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甲醇脫水制取清潔能源——二甲醚

來源:湖州核通機械有限公司作者:核通機械技術部網址:http://zhongte76996.cn
文章附圖

甲醇脫水制取清潔能源——二甲醚

前言  目前研究了一種利用富二氧化碳合成氣和生物質炭聯合制取二甲醚的方法, 其過程包括兩個步驟: 富二氧化碳合成氣調整以及調整後合成氣合成二甲醚. 在合成氣調整過程中, 利用生物質炭為原料在Ni/Al2O3催化劑上将富二氧化碳合成氣調整為富一氧化碳合成氣. 經過800 °C合成氣調整後, 合成氣中CO2含量大幅降低而CO含量大幅提高, CO2/CO的摩爾比從原始合成氣的6.33降至0.21. 然後, 分别用調整前後的合成氣合成二甲醚, 結果表明, 經過調整後, C轉化率得到很大的提高, 二甲醚産率比調整前高4 倍。

     二步法合成二甲醚是目前國内外二甲醚生産的主要工藝,是以精甲醇為原料,脫水反應副産物少,二甲醚純度達99.9%,工藝成熟,裝置适應性廣,後處理簡單,可直接建在甲醇生産廠,也可建在其它公用設施好的非甲醇生産廠。但該法要經過甲醇合成、甲醇精餾、甲醇脫水和二甲醚精餾等工藝,流程較長,因而設備投資較大。但目前國外公布的大型二甲醚建設項目絕大多數采用兩步法工藝技術,說明兩步法有較強的綜合競争力。

我國90年代前後開始氣相甲醇法(兩步法)生産二甲醚工藝技術及催化劑的開發,很快建立起了工業生産裝置。近年來,随着二甲醚建設熱潮的興起,我國兩步法二甲醚工藝技術有了進一步的發展,工藝技術已接近或達到國外先進水平。

國内二甲醚的主要用途是作為氣溶膠、氣霧劑和噴霧塗料的推動劑。由于二甲醚的性質與液化氣相近,易貯存、易壓縮,因而可替代天然氣、煤氣、LPG作民用燃料。二甲醚具有優良的燃料性能,方便、清潔、十六烷值高、動力性能好、污染少、稍加壓即為液體易貯存,作為車用柴油的替代燃料,有液化汽、天然氣、甲醇、乙醇等不可比拟的綜合優勢。二甲醚作為清潔的替代燃料已經得到國内外廣泛的關注,特别是其替代煤氣、LPG和柴油方面所具有的巨大的市場潛力,對我國能源結構的調整、環境保護等方面有着重要的現實意義。

二甲醚具有廣闊的市場前景!但要想在新一輪的能源結構調整中占據一席之地! 仍需突破自身技術難題! 降低成本同時需要國家政策積極扶持" 如果替代民用燃氣! 以二甲醚的熱值和液化石油氣的熱值相比! 二甲醚的成本不應過3000元! 噸" 如果替代柴油! 以等熱值計算! 二甲醚(.$ 噸的價格應低于柴油( 噸的價格"發展二甲醚工業将為我國合理地利用煤炭和天然氣資源開辟一條新路" 合成氣一,二步法生産二甲醚技術和大規模二甲醚生産裝置的

建設以及二甲醚的推廣應用正處方興未艾之勢"

内循環式無梯度反應器的基本原理是通過攪拌器使反應器内的流體高速循環,混合均勻,從而達到無梯度的目的。此類反應器催化劑的裝填有兩類基本型式:一類是催化劑轉動,另一類是催化劑不動。内循環式無梯度反應器可用于進行大顆粒以緻工業上原粒度催化劑的研究,而其他型式的反應器則會帶來一些不易解決的困難。内循環式無梯度反應器的缺點主要是轉軸的徑向密封困難,特别是在高溫高壓下操作問題更多。用内循環式無梯度反應器來研究催化反應動力學較為理想。内循環無梯度反應器在8 0 0 ℃ 以下的高溫,不存在旋轉軸的徑向密封問題。經停留時間分布檢驗,工藝試驗以及溫度的實際測量,證明是完全能達到無梯度要求。但尚隻用于常壓,如用于高壓則還有待實踐檢驗。其攪拌速度的選擇必須與平均停留時間相适應,平均停留時間越短,要求攪拌器轉速越高。

本實驗主要目的和任務:(1)掌握内循環無梯度反應器、氣相色譜儀的工作原理、工藝結構與操作過程;(2)掌握甲醇脫水反應的基本原理;(3)學會甲醇-水-二甲醚體系的分析方法和數據處理方法。

1 實驗方案

1.1 實驗材料

   甲醇(≥99.5%);催化劑(NKC-2)矽鋁比15);色譜用高純氫(≥99.999%)

1.2 實驗流程與步驟

本實驗采用常壓内循環無梯度反應器,示意流程如下:

甲醇脫水制取清潔能源——二甲醚 - 狂野1号 - yuan.kegui 的博客甲醇内循環無梯度脫水反應流程圖

TCI-控溫;TI-測溫;PI-壓力計;V-截止閥;K-調節閥;J-三通閥;1-氮氣;2-穩壓閥;3-幹燥器;4-過濾器;5-質量流量計;6-緩沖器;7-預熱器;8-預熱爐;9-反應器;10-反應爐;11-馬達12-六通閥;13-冷阱;14-保溫瓶;15-濕式流量計;16-加料泵

1.3 色譜分析方法

甲醇脫水制取清潔能源——二甲醚

SP-1000氣相色譜儀(北京北分瑞利分析儀器公司):GDX-401色譜填充柱(Φ3mm×3m,最高使用溫度250℃),以氫氣為載氣。色譜條件:柱溫100℃,進樣器120℃。熱導池檢測器:檢測器溫度120℃,熱絲溫度140℃,載氣流速20ml/min。

1.4 分析條件與方法

(1) 稱取約4g催化劑(稱準至1mg),裝入反應器中,系統試漏。打開攪拌系統冷卻水(實驗過程中,務必保證冷卻水通暢,若停水,應立即停止攪拌,停止實驗),啟動反應裝置總電源,開各溫度電源和攪拌系統電源。開啟反應裝置軟件。

(2) 設定實驗裝置溫度,包括:設定反應控溫為235-310℃,預熱溫度為120℃,保溫系統溫度為140℃,閥箱溫度為120℃,攪拌速度設定為1500r/min。溫度設定建議在反應裝置軟件上完成。

(3) 微量泵的運行準備工作:将微量泵進料管浸于原料液中,旋松中間吸液口,用針筒将原料液吸出排氣,旋緊中間吸液口。打開泵電源,設定值調為0.5ml/min,三通閥旋向“排空”位置,将原料瓶移至排空口,按“Run/Stop”,啟動泵抽液,直到排空口出現連續均勻液滴時。先按“Run/Stop”,停泵,再将三通閥旋向“反應器”位置,此時泵的運行準備工作完畢。

(4) 氣相色譜操作:通載氣、開總電源、溫度達設定值、開檢測器、色譜基線。通色譜載氣,啟動氣相色譜儀,設定柱箱、汽化室和檢測器溫度為100℃、120℃、120℃,色譜溫度穩定後,設定熱絲溫度為140℃。打開色譜工作站和反應裝置軟件,色譜基線平穩後方可對産物進行檢測。

(5) 檢查色譜六通閥處于取樣位置。在冷阱中添加冰水混合物(冰塊自制)。

(6) 反應測溫值升至給定值後(約需1小時),确定反應裝置溫度和色譜均達到穩定,可調整微量泵設定值為相應實驗流量值(ml/min)。按“Run/Stop”,啟動泵,反應液進入反應器,開始反應,計時。

(7) 待反應約20min後進行色譜在線分析,要進行多次分析,直至同一條件下色譜分析值達到穩定。在線分析操作:将六通閥旋向進樣狀态,同時按色譜軟件中“采集”,進行色譜分析:10s後,樣品已全部從六通閥流入色譜,可旋回取樣狀态,待測下一組樣品。列表記錄實驗中不變參數:催化劑質量、閥溫、預熱溫度、轉速、色譜條件等;變化參數:記錄序号、記錄時間(min)、進料流量(ml/min)、反應測溫、反應控溫、色譜結果(樣品組成、組分峰面積、組分濃度(wt%)、濕式流量計始末值、冷阱内冷凝液總量(g)等。

(8) 改變條件,同樣穩定20min後進行色譜在線分析。考察溫度和進料流量對該反應行為(甲醇轉化率、反應速率)的影響關系。設定反應溫度變化範圍16-220℃,以10-20℃為間隔;反應流量變化範圍為0.05-0.5ml/min,以0.05-0.1ml/min為間隔,重複本實驗步驟進行考察。每個條件均應記錄以上各參數值。

(9) 按微量泵“Run/Stop”,停止進料,關泵電源。将攪拌速度設為0,反應裝置各溫度設為室溫以下(通常為20℃),關閉裝置各溫度電源。關掉攪拌系統冷卻水和反應裝置總電源。同時進行氣相色譜儀關閉操作:關檢測器、溫度達室溫值、關總電源、關載氣。首先将檢測器熱絲溫度設定為30℃,将柱溫、汽化室溫度和檢測器溫度降至40℃,關閉色譜儀總電源,關載氣總閥和減壓閥。結束實驗,将原料液和回收液封存,以免污染環境。斷電清潔實驗設備。

另注:實驗過程中要保證通有攪拌系統通有冷卻水。

每隔20min記錄反應測溫與控溫,并繪制關系曲線。

每隔40min檢查冷阱内冷凝液面是否升至出口氣,應及時排液稱量,回收。

冰水混合物應及時更換,建議每隔2h更換一次,以免影響冷凝效果。


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