Способ получения диметилового эфира из метанола
Настоящее изобретение относится к способу получения диметилового эфира, применяемого в качестве хладагента и газа вытеснителя аэрозольных упаковок, из метанола. Способ заключается в контактировании метанола с дегидратирующим катализатором в реакционной зоне и разделении компонентов реакционной смеси с помощью ректификации с возвращением непрореагировавшего метанола в реакционную зону, при котором дегидратацию метанола и образование эфира проводят в присутствии катализатора при повышенной температуре. При этом в качестве катализатора применяют молекулярные сита цеолитного типа с крупными порами, выбранные из группы, состоящей из цеолитов структуры FAU, являющихся цеолитами типа X и их модификациями, дегидратацию осуществляют в газообразном состоянии при температуре в реакционной зоне 280÷330°C и давлении 17÷22 атм, в первой ректификационной колонне отгоняют от воды фракцию, состоящую из метанола и диметилового эфира, во второй ректификационной колонне отгоняют от непрореагировавшего метанола диметиловый эфир и возвращают метанол в реакционную зону. Способ позволяет получить диметиловый эфир с высокими выходом и чистотой. 1 ил., 1 табл., 4 пр.
Область техники
Данное изобретение относится к химической промышленности, конкретно к области получения диметилового эфира (ДМЭ), применяемого в качестве хладагента и газа вытеснителя аэрозольных упаковок.
Качество очистки газа вытеснителя определяет его использование в тех отраслях, где очень высоки требования к газу по содержанию меркаптанов и влаги (парфюмерно-косметическая продукция, медицинские аэрозоли, производство автокосметики, монтажной пены, лакокрасочной продукции).
Уровень техники
Известно достаточно много процессов, в которых ДМЭ получают дегидратацией метанола с использованием различных катализаторов.
Согласно патенту [1] [патент RU 2459799, С2, дата публикации 27.08.2012 г.] в качестве катализаторов могут использоваться молекулярные сита цеолитного и/или нецеолитного типов. В качестве молекулярных сит используются одно или несколько сит, с FAU структурой, выбранных из группы, состоящей из цеолитов Y-типа, которые имеют большие поры. Молекулярное сито нецеолитного типа может быть силикоалюмофосфатным.
К недостаткам указанного способа следует отнести высокую склонность к косообразованию катализаторов при температуре реакции.
В патенте [2] [патент RU 2282613, С2, дата публикации 27.08.2006 г.] дегидратацию метанола проводят в присутствии сульфоионитного катализатора при повышенной температуре и давлении в совмещенном реакционно-ректификационном аппарате.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому техническому результату является изобретение «Способ получения диметилового эфира» [3], [патент RU №2256645, С2, дата публикации 20.07.2005 г.]. Согласно данному изобретению метанолсодержащий поток контактирует с дегидратирующим катализатором в одной или нескольких реакционных зонах. Компоненты реакционной смеси с помощью дистилляции и/или ректификации разделяют с возвращением непрореагировавшего метанола в реакционную зону. Дегидратацию метанола и образование эфира проводят в жидком и/или парожидкостном состоянии в присутствии кислого катионита при температуре 100-460°C и поддерживают концентрацию воды в возвращаемом реакционную зону метанольном потоке менее 12% масс, предпочтительно менее 5% масс.
Основными недостатками прототипа являются:
- применение двухреакторной схемы для дегидратации;
- применение водной отмывки выделенного потока диметилового эфира от метанола и подача воднометанольной смеси в зону ректификации от воды;
- применение реакционно-ректификационного аппарата приведет к усложнению технологической схемы.
Задача предлагаемого способа заключается в создании экологически чистой технологии получения ДМЭ дегидратацией метанола на молекулярном сите цеолитного типа, которая позволит получить продукцию необходимого качества для использования ее в качестве газа вытеснителя аэрозольных упаковок и значительно снизить эксплуатационные и капитальные затраты на реализацию и проведение процесса.
Раскрытие изобретения
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения диметилового эфира из метанола, путем его контактирования с дегидратирующим катализатором в реакционной зоне и разделении компонентов реакционной смеси с помощью ректификации с возвращением непрореагировавшего метанола в реакционную зону, при котором дегидратацию метанола проводят в присутствии катализатора при повышенной температуре, в отличие от прототипа, в качестве катализатора применяют молекулярные сита цеолитного типа с крупными порами, выбранные из группы, состоящей из цеолитов структуры FAU, являющихся цеолитами типа X и их модификациями, дегидратацию осуществляют в газообразном состоянии при температуре в реакционной зоне 280÷380°C и давлении 17÷22 атм, в первой ректификационной колонне отгоняют от воды фракцию, состоящую из метанола и диметилового эфира, во второй ректификационной колонне отгоняют от непрореагировавшего метанола диметиловый эфир и возвращают метанол в реакционную зону. Предлагаемый способ получения диметилового эфира осуществляется на установке, которая представлена на чертеже, где приведена принципиальная схема установки.
Установка работает следующим образом.
Для получения ДМЭ используют метанол концентрации не менее 99,5%, массовая доля серы не более 0,0001%, массовая доля воды не более 0,05%, массовая доля альдегидов и кетонов не более 0,003%.
Согласно схемы установки на чертеже метанол поступает по линии 1. Его смешивают с рециркулируемым метанольным потоком 11, поступающим из куба колонны 14, подогревают в теплообменнике до температуры 300-350°C и по лини 2 направляют в реакционную зону реактора 12, содержащую цеолит типа X. Из реакционной зоны реактора 12 по линии 3 выводят реакционную смесь, которую подают в отгонную зону колонны 13 по линии 3. Отгонная зона колонны 13 представляет собой ректификационную колонну.
Сверху ректификационной колонны 13 по линии 5 выводят паровой поток, содержащий преимущественно ДМЭ и метанол. Далее поток охлаждается в конденсаторе дефлегматоре и поступает в колонну 14 по линии 7. Часть сконденсированного потока по линии 6 возвращают в колонну 13 в виде флегмы. Снизу колонны 13 по линии 4 выводят поток, содержащий преимущественно воду. Ректификационная колонна 14 предназначена для разделения ДМЭ от метанола. Сверху ректификационной колонны 14 по линии 8 выводят паровой поток, содержащий ДМЭ. Далее поток охлаждается в конденсаторе дефлегматоре и поступает по линии 10 на склад. Часть сконденсированного потока по линии 9 возвращают в колонну 14 в виде флегмы. Снизу колонны 14 по линии 11 выводят поток, содержащий преимущественно метанол.
Примеры 1-4 показывают реализацию настоящего изобретения по способу получения диметилового эфира, путем контактирования его с дегидратирующими катализаторами с использованием различных вариантов загрузки в реакционную зону молекулярных сит цеолитного типа с крупными порами, выбранных из группы, состоящей из цеолитов структуры FAU, являющихся цеолитами типа X.
Пример 1. Данный пример иллюстрирует реализацию по способу получения диметилового эфира с применением в качестве катализатора молекулярного сита цеолитного типа с крупными порами, выбранного из группы, состоящей из цеолитов структуры FAU, являющееся цеолитом NaX.
Способ получения ДМЭ реализован на установке см.чертеж.
Согласно схемы установки на чертеже метанол в количестве 463,3 кг/ч поступает по линии 1. Его смешивают с рециркулируемым метанольным потоком 11, поступающим из куба колонны 14, подогревают в теплообменнике преимущественно до температуры 310°C и по лини 2 направляют в реакционную зону реактора 12, содержащую цеолит типа NaX, размер гранул 1,8÷2,2 мм, в количестве 0,5 м3. Реактор представляет собой аппарат адиабатического типа. Реакция дегидратации осуществляется при температуре 300°C и давлении 2,0 МПа. Конверсия метанола за проход 90%. Из реакционной зоны по линии 3 выводят реакционную смесь. Реакционную смесь из реактора 12 в количестве 1000 кг/ч подают в ректификационную колонну 13 по линии 3. Поток 3 содержит 32,31% ДМЭ; 53,67% метанола и 14,02% воды. Процесс ректификации осуществляют при абсолютном давлении в кубе колонны 13 равном 0,37 МПа, верха колонны 13 равном 0,32 МПа. Температуры: куба - 140°C; тарелки питания - 55°C; верха - 40°C.
Сверху ректификационной колонны 13 по линии 5 выводят паровой поток, содержащий ДМЭ и метанол. Далее поток охлаждается в конденсаторе дефлегматоре и поступает в колонну 14, по линии 7 выводится 859,8 кг/ч продукта, содержащего 37,60% ДМЭ и 62,40% метанола. Часть сконденсированного потока по линии 6 возвращают в колонну 13 в виде флегмы. Снизу колонны 13 по линии 4 выводится поток, содержащий преимущественно воду в количестве 140,2 кг/ч. Ректификационная колонна 14 предназначена для разделения ДМЭ от метанола. Сверху ректификационной колонны 14 по линии 8 выводится паровой поток, содержащий ДМЭ. Далее поток охлаждается в конденсаторе дефлегматоре и поступает по линии 10 на склад в количестве 323,1 кг/ч. Часть сконденсированного потока по линии 9 возвращается в колонну 14 в виде флегмы. Снизу колонну 14 по линии 11 выводится поток, содержащий преимущественно метанол в количестве 536,7 кг/ч.
Пример 2. Данный пример иллюстрирует реализацию по способу получения диметилового эфира аналогично примеру 1, отличающемуся тем, что в качестве катализатора применяют молекулярное сито цеолитного типа с крупными порами, выбранное из группы, состоящей из цеолитов структуры FAU, являющееся цеолитом НХ.
Пример 3. Данный пример иллюстрирует реализацию по способу получения диметилового эфира аналогично примеру 1, отличающийся тем, что в качестве катализатора применяют молекулярное сито цеолитного типа с крупными порами, выбранное из группы, состоящей из цеолитов структуры FAU, являющихся цеолитом LiX.
Пример 4. Данный пример иллюстрирует реализацию по способу получения диметилового эфира аналогично примеру 1, отличающемуся тем, что в качестве катализатора применяют молекулярное сито цеолитного типа с крупными порами, выбранное из группы, состоящей из цеолитов структуры FAU, являющихся цеолитом HLiX.
Показатели качества полученных диметиловых эфиров приведены в таблице 1.
Достигаемый технический результат
Преимуществом заявляемой установки перед прототипом являются:
- получение ДМЭ высокой концентрации 99,99% и выше без постороннего запаха, что позволит его использовать в качестве газа вытеснителя аэрозольных упаковок;
- получение ДМЭ высокого качества с низким содержанием воды до 0,0001%;
- получение ДМЭ с низким содержанием сернистых соединений до 0,0001%;
- предложен катализатор дегидратации метанола в виде молекулярных сит цеолитного типа с крупными порами, выбранных из группы, состоящей из цеолитов структуры FAU, являющихся цеолитами типа X и их модификациями, который позволил увеличить конверсию ДМЭ до 90% и выше.
Способ получения диметилового эфира из метанола, путем его контактирования с дегидратирующим катализатором в реакционной зоне и разделении компонентов реакционной смеси с помощью ректификации с возвращением непрореагировавшего метанола в реакционную зону, при котором дегидратацию метанола и образование эфира проводят в присутствии катализатора при повышенной температуре, отличающийся тем, что в качестве катализатора применяют молекулярные сита цеолитного типа с крупными порами, выбранные из группы, состоящей из цеолитов структуры FAU, являющихся цеолитами типа X и их модификациями, дегидратацию осуществляют в газообразном состоянии при температуре в реакционной зоне 280÷330°C и давлении 17÷22 атм, в первой ректификационной колонне отгоняют от воды фракцию, состоящую из метанола и диметилового эфира, во второй ректификационной колонне отгоняют от непрореагировавшего метанола диметиловый эфир и возвращают метанол в реакционную зону.
