直接二甲醚合成外文翻译资料

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直接二甲醚合成

摘 要

二甲醚（DME）是一种清洁，经济的替代燃料，可通过合成气由天然气生产。 DME的性质与液化石油气的性质非常相似。DME可用于各种领域，如发电，运输，家庭取暖和烹饪燃料等，不含硫或氮。它对任何金属都没有腐蚀性，对人体无害。已经开发了一种从合成气直接合成DME的创新工艺。在淤浆相反应器中新开发的催化剂给出了DME生产的高转化率和高选择性。经过METI支持一年半的试点规模工厂（日产5吨）已经成功完成了大约400吨二甲醚的生产。

关键词 二甲醚，二甲醚，淤浆反应器，天然气，合成气，煤，清洁燃料，柴油机

1. 介绍

预计未来能源需求尤其是太平洋地区和亚洲地区的能源需求将非常庞大。 因此，有限的能源供应以及燃料消耗造成的环境问题将成为实现这些地区经济持续增长的重大障碍。最近被认为是新型清洁燃料并由天然气合成的二甲醚（DME）将为安全的能源供应和环境保护提供解决方案。

DME在环境条件下是无色气体，在轻压下容易液化。由于其物理和化学特性与液化石油气的物理和化学特性非常相似，因此它很容易替代液化石油气。 日本近一半的家庭使用液化石油气进行烹饪和家庭取暖。DME不仅是液化石油气的简单替代品，而且是柴油燃料的一种非常清洁的替代品，因为DME燃料的柴油车既不排放烟尘也不排放颗粒物（PM）[1]。

二甲醚可以通过使用液化石油气处理技术进行分配和储存，这意味着二甲醚不需要昂贵的液化天然气罐车或液化天然气终端[2]。一旦天然气转化为二甲醚，与LNG链相比，它将为天然气运输提供新的竞争途径。

现在DME用两种工艺制造，即甲醇合成和甲醇脱水工艺。为了使用DME作为燃料，它必须以低成本大量生产。从这些年开发的合成气（合成气：H2 CO气）合成DME [3-5]。 自1989年以来，JFE（正式NKK）公司一直在使用气泡塔浆料反应器合成直接二甲醚合成方面取得了显着进展[6-9]。 这种JFE直接DME合成将为经济型DME量产开辟一条新途径。

JFE公司与太平洋煤矿株式会社，住友金属工业株式会社和CCUJ（日本煤炭利用中心）合作，在2001年成功完成了一个5吨-DME /日（5TPD）试点工厂项目[10]。 该项目由经济部，德国工业和经济部（METI）资助。

在此基础上，二甲醚开发有限公司于2002年在日本北海道开始了100吨-DME /日（10OTPD）的示范工厂项目。

1. 什么是DME？

DME是化学式为CH30CH3的最简单的醚。 DME现在几乎只用于喷雾推进剂（油漆，农药，化妆品等）。 日产约1万吨/年，全球约为150,000吨/年。 表1显示物理性质和DME和其他相关燃料的燃烧特性。 DME在环境条件下是无色气体。 由于其25℃时的蒸气压约为0.6MPa，所以DME在轻压下容易液化。 其物理特性与LPG气体的主要成分丙烷和丁烷类似。

表1. DME和其他燃料的物理性质

a:在293K b:估算值

合成的DME既不含硫也不含氮。 二甲醚的毒性研究已经证实其毒性非常低，类似于液化石油气，远远低于甲醇。 DME不会腐蚀任何金属。 一些艺术人造橡胶在液态DME中膨胀，但例如NBR（硝基橡胶）耐用且可用于液体和气体条件。 由于DME在数十小时内在对流层中分解，因此不会造成臭氧层损耗[11]。

DME的发热量为28.90times;106J / kg是甲醇的1.37倍。 作为气体的热值为59.44times;106J / Nm3，是甲烷的1.65倍。 虽然二甲醚的丙烷热值约为65％，但相同大小的二甲醚储罐可储存或运载85％的丙烷能量，因为二甲醚的液体密度比丙烷的重1.37倍。

DME火焰与天然气一样可见蓝色。 用于天然气的烹饪烤箱可以用于DME，其改型非常小。 DME的十六烷值非常高，因此它可以用作柴油替代品，而DME燃烧废气远比柴油更清洁[1]。

1. 直接DME合成过程

3.1 由氢和一氧化碳直接合成DME

表2显示了与直接有关的反应DME合成及其反应加热。 主要有两种从合成气合成DME的总体反应路线（合成为：H2 CO气体），反应（a）和（b）。 反应（a）分三步合成DME，这是甲醇合成反应（c），脱水反应（d）和水煤气变换反应（e）。 当转变反应不发生时，反应（c）和（d）合并到反应（b）中，这是另一种DME合成路线。 Haldor Top soe A / S和其他一些直接DME合成遵循反应（b）[3]。 JFE直接DME合成遵循反应（a）。

表2.有关DME合成的反应式

由于反应（a）和（b）都是由合成气体分子产生两个分子产物，反应压力越高，合成气的合成反应越高。 考虑到工艺设计，JFE二甲醚合成反应压力约为3〜7MPa，标准压力为5MPa。 表3显示了反应条件。 催化剂负载率，W / F，定义为催化剂重量（kg）与 反应气体流量（（kg.mol）/ h）的比值。

表3.直接DME合成的反应条件

甲醇合成是一个平衡 - 休止的反应。 但是当脱水反应（d）同时发生，合成气转化急剧升高。 图1显示了在5MPa下DME合成（a）和（b）的化学计量平衡合成气转化，并且满足5和9MPa下的醇合成（c）。

图1. DME和甲醇合成的化学计量平衡转化

比较DME合成反应（a）和反应（b），反应（a）在所有温度条件下产生高得多的合成气。

图2还显示了作为合成气的H 2 / CO比的函数的两个整体DME合成（a）和（b）以及甲醇合成（c）的合成气转化率。 在每个反应中，当H2 / CO大鼠等于其化学计量数时，平衡转化达到其最大点，对于（a）和2.0（b）和（c）。（a）的最大平衡转换率高于（b）超过10分。

图2.合成气的平衡转化与H2/CO比率

与反应（b）相比，反应（a）具有一些其他工艺优点。 在整个反应（a）中，反应（e）同时转化副产物水，因此水不会在合成催化剂附近累积并导致催化剂降解。 为了延长催化剂的寿命，重要的是避免时间积聚水分。反应式（a）的副产物是CO2。 从CO2中分离或蒸馏DME是非常有效的，它与水分离相比不耗能（在反应（b）的情况下）。 由于这些原因，JFE直接DME合成专注于催化剂体系的开发及其反应的反应过程（a）。

在来自天然气的直接DME合成过程中，原始气体首先转化为H2 / CO = 1的合成气，然后是反应离子的副产物CO 2（a ）在自热重整器（AT R）中通过以下总反应（f）进行。 那么反应遵循整个反应（g），事实上天然气（甲烷）通过反应（g）转化为DME和水，就像经由天然气蒸汽再成形加DME合成反应（b）一样。

表4.直接DME合成装置中天然气合成DME装置反应

3.2.液相淤浆反应器

DME合成的反应非常放热，催化剂在高温（超过300℃）下逐渐失活。 那么重新移动反应热并且甚至控制反应器温度是非常关键的。 直接DME合成反应器专门配备液相反应器（DME浆料反应器）和新开发的催化剂体系，可有效地重整反应（a）。 图3显示了DME浆液反应器的图像。

图3.用于直接DME合成的浆料反应器的概念模型

催化剂以微粒形式存在于高沸点油中。 合成气从反应器的底部进料并形成小而均匀的气泡，其在催化剂浆料中上升时反应。由于其均匀的液相混合，在反应器中的温度均匀化，使其容易控制在高合成气转化率（非常放热的条件）。 对催化剂进行改性以在浆料反应器中单独促进三种反应（c），（d）和（e）。 浆料反应器中催化剂形状和强度的限制要比固定床反应器少得多。

3.3.JFE直接DME合成工艺

图4显示了天然气直接DME合成过程的流程示意图。 该工艺主要由合成气制备（自热重整器），DME合成（淤浆反应器）和分离/纯化（CO2，DME，甲醇精馏塔）三部分组成。

天然气在自热式成型器（ATR）中用02（蒸汽）和副产品CO2转化成合成气。 合成气被压缩并

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