甲醇制二甲醚催化剂开发与产业化
成果简介
  二甲醚(DME)是一种重要的碳一化工产品,链接着煤化工与石油化工(甲醇经二甲醚可制取烯烃),因此本项目属于“煤化工”技术领域。
  二甲醚(DME)还是一种重要的清洁能源产品,其物理特性与液化石油气(LPG)相似。20世纪70年代,二甲醚开始用作气雾推进剂,以取代破坏臭氧层的氟里昂。目前二甲醚主要用于掺烧液化石油气(LPG)或用作工业燃料。近些年来,在各国寻求清洁车用替代燃料的过程中,二甲醚的良好燃烧性能及低污染排放特性使其日益受到重视。车用替代燃料开发和行业发展需求,将是推动二甲醚产业快速发展的主要动力。
  工业上二甲醚生产均采用甲醇催化脱水法。根据脱水催化剂的种类及其工艺,甲醇催化脱水法又分为液相法和气相法两大类。液相法以浓硫酸或添加磷酸铝的复合酸为催化剂,采用釜式反应器与闪蒸流程,在国外早已被淘汰,国内尚有个别企业采用。液相法存在着设备腐蚀严重、产品纯度低且含有酸、釜残液及废水污染严重、中间体毒性大、操作条件恶劣、不适合大型化等缺点,因此,液相法逐步被气相法代替。催化剂是甲醇气相脱水法制二甲醚的核心技术。
  我院率先在上世纪90年代开发成功第一代甲醇气相脱水法制二甲醚催化剂与工艺技术,20世纪初优化形成第二代二甲醚催化剂与工艺技术,均处于世界领先水平。
  自2005年底原油价格持续上涨,能源供需矛盾凸现,我国二甲醚产业迎来了飞速发展的春天,产业政策也把二甲醚列为民用和车用清洁燃料予以大力支持,我国成为了世界上最主要的二甲醚生产与应用国家。与此同时,二甲醚装置规模从1万吨/年逐步发展到20万吨/年。大型化二甲醚技术开发,由于热效应增大等原因,带来催化反应器床层温度过高、转化率下降、副产物增多、产率降低等技术问题——迫切需要开发高性能的二甲醚催化剂。
  2006-2009年,我院承担国家科技支撑计划“非石油路线制备大宗化学品关键技术开发”重点项目(编号:2006BAE02B00)之“非石油路线含氧化合物制备关键技术”课题中的“高性能甲醇制二甲醚催化剂研究”任务,研制出低温活性更好、选择性高、时空收率高、寿命更长的新一代二甲醚催化剂(型号:CNM-3),突破了大型化二甲醚反应器热效应技术难点,获得“一种用于甲醇脱水制二甲醚的催化剂及其制备方法”授权发明专利(ZL 200610022256.8),建成300吨/年二甲醚催化剂生产线,催化剂被评为“国家重点新产品”(编号:2010GRF00005);同时开发出更先进、节能、清洁的工艺技术(如汽化提馏塔复合结构、先进分离工艺、多级热回收工艺),完成百万吨级规模二甲醚装置基础设计,确保该项技术继续处于世界领先水平。
  技术特点:
  1)独特的二甲醚催化剂配方:甲醇脱水制二甲醚是放热过程,大型二甲醚装置的放热效应很大。通过载体预处理与改性、添加助催化剂、优化制备方法,研制成功CNM-3型二甲醚催化剂,确保活性好,转化率与选择性更高,稳定性好。
  2)二甲醚催化剂制备新工艺:催化剂生产过程节能,清洁,无污染物排放。
  技术考核指标:CNM-3型二甲醚催化剂γ-Al2O3含量≥93%,甲醇转化率≥80%(反应温度250~350℃),二甲醚选择性≥99%,使用寿命≥2年。
  经济指标:使用该催化剂,产品二甲醚含量≥99.99%,甲醇消耗(折精甲醇)~1.405 t/t二甲醚。
  CNM-3型二甲醚催化剂已应用于国内外59套甲醇制二甲醚装置,总产能420万吨,国内市场占有率超过75%。近三年(2009-2011年)催化剂产品销售收入6296万元,新增利润1583万元;间接效益为二甲醚产品销售收入302.4亿元,新增利润50.4亿元。
  我院二甲醚催化剂及工艺技术的推广,有力促进了我国二甲醚行业技术进步,显著带动了我国醇醚清洁燃料与能源替代产业的发展。
  
成果完成人
陈鹏 林荆 刘芃 朱小学 叶秋云 袁小金 郑敏 李南锌 王华
完成单位
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