获得二甲醚和二氧化碳的方法和设备技术

本发明专利技术建议制备二甲醚的方法(100)，其中形成包含氢和一氧化碳的反应批料，并对反应批料实施二甲醚直接合成而获得包含二甲醚、水、甲醇、二氧化碳、一氧化碳和氢的粗产物，其中将粗产物或其中一部分作为分离批料实施分离，其中通过由分离批料分离出至少主要部分的二甲醚、水和甲醇以及更小部分的一氧化碳和氢而形成包含二氧化碳、一氧化碳和氢并且贫含或不含二甲醚、水和甲醇的中间混合物。规定在分离中以液态提供中间混合物，通过由中间混合物或其中一部分分离出至少主要部分的二氧化碳并获得主要或仅包含二氧化碳的二氧化碳馏份而形成包含一氧化碳和氢并且贫含或不含二氧化碳的残余混合物，在形成反应批料时至少使用残余混合物或其中一部分，并以如下方式形成反应批料，在反应批料中氢与一氧化碳的摩尔比为小于2，并且反应批料具有2至10摩尔％的二氧化碳。

Methods and equipment for obtaining dimethyl ether and carbon dioxide

The method for preparing dimethyl ether (100) is proposed, in which reaction batches containing hydrogen and carbon monoxide are formed, and dimethyl ether is directly synthesized from reaction batches to obtain crude products containing dimethyl ether, water, methanol, carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen, in which crude products or some of them are separated as separation batches, in which at least one batch is separated by separation batches. The main part of dimethyl ether, water and methanol, and a smaller part of carbon monoxide and hydrogen form intermediate mixtures containing carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen and containing or without dimethyl ether, water and methanol. Provision is made for the liquid supply of intermediate mixtures in separation, the formation of residual mixtures containing carbon monoxide and hydrogen and carbon dioxide-poor or non-carbon dioxide by separating at least the main part of carbon dioxide from the intermediate mixtures or part thereof and obtaining the main or only carbon dioxide fractions, and the use of at least the residual mixtures or part thereof in the formation of reaction batches. The reaction batch is formed as follows. In the reaction batch, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide is less than 2, and the reaction batch has 2 to 10 moles of carbon dioxide.

【技术实现步骤摘要】
获得二甲醚和二氧化碳的方法和设备
本专利技术涉及根据本专利技术获得二甲醚和二氧化碳的方法和设备。
技术介绍
二甲醚(DME)是结构最简单的醚。二甲醚包含两个甲基作为有机基团。二甲醚是极性的，通常以液体形式用作溶剂。二甲醚此外可以用作冷却剂，并代替传统的氟氯烃。最近越来越多地使用二甲醚作为燃气(液化气)和传统燃料如柴油的替代物。由于其55至60的比较高的十六烷值，例如用于运行的传统的柴油发动机必须仅稍微用二甲醚进行改性修饰。二甲醚燃烧比较清洁并且不形成炭黑。若由生物质制备二甲醚，则其适合作为所谓的生物燃料，因此可以税收优惠地市场化。二甲醚通常是由合成气经由中间产物甲醇获得，将其分离出，并进一步脱水生成二甲醚。与此不同，本专利技术涉及以单级或直接由合成气获得二甲醚。“直接获得”在此理解为不进行如在传统方法中实施的设置在中间的甲醇分离即获得。在由合成气直接获得二甲醚时进行的反应同样可以提供甲醇作为中间产物，但是不将其分离出，而是使其至少部分地立即进一步反应生成二甲醚。更长时间以来相应的方法是已知的，并且还在下文中更详细地阐述。合成气又可以利用已知的方法，例如蒸气重整，由天然气或生物气产生。其他获得合成气的方法也是已知的，例如通过使废物、生物质或其他有机材料发生热分解。此外存在改进制备二甲醚的方法的需求，尤其是对如下方法的需求，其中使用替代性的在其他大规模工艺过程中作为副产物产生的气体或气体混合物，并且尤其是可以制备其他产物。
技术实现思路
基于此背景，本专利技术建议根据本专利技术获得二甲醚和二氧化碳的方法和设备。优选的实施方案是以下描述的主题。如已述，通常通过使甲醇脱水而产生二甲醚，其中将合成气用于制备甲醇。在此，用于制备甲醇的合成气的特征在于用作新鲜批料的合成气的化学计量数(SN)稍微大于2。化学计量数表示合成气关于组分氢、二氧化碳和一氧化碳的组成，其中各自考虑物质量比例x。其根据下式计算SN＝(xH2–xCO2)/(xCO+xCO2)。在工业上使用相应的方法。关于相应的方法和方法改变方案的进一步的详细描述参见有关的专业文献，例如出版物“DimethylEtherTechnologyandMarkets”,CHEMYSTEMSPERPProgram,NexantInc.,November2008，以及日本DME论坛的DME手册ISBN978-4-9903839-0-9,2007。如同样所述，替代性地可以直接由合成气获得二甲醚。为此在反应器中将用于甲醇合成和二甲醚合成的催化剂相结合。其详细描述例如同样在日本DME论坛的DME手册、Ogawa,T.etal.,“DirectDimethylEtherSynthesis”,J.Nat.GasChem.2003,12,219-227、Lee,S.-H.,“ScaleUpStudyofDMEDirectSynthesisTechnology”,In:Proceedingsofthe24thWorldGasConference,BuenosAires,Argentina,2009及WO2015/104238A1中给出。在此首先也通过已知的技术由含碳的进给料例如天然气制备合成气，并随后直接反应生成二甲醚。取决于各种新鲜使用的合成气的化学计量数，产生二甲醚和水(SN≥2)，或者产生二甲醚和二氧化碳(SN＝1)。在直接二甲醚合成中，氢和一氧化碳根据以下的反应，反应生成甲醇(MeOH)和二甲醚：其是平衡反应，取决于压力、温度和批料组成得出其他的产物组成。在化学计量数为1时，观察以下的净反应：与此不同，在化学计量数大于2时，观察以下的净反应：在化学计量数位于所述数值之间时，平行地形成水和二氧化碳。在传统的方法中典型地利用化学或物理洗涤分离出二氧化碳，并且可以再循环至合成气生产。本专利技术现在尤其是基于以下认识，可以代替合成气，同样特别有利地将例如在冶炼厂工艺过程中产生的气体或气体混合物用于通过直接合成而制备二甲醚，条件是其包含所需的组分氢和一氧化碳。如根据本专利技术所认识到的，在此尤其是可以获得纯的或高纯度二氧化碳作为其他的工艺产物。尤其是在集成整合的冶炼厂中，通常形成不同的富含一氧化碳和氢的气体或气体混合物，例如焦炉气(通常富含氢)和高炉煤气(通常富含一氧化碳)。这些气体或气体混合物通常在冶炼厂中用于热集成及用于在燃气轮机中通过燃烧进行发电。如在本专利技术中在一个实施方案中所建议，若相应的气体或气体混合物不是用于制备合成产物，而是在此情况下用于制备二甲醚，则可以减少在通常发生的燃烧中释放的二氧化碳排放量。同时可以相应地减少为了制备合成气及制备由此获得的产物而对含碳的化石进给料的消耗。所述气体或气体混合物或者又由此形成的混合物典型地具有明显小于2的化学计量数。如在上文中已述，因此在直接制备二甲醚时以并非不显著的程度形成二氧化碳。然而在此缺少将该二氧化碳送回至(不存在的)合成气生产中的可能性。因此本专利技术建议，将在直接二甲醚合成时由相应的替代性的批料形成的二氧化碳分离出，并作为其他的产物供应，该批料可以来自一个或多个冶炼厂工艺过程以及来自其他工艺过程。本专利技术在此表明了通过本专利技术能够比较简单地产生高纯度二氧化碳的可能性，其例如适合于在食品工业或化学合成中使用。通过根据本专利技术所建议的针对性地提取出二氧化碳，可以将其他在直接二甲醚合成中可反应的组分送回其中，由此可以相对于各种新鲜批料提高在被送入直接二甲醚合成的反应批料中的化学计量数，或者以在下文中所述的方式有利地加以影响。这实现了在直接二甲醚合成中明显更优的催化剂稳定性的其他优点。整体上可以通过本专利技术的用于制备二甲醚的批料将如下气体或气体混合物用作新鲜批料，其中氢与一氧化碳的摩尔比(其在不存在二氧化碳时对应于化学计量数)明显小于2，及其中存在少量例如小于1,000ppm的二氧化碳。在本专利技术的范畴内，氢与一氧化碳的摩尔比或化学计量数例如可以为约1.15。本专利技术由制备二甲醚的方法出发，其中形成包含氢和一氧化碳的反应批料，并对反应批料实施二甲醚直接合成而获得包含二甲醚、水、甲醇、二氧化碳、一氧化碳和氢的粗产物。该粗产物除了特别所述的组分还可以包含其他组分，尤其是二甲醚直接合成的副产物，其在分离中各自根据其挥发性转移至相应的馏份中。在此尤其是更少量的甲烷、乙烷、有机酸及更高级醇。在此“反应批料”理解为在此直接被送入一个或多个在二甲醚直接合成中使用的反应器的气体混合物，即在一个或多个反应器中反应的气体混合物。反应批料在此由新鲜批料及一种或多种被送回的气体或气体混合物或流体形成，如还在下文中更加详细地阐述。“新鲜批料”或“组成(Makeup)”在此是如下气体或气体混合物，其并不具有由在一个或多个反应器即二甲醚直接合成的下游存在的气体混合物分离出的部分，即来自其他化学或工艺技术过程。换言之，新鲜批料不包括在二甲醚直接合成中形成的部分。如已述，在本专利技术的范畴内尤其是可以规定，由在一个或多个冶炼厂工艺过程中产生的一种或多种气体混合物，例如由焦炉气和/或高炉煤气，形成相应的新鲜批料。应当理解，所述一种或多种气体混合物可以在相应地使用之前在本专利技术的范畴内实施适当的加工处理，例如干燥、去除冶炼工艺过程的典型的杂质、脱硫、水煤气变换反应、去除酸气等，如其原则上由现有技术已知的。在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制备二甲醚的方法(100)，其中形成包含氢和一氧化碳的反应批料，并对反应批料实施二甲醚直接合成而获得包含二甲醚、水、甲醇、二氧化碳、一氧化碳和氢的粗产物，其中将粗产物或其中一部分作为分离批料实施分离，其中通过由分离批料分离出至少主要部分的二甲醚、水和甲醇以及更小部分的一氧化碳和氢而形成包含二氧化碳、一氧化碳和氢并且贫含或不含二甲醚、水和甲醇的中间混合物，其特征在于，在分离中以液态提供中间混合物，通过由中间混合物或其中一部分分离出至少主要部分的二氧化碳并获得主要或仅包含二氧化碳的二氧化碳馏份而形成包含一氧化碳和氢并且贫含或不含二氧化碳的残余混合物，在形成反应批料时至少使用残余混合物或其中一部分，并以如下方式形成反应批料，在反应批料中氢与一氧化碳的摩尔比为小于2，并且反应批料具有2至10摩尔％的二氧化碳。

【技术特征摘要】
2017.11.22 DE 102017010788.21.制备二甲醚的方法(100)，其中形成包含氢和一氧化碳的反应批料，并对反应批料实施二甲醚直接合成而获得包含二甲醚、水、甲醇、二氧化碳、一氧化碳和氢的粗产物，其中将粗产物或其中一部分作为分离批料实施分离，其中通过由分离批料分离出至少主要部分的二甲醚、水和甲醇以及更小部分的一氧化碳和氢而形成包含二氧化碳、一氧化碳和氢并且贫含或不含二甲醚、水和甲醇的中间混合物，其特征在于，在分离中以液态提供中间混合物，通过由中间混合物或其中一部分分离出至少主要部分的二氧化碳并获得主要或仅包含二氧化碳的二氧化碳馏份而形成包含一氧化碳和氢并且贫含或不含二氧化碳的残余混合物，在形成反应批料时至少使用残余混合物或其中一部分，并以如下方式形成反应批料，在反应批料中氢与一氧化碳的摩尔比为小于2，并且反应批料具有2至10摩尔％的二氧化碳。2.根据权利要求1的方法，其中以如下方式形成中间混合物，其具有大于95摩尔％的二氧化碳含量、小于1摩尔％的二甲醚含量，并具有小于0.1摩尔％的水和甲醇的含量。3.根据权利要求1或2的方法，其中单纯以冷凝方式和/或以蒸馏方式实施分离，其中形成中间混合物。4.根据前述权利要求之一的方法，其中在形成反应批料时此外还使用包含氢和一氧化碳并且贫含或不含二氧化碳的新鲜批料，其中在新鲜批料中氢与一氧化碳的摩尔比为1.0至1.8。5.根据权利要求4的方法，其中利用一个或多个冶炼厂工艺过程(10)提供新鲜批料。6.根据前述权利要求之一的方法，其中在分离中形成主要或仅包含甲醇的甲醇馏份，并在形成反应批料时加以使用。7.根据前述权利要求之一的方法，其中以如下方式形成二氧化碳馏份，其具有至少99摩尔％的二氧化碳。8.根据前述权利要求之一的方法，其中通过使用二氧化碳分离塔(C5)或通过使中间混合物或其一部分减压而由中间混合物或其一部分分离出至少主要部分的二氧化碳。9.根据权利要求8的方法，其中二氧化碳分离塔(C5)以具有塔底蒸发器并且不具有塔顶冷凝器的方式运行，和/或其中使用具有5至20个理论分离塔板的分离塔作为二氧化碳分离塔(C5)。10.根据前述权利要求之一的方法，其中将分离批料在第一分离塔(C1)中在分离中进行处理，在其中形成针对二氧化碳、一氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·佩舍尔，
申请(专利权)人：林德股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE