剂失活和反应平衡、流体的高表观速度相关的问题。在传统固定床反应器中，可能难以合适地控制散热，这可能导致低选择性和催化剂失活。

需要设计新的方法，使用偶联有后处理单元和精制单元的改进的固定床催化剂用于通过甲醇脱水合成二甲醚，该方法可以提供高催化剂活性、更高的转化率、选择性、催化剂寿命以及原位散热和原位产品移出，这可以节省产品后处理的成本。

发明目的