大連化物所開發(fā)出催化蒸餾制二甲醚技術(shù)

如今，二甲醚作為民用燃料用于醇醚燃料和柴油汽車替代燃料的條件日趨成熟。此外，為配合環(huán)保形勢，二甲醚還將替代氟氯烴用于氣霧劑、致冷劑和發(fā)泡劑。毋庸置疑，二甲醚生產(chǎn)和應(yīng)用前景非常光明。但目前二甲醚生產(chǎn)技術(shù)仍不盡完善，在一定程度上影響了項目規(guī)模、投資和能耗等指標(biāo)，亟待取得突破。  
                 
      日前，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的最新研究成果向業(yè)界展示出一大亮點(diǎn)。他們成功開發(fā)出了二步法甲醇脫水制備二甲醚的升級換代技術(shù)--催化蒸餾制備二甲醚技術(shù)。記者就此采訪了該技術(shù)的主要研究者之一，大連化物所副研究員孫新德。  

      記者：中科院大連化物所已經(jīng)研制出甲醇?xì)庀嗝撍贫酌眩瑸槭裁催€要繼續(xù)開發(fā)催化蒸餾制備二甲醚技術(shù)呢？  

      孫新德：現(xiàn)有的二甲醚技術(shù)雖然已取得成功，但仍不盡完善。  
                 
      目前二甲醚的生產(chǎn)方法有一步法和二步法。從理論上說，一步法與甲醇脫水二步法相比，具有工藝過程簡短、合成氣轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點(diǎn)，但催化劑壽命短，設(shè)備復(fù)雜，反應(yīng)產(chǎn)物分離難度大，能耗高，還不夠成熟，國內(nèi)外尚無規(guī)模較大的生產(chǎn)裝置。  

      目前國內(nèi)外公布的大型二甲醚建設(shè)項目絕大多數(shù)采用二步法工藝技術(shù)，說明該法有較強(qiáng)的綜合競爭力。二步法又可分為液相脫水法與氣相脫水法，國內(nèi)分別以山東久泰化工有限公司的復(fù)合酸液相法、西南化工研究設(shè)計院和中科院大連化學(xué)物理研究所的氣相脫水法為代表，均已建成較大規(guī)模的生產(chǎn)裝置。這些技術(shù)還存在一些有待改進(jìn)的地方，如流程較長、投資較大、能耗較高、副反應(yīng)稍多。氣相法的甲醇轉(zhuǎn)化率較低（70%～80%），反應(yīng)器床層溫升大，裝置不易大型化。針對以上問題，大連化物所提出將催化蒸餾技術(shù)應(yīng)用于甲醇脫水制二甲醚過程,以實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級換代。  

      記者：為什么選擇研發(fā)催化蒸餾技術(shù)作為二甲醚升級換代技術(shù)？  
                 
      孫新德：催化蒸餾技術(shù)是讓催化反應(yīng)過程和蒸餾分離過程在裝有催化劑的催化蒸餾塔中同時進(jìn)行的一種化學(xué)工程方法，已經(jīng)在甲基叔丁基醚的生產(chǎn)和其他許多化工過程中得到成功運(yùn)用。  

      在甲醇脫水制二甲醚的反應(yīng)體系中，甲醇的揮發(fā)度介于反應(yīng)產(chǎn)物二甲醚和水之間，而且反應(yīng)是放熱反應(yīng)，特別適合采用催化蒸餾技術(shù)。在催化蒸餾塔中部的反應(yīng)段中裝填催化劑，二甲醚和水分別從催化蒸餾塔的塔頂和塔釜排出，而甲醇則富集在催化蒸餾塔中部的反應(yīng)段，在催化劑的作用下得以高效率地轉(zhuǎn)化。  

      大連化物所在氣相法固體酸催化甲醇脫水生產(chǎn)二甲醚固定床技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)甲醇脫水反應(yīng)的特點(diǎn)，開發(fā)出了催化蒸餾制備二甲醚新型催化劑和催化蒸餾技術(shù)。目前該技術(shù)已經(jīng)申請6項專利。  

      記者：催化蒸餾技術(shù)與現(xiàn)有的二甲醚生產(chǎn)技術(shù)相比具有哪些優(yōu)勢？  
                 
      孫新德：大連化物所在催化蒸餾催化劑的活性、選擇性，特別是穩(wěn)定性以及催化蒸餾工藝方面進(jìn)行了大量的研究工作，并取得了重大突破。大連化物所研發(fā)的催化蒸餾技術(shù)的技術(shù)指標(biāo)為：甲醇單程轉(zhuǎn)化率≥95%，二甲醚選擇性≥99.98%，原料消耗≤1.405噸/噸，蒸汽消耗0.5噸/噸，二甲醚產(chǎn)品純度為99.9%。催化蒸餾催化劑具有很好的穩(wěn)定性，在180℃以下可以長期運(yùn)轉(zhuǎn)，二甲醚的選擇性高達(dá)99.99%。與傳統(tǒng)的甲醇脫水技術(shù)相比，新技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：  

      一是該技術(shù)反應(yīng)溫度易于控制，消除了傳統(tǒng)氣相法技術(shù)存在的易超溫的缺陷。  
                 
      二是轉(zhuǎn)化率選擇性高。該技術(shù)打破了甲醇脫水反應(yīng)的化學(xué)平衡限制，甲醇接近全部轉(zhuǎn)化，抑制了副反應(yīng)的發(fā)生，提高了目的產(chǎn)物的選擇性，減少了二甲醚的蒸餾損失。甲醇單耗低。  

      三是節(jié)省投資和生產(chǎn)成本。該技術(shù)工藝流程簡單，減少了設(shè)備臺數(shù)，節(jié)省了投資；熱量利用充分，反應(yīng)熱直接用作蒸發(fā)所需要的熱量。催化蒸餾技術(shù)裝置的投資約為氣相法技術(shù)的60%～70%，能耗僅為氣相法技術(shù)的40%。二甲醚生產(chǎn)成本大大降低。  

      四是催化劑壽命較長。催化蒸餾工藝中，反應(yīng)生成的二甲醚及可能生成的微量烯烴副產(chǎn)物迅速離開反應(yīng)區(qū)，富集到塔頂。它們在反應(yīng)區(qū)液相的濃度很低，二甲醚生產(chǎn)烯烴的反應(yīng)速度和烯烴生成積炭的反應(yīng)速度都會受到很大的抑制。另外，在催化蒸餾工藝的反應(yīng)條件下，主要含有醇的飽和液相物料擴(kuò)散到催化劑顆粒中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后物料組分的變化使飽和蒸汽壓降低。這樣將有部分物料汽化，而汽化所吸收的熱量遠(yuǎn)大于反應(yīng)放出的熱量，使顆粒內(nèi)部溫度低于表面溫度。這些因素都有利于延長催化劑的壽命。在催化蒸餾工藝中催化劑的壽命可達(dá)到2年。  

      該技術(shù)克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的流程長、能耗高、投資大等問題，是二甲醚生產(chǎn)技術(shù)的重大進(jìn)展，目前已經(jīng)完成中試，并具備了實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的條件。大連化物所期盼與相關(guān)企業(yè)合作，共同將該技術(shù)推向工業(yè)化。