二甲醚的生产方法及市场预测

2022-09-10

能源、环境和人口是当今全球发展战略的三大问题。能源是国民经济发展的基础资源和重要战略物质。石油产品是国民经济的“血液”。根据已探明的能源储量预测:全球石油可再维持30年至50年。与许多国家相比, 我国的石油贮藏量并不多, 因此受石油危机的影响也更大。面对石油的短缺, 能源的不可再生性, 以及国际上对环境的要求日高, 国外早已提出代用燃料和燃料清洁化的开发方向。我国也已意识这个问题的严峻性, 近期又反复强调抓紧开展这项工作。因此, 近年来二甲醚的开发受到了越来越多的关注。

1 二甲醚简介

二甲醚是碳一化学中的一个拳头新产品, 一般通过甲醇脱水获得。二甲醚亦称甲醚, 缩写DME, 无色无毒气体或压缩液体, 沸点-24℃, 凝固点-140℃。二甲醚具有轻微的醚香味, 毒性很低。人吸入或经皮肤吸收过量二甲醚会引起麻醉、失去知觉和呼吸器官损伤。二甲醚有较优良的环境性能指标, 不致癌, 不会对大气臭氧层产生破坏作用。二甲醚为无色易液化气体, 燃烧时火焰略带光亮。二甲醚具有良好的混溶性, 可以与大多数极性和非极性有机溶剂混溶, 如能溶于汽油、四氯化碳、苯、氯苯、丙酮及乙酸甲酯等, 加入少量助剂后可以与水以任意比例互溶。

2 二甲醚的生产方法比较

2.1 生产方法

(1) 甲醇脱水法; (2) 在生产甲醇时作为副产物经分离, 精制而得到; (3) 合成气直接合成二甲醚; (4) 甲酸甲酯催化分解。

现阶段大多数工业生产都采用甲醇脱水法, 其技术路线:A、以浓硫酸脱水反应;B、添加磷酸铝高温反应;C、催化反应。

在以上三种技术中, A路线设备腐蚀严重, 操作条件差;B路线甲醇转化率及二甲醚的选择性均较低;C路线 (即改性固体酸催化的方法) , 虽然温度和压力条件要求较低, 生产控制比较容易, 便于连续化工业生产, 但甲醇蒸汽与固体催化剂表面接触面积有限, 存在转化率低, 二甲醚气体与反应气不易分离等缺点。针对以上情况, 阳离子型液体催化反应法是近几年成功开发的一项专利技术, 它采用“液—液—气”工艺路线, 甲醇分子与催化剂分子接触充分, 因而转化率高, 二甲醚气体极易脱离液相。而且投资少, 能耗低, 收率高、成本低, 且具较强的市场竞争力。

2.2 反应特点 (催化反应法)

该方法的特点是: (1) 催化剂的再生与反应过程是同步的, 即在产气的同时就完成了催化剂的再生。 (2) 液体甲醇在温度小于130℃, 压力小于0.1MPa条件下脱水。 (3) 反应平和稳定, 能耗少, 易控制。 (4) 无污染、无腐蚀。由于采用了阳离子型液体催化剂, 因而和其它工艺路线相比, 投资省, 工艺简便易行, 无需增加再生工序和装备, 而且能大大提高产品质量。现有技术是采用“气—固—气”工艺路线, 甲醇气体与固体催化表面接触有限, 因而转化率低, 而且二甲醚气体与反应气 (合成气) 不易分离, 而液—液—气工艺路线, 甲醇分子与催化剂分子接触充分, 因而转化率高, 而且二甲醚气体极易脱离液相, 因而易于分离提纯。

2.3 工艺指标

阳离子型液体催化剂甲醇液相脱水制二甲醚的工艺指标如下:甲醇单程转化率大于85%;二甲醚选择性大于等于99.5%;反应温度120℃～130℃;反应压力0.1MPa;原料消耗小于1.42t甲醇/tDME;二甲醚含量大于等于99.5%

2.4 工艺流程简述:

(1) 在反应器内先装入阳离子型液化催化剂, 然后按照理论配比将原料甲醇通过水加压输入反应器进行反应, 将其物料加热到120℃～130℃, 反应器压力升到0.1MPa, 完成酯化、脱水反应。

(2) 将原料甲醇继续以慢速流量加入反应器内, 使反应器温度维持到125℃左右, 釜内压力升到0.2MPa时一部分水蒸汽和未反应的甲醇随产生的二甲醚气体一起进入冷凝器冷却。

(3) 在冷凝器内, 将二甲醚气体从反应器带来的水蒸气和部分未反应的甲醇蒸汽冷凝后进入回收釜内。

(4) 未反应的甲醇和冷凝水, 进入回收釜内加热, 使其温度保持在70℃～95℃之间, 维持一定的真空度, 此时甲醇气体携带回收釜内的少量蒸气到冷凝器, 使甲醇蒸汽冷凝成粗甲醇送到反应槽。回收釜内留下的物质就是废水溶液, 再将这部分废水送入废水处理池处理, 达标后排放。

(5) 二甲醚气体进入洗涤塔Ⅰ除去多余杂质, 再进入洗涤塔Ⅱ, 通过塔板上的填料层进一步出去水份后进入干燥塔, 通过干燥塔进一步除去水份, 将此二甲醚气体压缩至0.4MPa～0.6MPa (表压) , 经过油气分凝器以除去杂质, 冷却到常温即得二甲醚液体。将此二甲醚液体送入提纯塔提纯, 经压缩冷却后得到精二甲醚产品。

3 二甲醚的市场预测

以二甲醚为原料的主导产品其三个系列—燃气、燃油和制冷剂的应用取得突破性进展, 它们的生产路线构思新颖、技术独特。以科学的配比和适当方式将二甲醚与系列产品完全混溶。即成优质的可燃性液化气, 该液化气无毒、无烟、不积炭、“残液”量少, 热值高 (约10000大卡/kg) , 比同等重量13kg装置的普通液化气连续燃烧时间可长4小时左右。经有关部门检测, 符合《国家液化石油气标准》, 受到广大用户的青睐。被列为国家科委重点推广项目之一。由于二甲醚液化燃气的安全、清洁方面已越来越受到青睐。

将二甲醚加进汽 (柴) 油中, 可提高油品的辛烷值 (十六烷值) , 具有明显的燃烧经济性, 不仅改善车辆的冷启动性和加速性能, 而且降低尾气排放。据统计, 仅北京市就有100多万辆汽车, 全国拥有量不少于3000万辆, 按每辆每年烧油两吨计, 就得6000万吨汽 (柴) 油, 而我2002年进口石油达7000万吨, 因此二甲醚作为能源替代品已迫在眉捷。以二甲醚为基础原料配制的环保制冷剂, 具有无毒无害、安全可靠、化学性能稳定, 单位容积制冷量大, 流动阻力小, 在常温和低温范围内压力适中, 热效率高等优点, 是一种很有前景的氟利昂长期性替代物。几乎与此同时, 环保型“绿色制冷剂”的市场需求量越来越大, 尤其是汽车空调制冷剂 (俗称“雪种”) , 是汽车空调的重要冷源。随着我国加入WTO, “安全、可靠、舒适”是汽车工业发展的方向, 而汽车空调是提高汽车档次和市场竞争力的不可缺少的一部分。目前汽车空调制冷剂市场还没有规范的管理体系, 处于逐步完善阶段, 正朝着环保节能型方向发展。我国政府已向国际社会作出承诺, 至2005年停止生产CFC类氟利昂。因此必须加快“绿色制冷剂的研究和生产”。据制冷协会的不完全统计, 我国每年制剂 (还不包括各种气雾剂、发泡剂、灭火剂等在内) 的消耗量约50万吨, 总值约280亿元, 仅汽车空调制冷剂的消耗量占整个市场的40%, 而且今后还在不断增加, 巨大的市场潜力和新技术的交叉渗透为二甲醚开辟了广阔的发展空间。