Получение диметилового эфира из синтез-газа на базе метанольного производства (стр. 1 )

На правах рукописи

ЛЯХИН Дмитрий Владимирович

ПОЛУЧЕНИЕ ДИМЕТИЛОВОГО ЭФИРА ИЗ СИНТЕЗ-ГАЗА

НА БАЗЕ МЕТАНОЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05. 17. 01

Технология неорганических веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Иваново 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования Ивановский государственный химико-технологический университет на кафедре «Технология неорганических веществ»

и в акционерная компании «Азот»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор , Ивановский государственный химико-технологический университет
	доктор технических наук, профессор Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)

Ведущая организация:

– Катализатор», г. Новомосковск

Защита состоится 9 февраля 2009 г. в 10 час. на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д. 212.063.02 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ивановский государственный химико-технологический университет по адресу:

153000, г. Иваново, пр. Энгельса, 7, ауд. Г - 205.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО ИГХТУ г. Иваново, пр. Энгельса, 10.

Автореферат диссертации разослан 23 декабря 2008 г.

Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций, д. т.н., ст. н.с.

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации. Синтез-газ (оксиды углерода и водород) является исходным сырьём для ценных химических продуктов, в том числе метанола. Технология синтетического метанола хорошо отработана, а его производство получило значительное распространение из-за широкого использования метилового спирта в промышленности. В последнее время становится актуальным получение и использование диметилового эфира (ДМЭ), производство которого может быть основано или на реакции дегидратации метанола, или на прямом получении его из синтез-газа.

ДМЭ позволяет решить приобретающие все большую остроту ряд проблем ухудшения окружающей среды, включающие атмосферное загрязнение и истощение ресурсов. ДМЭ относится к хладагентам, обладающим нулевым значением потенциала озоноразрушения (ODP). Использование ДМЭ в качестве моторного топлива позволяет радикально улучшить качество выхлопа дизельных двигателей с уменьшением выброса вредных компонентов. ДМЭ, в качестве полупродукта, легко превращается в бензин, характеризующийся улучшенными экологическими характеристиками (преобладание разветвленных углеводородов) и минимальным содержанием нежелательных примесей.

В настоящее время, как в России, так и за рубежом имеются разработки технологии прямого получения ДМЭ из синтез-газа, минуя стадию синтеза и очистки метанола, что является наиболее прогрессивным и экономичным решением. Для получения ДМЭ возможно использовать оборудование метанольного производства, имеющего близкую технологию, что позволяет существенно снизить капитальные затраты на новое строительство. В тоже время, практический опыт эксплуатации промышленных установок синтеза ДМЭ почти отсутствует. Нет готовых технических решений и хорошо отработанных технологий. Серийный выпуск промышленного катализатора синтеза ДМЭ не налажен, также как и отсутствует опыт его эксплуатации. Кроме того, необходима разработка технологии выделения и очистки ДМЭ. Отсутствуют разработки методов анализа состава ДМЭ, полученного по промышленной технологии из синтез-газа. Поэтому работы, направленные на усовершенствование технологической схемы получения ДМЭ из синтез-газа на базе метанольного производства и последующей его очистки является актуальными.

Цель работы. На основе изучения процессов каталитического синтеза и выделения чистого ДМЭ разработать мероприятия, позволяющие улучшить технологию получения диметилового эфира из синтез-газа. Для решения поставленной задачи необходимо:

1.  Исследовать свойства различных каталитических систем, в том числе гибридных катализаторов, в процессе дегидратации метанола и прямого синтеза ДМЭ из синтез-газа;

2.  Идентифицировать параметры кинетического уравнения каталитической реакции дегидратации метанола;

3.  Разработать математическую модель каталитического процесса получения ДМЭ и провести численное моделирование для промышленного реактора с целью выбора рациональных режимов работы;

4.  Провести промышленные испытания катализатора прямого синтеза ДМЭ из синтез-газа;

5.  Исследовать процесс выделения и очистки ДМЭ в промышленных условиях и разработать мероприятия по усовершенствованию данной технологии;

6.  Разработать методику выполнения измерений состава ДМЭ для контроля качества продукта.

Научная новизна работы заключается в том, что, научный подход к решению производственной задачи получения диметилового эфира использован на основных стадиях действующего метанольного производства:

- исследованы нанесённые катализаторы и их комбинации с промышленным катализатором синтеза метанола, обеспечивающие получение диметилового эфира из метанола и синтез-газа;

- методом математического моделирования установлены рациональные режимы эксплуатации и способы загрузки катализаторов в реактор для получения метанола и диметилового эфира;

- на основании теоретических расчетов и экспериментальных данных по состоянию гетерогенной системы «жидкий диметиловый эфир – диоксид углерода» предложены технические решения по улучшению технологической схемы ректификации для получения чистого ДМЭ.

Практическая значимость работы

- Проведена апробация процесса совместного получения метанола и диметилового эфира на действующем оборудовании метанольного производства, установлены режимы его промышленного получения из синтез-газа и направления усовершенствования технологии.

- Усовершенствована технологическая схема ректификации метанола-сырца с выделением чистого ДМЭ, что позволило снизить содержание примесей в продукте и сократить его потери со сдувками.

- Разработана методика анализа диметилового эфира, которая включена в технические условия на ДМЭ: ТУ 2434-059-05761643-2001 «Эфир диметиловый жидкий», аттестована в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.563-96 и зарегистрирована в ФГУП «ВНИИМС».

Достоверность результатов основывается на применении современных методов исследования, воспроизводимостью данных в пределах заданной точности анализа и проверкой адекватности моделей по результатам промышленных испытаний гибридного катализатора и системы разделения продуктов синтеза.

Личный вклад автора заключается:

- в проведении экспериментальных исследований по изучению активности нанесённых и гибридных катализаторов в процессах получения ДМЭ;

- в постановке и решению технической задачи по математическому моделированию процесса синтеза ДМЭ в реакторе;

- в разработке программы и участии в проведении промышленных испытаний бифункционального катализатора получения ДМЭ, анализе и обобщении результатов обследования промышленного агрегата синтеза ДМЭ;

- в расчёте процесса и разработке технических решений по совершенствованию технологической схемы ректификации;

- в постановке задачи и участии в разработке методики анализа жидкого ДМЭ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

II Украинской научно-технической конференции по катализу, Северодонецк, 2000г., Всероссийской научно-технической конференции по технологии неорганических веществ, Казань, 2001г., Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологии», Казань, 2005г., V международной научно-технической конференции по катализу «Укркатализ – V», Киев, 2006г., VI Российской конференции «Научные основы приготовления и технологии катализаторов», г. Туапсе, 2008г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ из них 3 статьи в периодических научных изданиях и 7 тезисов докладов на научно-технических конференциях.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка использованной литературы из 106 наименований и приложений. Работа изложена на 156 страницах, содержит 41 рисунок и 31 таблицу.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цели и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе приводится литературный обзор. Рассматриваются различные каталитические системы в процессе дегидратации метанола с получением ДМЭ, а также синтеза ДМЭ или совместного синтеза метанола и ДМЭ в процессах гидрирования СО и СО2, при этом образование ДМЭ происходит на сложных катализаторах, включающих кислотные центры, образованные оксидом алюминия и другими модифицированными носителями. Рассмотрены различные схемы получения метилформиата. Представлены результаты исследования различных каталитических систем в процессе дегидрирования метанола с образованием метилформиата. Описаны результаты исследований по изучению оксидных и серебросодержащих каталитических систем в процессах переработки метанола в формальдегид. Представлены предлагаемые исследователями механизмы процессов получения ДМЭ как дегидратацией метанола, так и его синтезом из СО-содержащего газа. Описан механизм бифункционального катализа ДМЭ из синтез-газа. Также рассмотрен механизм получения метилформиата и формальдегида из метанола. Рассмотрены технологические схемы и условия проведения процесса получения и выделения ДМЭ.