由合成气生产二甲醚的方法和设备的制造方法
【专利摘要】本发明涉及由合成气(SG)生产二甲醚(DME)的方法，其中对至少一股由合成气(SG)形成的进料流(2)实施至少一个合成步骤(A)，其中将存在于进料流(2)中的组分至少部分地转化成二甲醚(DME)，由此获得至少一股至少包含二甲醚(DME)和进料流(2)的未反应的组分的粗产品流(3)。该进料流(2)至少包含氢、一氧化碳和二氧化碳，并且具有2.0至5.0的化学计量数。该进料流(2)还包含4至20摩尔％的二氧化碳，在该进料流(2)中二氧化碳与一氧化碳的比例在由0.5至4的范围内。在等温条件下实施至少一个合成步骤(A)。本发明还涉及由合成气(SG)生产二甲醚(DME)的设备。
【专利说明】
由合成气生产二甲醚的方法和设备
技术领域
[0001 ]本发明涉及根据独立权利要求的主题的由合成气生产二甲醚的方法和设备。
【背景技术】
[0002] 二甲醚(DME)是结构上最简单的醚。二甲醚包含两个甲基作为有机基团。二甲醚具 有极性，通常以液态形式用作溶剂。此外，二甲醚可以用作冷却剂，代替传统的氟氯烃。
[0003] 目前二甲醚越来越多地用作燃气(液化气）以及传统发动机燃料如柴油机的替代 物。由于其具有55至60的比较高的十六烷值，传统柴油机例如仅需要轻微地改造以利用二 甲醚运行。二甲醚燃烧得比较清洁，不会生成烟灰。若二甲醚是由生物量制备的，则将其看 作是所谓的生物燃料，因此可以有利的税率上市出售。
[0004] 二甲醚可以直接由甲醇产生，或者间接由天然气或沼气产生。在后一情况下，首先 对天然气或沼气进行重整以获得合成气。也可以通过其他方法生产合成气，例如通过废物 或生物量的热解。经典的方式是将合成气转化成甲醇，然后进一步转化成二甲醚。与由甲醇 进行生产相比，由合成气生产二甲醚在热力学和经济上是有利的。
【发明内容】
[0005] 本发明涉及以单级方式或者直接由合成气生产二甲醚。以单级方式或者直接生产 在此理解为在无需如同以两级方式生产时中间分离出甲醇的情况下进行生产。但是在以单 级方式生产时所进行的反应也可以供应甲醇作为中间产物，但是甲醇在一个或多个所用的 反应器中至少部分地进一步反应生成二甲醚。较长时间以来相应的方法已经是已知的，下 面也会更详细地加以描述。
[0006] US 2013/0030063 A1涉及一种在以等温方式运行的反应器中由合成气直接合成 二甲醚的方法。可以将存在于反应器排出流中的未反应的合成气再循环至反应器。为此，首 先冷却反应器排出流，从而冷凝出大部分的水和甲醇以及约40%的二甲醚。借助吸收器使 用甲醇作为吸收剂洗出剩余的二甲醚以及大部分的二氧化碳。最后，将以复杂的方式使二 氧化碳贫化的循环流以及新鲜的进料送至反应器，其中在反应器中反应的气体混合物的化 学计量数最大为2.05的数值，其二氧化碳与一氧化碳的比例最大为0.25。
[0007] 在生产二甲醚时，还可以采用在EP 1 026 141 A1中所述并且在下面更详细地描 述的T〇pS0e法。例如在文章 "DME -1he new wonder fuel?"，Nitrogen&Methanol 260, 2002,第25至31页中也提及了 T〇!5S0e法及其他用于生产二甲醚的方法。
[0008] 此外，对于更加灵活且更加有效地由合成气生产二甲醚的方法和设备仍然存在需 求。
[0009] 基于这一背景，本发明建议根据独立权利要求的特征的由合成气生产二甲醚的方 法和设备。优选的实施方案是从属权利要求及以下描述的主题。
[0010] 在阐述本发明的特征和优点之前，先解释其基本原理和所用的术语。
[0011] 若下面简单地提到生产二甲醚，则是指其中使包含合成气的已知组分的进料即以 适当的比例至少包含一氧化碳、二氧化碳和氢的气体混合物反应生成包含二甲醚的产品流 的方法。相应的产品流，由于不完全反应及由于在合成二甲醚时发生副反应，特别是取决于 所用的催化剂的特性以及合成气组分各自的含量，不仅包含二甲醚，而且还包含其他化合 物。它们至少是甲醇、水、二氧化碳、一氧化碳和氢，但也可以是比较少量的甲烷、乙烷、有机 酸及更高级的醇。必须至少部分地分离出这些其他的化合物，从而一方面能够实施后续的 分离步骤，另一方面以所需的纯度生产二甲醚。
[0012] 流体(下面对于相应的流、馏份等也简化使用术语"流体"）由其他流体(在此也称 作起始流体)导出或者由该流体形成，条件是具有至少一些存在于起始流体中或者由其获 得的组分。在此意义上导出或形成的流体可以由起始流体通过分离或分支出一部分或一种 或多种组分、针对一种或多种组分进行富集或贫化、使一种或多种组分发生化学或物理转 化、加热、冷却、施加压力等而获得或形成。流例如也可以简单地通过由储存容器提取而形 成。
[0013] 在此所采用的语言习惯中，流体可以富含或者贫乏一种或多种所含的组分，其中 基于摩尔、重量或体积基准，富含可以是至少50 %、60 %、70 %、80 %或90 %的含量，贫乏可 以是最多50%、40%、30%、20%或10%的含量。在此所采用的语言习惯中，可以针对一种或 多种组分进行富集或贫化，其中这些术语涉及在形成所述流体的起始流体中相应的含量。 基于起始流体，所述流体若包含至少1.1倍、1.5倍、2倍、5倍、10倍、100倍或1000倍含量的相 应的组分，则被富集;若包含最多0.9倍、0.5倍、0.1倍、0.01倍或0.001倍含量的相应的组 分，则被贫化。主要包含一种或多种组分的流体包含至少50%、60%、70%、80 %或90 %的所 述一种或多种组分，或者在上述定义的意义上富含这些组分。
[0014] 下面，为了表示压力和温度，采用术语压力水平和温度水平，由此应当指出，压力 和温度不必以精确的压力或温度数值的形式使用以实现本发明的概念。但是这些压力和温 度典型地在特定范围内移动，例如围绕平均值±1%、5%、10%、20%或者甚至50%。在此情 况下，不同的压力水平和温度水平可以在不相交的范围内或者在彼此重叠的范围内。特别 是例如由于冷却效应，压力水平例如包括不可避免的或可预见的压降。这同样适用于温度 水平。在此以巴给出的压力水平是绝对压力。
[0015] 如开始已述，可以通过经由甲醇作为中间产物以两级方式由合成气进行合成而生 产二甲醚。例如在日本DME论坛的DME手册ISBN978-4-9903839-0-9，2007年，第171页起描述 了相应的方法。如所述，以两级方式由合成气生产二甲醚的特征在于，首先由合成气生产甲 醇，然后由冷凝物（甲醇和水)分离出未反应的合成气，然后在另一个反应器中对甲醇进行 脱水，产生二甲醚和水。
[0016] 为了生产二甲醚，通常使用直立的管式反应器，其均由底部送入施加压力的、经加 热的合成气。在顶侧提取所得的产品流，冷却，及送去进行分离。
[0017] 因为全部设备为此需要产生甲醇作为中间产物，还额外需要由甲醇生产二甲醚的 装置，所以在两级方法中生产二甲醚是昂贵的(且耗费能量）。
[0018] 在专利文献中，早至1973年(DE 23 62 944 A1，US 4,098,809 A)就已经描述了直 接或者以单级方式由合成气生产二甲醚。其特征在于共同的反应阶段，其中甲醇和二甲醚 共同由氢、一氧化碳和二氧化碳获得。在该文献中基于此还描述了其他的方法。
[0019] 在一种已知的称作所谓的T〇ps.0e法的组合方法中，如DME手册第185页起尤其是 第187页所述，及例如在所引用的EP 1 026 141A1中所述，使用双功能催化剂，利用其可以 形成甲醇和二甲醚。使用至少两个不具有中间分离的反应器，其中以等温方式冷却第一反 应器，以绝热方式运行第二反应器。使用化学计量数(见下）约为2的合成气。平行地生产二 甲醚和甲醇，其中可以在分离组分之后在另一个反应器中将甲醇转化成二甲醚。在Topsiae 法中，设置越来越多的反应器（以等温方式及以绝热方式运行）。此外，若不期望同时生产甲 醇，则必须在另一个反应器中将以较大量产生的甲醇转化成二甲醚。
[0020] 在Tops0e法中，在其中将仅一种(铜基)催化剂用于甲醇合成的反应器中，可以仅 以轻微的程度形成二氧化碳。虽然相应的催化剂在此情况下原则上不仅催化反应2H2+C0- ch3〇h，而且催化反应h2〇+⑶-h2+c〇2 (所谓的水煤气转换），但是因为在反应器进料中几乎 不存在水，所以在Topsiee法中水煤气转换几乎根本无法进行，或者最多以很小的程度进 行。在Tbps0e法中，在压缩阶段之前或之间，通常将合成气及循环流冷却到30至4〇°C，并排 出冷凝物。另一方面，在Tops·法中用于合成二甲醚的催化剂催化反应2CH 3OH-CH3OCH3+ h2〇。若因此在相应的绝热反应阶段中平行地使用用于合成甲醇的催化剂，则水煤气转换由 于形成的水可以小程度地进行，并形成少量的二氧化碳。但是主要继续形成甲醇。若在相应 的绝热反应阶段中，仅使用用于合成二甲醚的催化剂，则因为该催化剂对于水煤气转换无 效，所以不形成二氧化碳。
[0021] 与使用混合的催化剂的单独的以等温方式冷却的反应步骤的情况相比，作为本发 明的基础，由于Tops0e法的反应器构造，形成明显更少的二氧化碳。由于二氧化碳的溶解 度，其通常额外地在甲醇中加以去除，如之前参考US 2013/0030063 A1已述。因此，在 Tops0e法中，整体上很少或几乎不形成二氧化碳，从而在相应的进料流(见下）中既不存在 根据本发明使用的高的二氧化碳含量，也不存在高的二氧化碳与一氧化碳的比例，而这些 在本发明的范畴内是重要的特征和控制手段。
[0022] 也可以例如在浆料运行模式中及以比较低的化学计量数(见下)直接合成二甲醚。 但是由此总是形成二氧化碳作为副产物，其必须与各种未反应的化合物分离，从而能够将 后者作为循环重新送回至反应。所述反应在此以令人满意的产率仅以低的二氧化碳含量进 行。
[0023] 本发明的优点
[0024] 本发明建议由合成气生产二甲醚的方法，其中对至少一股由合成气形成的进料流 实施至少一个合成步骤，其中将存在于进料流中的组分至少部分地转化成二甲醚。在此情 况下，获得至少一股粗产品流，其至少包含二甲醚和进料流的未反应的组分。
[0025] 因此本发明用于以单级方式生产二甲醚。如所述，在以两级方式经由中间产物甲 醇生产二甲醚的情况下，将甲醇分离出并单独地进一步反应生成二甲醚。因此，如同在本发 明的范畴内的情况，不获得至少包含二甲醚和进料流的未反应的组分的粗产品流。
[0026] 若在此提及由合成气形成进料流，则这特别是还包括将其他组分混入合成气流， 如前已述。进料流本身在混合之后实施至少一个合成步骤。
[0027] 根据本发明，进料流至少包含对应于2.1至5.0的化学计量数的氢、一氧化碳和二 氧化碳，其中二氧化碳含量为4至20摩尔％，在进料流中二氧化碳与一氧化碳的比例在由 0.5至4的范围内，在等温条件下实施至少一个合成步骤。特别是可以在单个以等温方式运 行的反应器中进行合成，但是也可以使用多个以等温方式运行的反应器，它们可以在不同 的温度水平下运行。
[0028] 在本发明的范畴内，特别有利地使用以等温方式运行的、冷却的固定床反应器。与 其他反应器类型例如在US 2013/0030063 A1中使用的流化床反应器相比，为了获得近似等 温的条件，在本发明的范畴内所述固定床反应器获得特别的优点。与流化床反应器不同，在 固定床反应器中，反应热的排出通常稍差。因此，本领域技术人员不会首先想到将相应的反 应器用于等温反应。然而，由于根据本发明存在的特殊的反应条件(更高的二氧化碳/ 一氧 化碳比例和更高的化学计量数），一方面反应热较低，另一方面在反应器中存在较多的稀释 气体。以此方式，可以控制温度，尤其是可以控制反应器中的所谓的"过热点"。
[0029] -般而言，由合成气形成进料流，其化学计量数在2.0以上，例如为2.05。但是进料 流也可以由化学计量数在2.0以下例如为1.7的合成气形成。这例如可以在混入具有高的化 学计量数的合成气流的情况下进行，或者在排出如图2至4所示的富含二氧化碳的流8时进 行。然而，根据本发明，最终形成的进料流的特征在于所述化学计量数为2.1至5.0。所有关 于根据本发明使用的化学计量数的陈述涉及实际实施至少一个合成步骤的进料流。即使所 用的合成气流的二氧化碳含量贫乏，在将含有二氧化碳的循环流用于形成进料流时，调节 相应的二氧化碳含量。
[0030] 在此情况下化学计量数特别是2.1至4.8，例如2.2至2.4，2.4至2.6，2.6至2.8，2.8 至3.0,3.0至3.2,3.2至3.4,3.4至3.6,3.6至3.8,3.8至4.0,4.0至4.2,4.2至4.4,4.4至 4.6,或4.6至4.8。
[0031] 为了表征用于生产二甲醚的合成气或者由合成气和循环流形成的进料流，经常使 用所述化学计量数3ΝΑΝ=(χΗ2- Χ⑶2)/(xC0+xC02)适用于此，其中X是组分氢(H2)、一氧化 碳(C0)和二氧化碳(C0 2)的摩尔含量。在以传统方式直接由合成气生产二甲醚时观察到的 反应可以描述如下：
[0032] 3H2+3CO^CH3OCH3+C〇2 (1)
[0033] 4H2+2C0^2CH3〇H^CH3OCH3+H2〇 (2)
[0034] 由此根据反应方程式(1)得出在传统方法中被认为理想的化学计量数为
[0035] SN= (3mol H2-0mol C〇2)/(0mol C0+3mol C〇2) = 1 ·0
[0036] 根据反应方程式(2)为
[0037] SN= (4mol H2-0mol C〇2)/(2mol C0+0mol C〇2) =2·0〇
[0038] 在根据反应方程式（1)且SN=1.0的反应中，可以相继地实现所用组分几乎完全转 化。但是为此必须重新引导所形成的二氧化碳通过重整器，并在此转化成一氧化碳。这是明 显耗能的。因此在以相应的低的化学计量数实施的传统方法中，二氧化碳是不期望的，这是 因为其会抑制所参与的反应。因此必须以成本高昂的方式将其分离出。
[0039] 与此不同，在根据反应方程式(2)且SN = 2.0的反应中，每次循环(pro Durchlauf) 的转化率较低，并且形成水，其中氢和氧发生键结，其可以根据反应方程式（1)完全转化成 所期望的产物。
[0040]如所述，在由合成气生产二甲醚时，即使保持各种"理想的"化学计量数，所存在的 组分也从不会被完全转化，此外即使以不同的比例彼此平行地进行所述反应。因此，在所获 得的粗产品中，即在一个或多个所用的反应器的出口处，也总是发现有二氧化碳，其尤其是 在低的化学计量数的情况下形成。
[0041] 于是，本发明至少部分地基于以下认识，可以将该二氧化碳以较高的化学计量数 连同未反应的组分一起再循环至一个或多个所用的反应器，因为其同样可以被转化。因此 不必以成本高昂的方式将其分离出，条件是应当使用相应的循环流。这同样也适用于用于 形成进料流的合成气。这也总是具有一定量的二氧化碳，其在本发明的范畴内不必被分离 出，或者至少仅以较小的程度被分离出。
[0042] 在本发明的范畴内，在此需要强调的是，例如以下反应也可以用于生产二甲醚：
[0043] 6H2+2C〇2^2CH3OH+2H2〇^CH3〇CH3+3H2〇 (3)
[0044] 根据方程式(3)的反应中的化学计量比对应于化学计量数
[0045] SN=(6mol H2-2mol C〇2)/(0mol C0+2mol C〇2)=2.0
[0046] 因此对应于根据反应方程式(2)的化学计量数。然而，在仍然较高的化学计量数的 情况下，如在本发明的范畴内所用，可以观察到二氧化碳和一氧化碳生成二甲醚的明显更 高的转化率。
[0047] 例如通过将合成气的未反应的组分连同补充物即例如化学计量数略微高于2例如 为SN = 2.05的新鲜合成气一起再循环，实现本发明的高的化学计量数。由于再循环，使过量 的氢相继地发生浓缩。由此，即使将二氧化碳再循环，也使化学计量数升高。最终位于反应 器入口处的进料流，即在反应器中实际发生转化并且由新鲜的合成气和任选存在的循环流 组成的流，其化学计量数因此为至少2.1。
[0048] 尤其是通过上述方面的组合，获得本发明的优点：因为在此二氧化碳不必在重整 器中转化成一氧化碳，所述方法的整体效率仍然是有优势的，即使由于所采用的化学计量 数较高，实现的每次循环的转化率可能较低。后者还通过仍然较高的化学计量数加以补偿。 换而言之，因为二氧化碳可以加以利用并且不必再循环，所以整个过程的效率明显更高。 [0049] 相对于已知的方法，例如所述的Topwe法，其中总是使用两个以不同方式(等温 和绝热)运行的反应器，通过根据本发明的方法流程，其中优选使用仅一个以等温方式冷却 的反应器，获得其他的优点。
[0050] 因为在冷却相应的反应器时，可以产生可用于其他目的例如用于进料预热的蒸 汽，所以等温方法流程也是有利的。
[0051] 在根据本发明的方法的范畴内，二氧化碳和一氧化碳的含量也可以通过这些化合 物彼此之间的比例加以描述。在此情况下，二氧化碳/一氧化碳比例在0.5以上，特别是0.5 至4,例如0.5至3,或者0.5至2,特别是0.5至1.0,1.0至1.5,或者1.5至2.0。
[0052] 在本发明的范畴内，二氧化碳与一氧化碳的比例是特别重要的，尤其是为了影响 上述水煤气转换的平衡，但也为了控制反应速率。
[0053] 在本发明的范畴内，由于在反应器进料中通常采用高的二氧化碳含量，所以与现 有技术相比实现了明显更高的能量效率和碳效率。在本发明的范畴内，这归因于，如上所 述，在所用的反应器中二氧化碳被转化成二甲醚。在将轻的进料如甲烷或天然气用于生产 合成气的情况下，本发明的优点在此特别突出。与此不同，在所引用的现有技术中，使用碳 或生物量作为进料。
[0054] 因此在本发明的范畴内，无需分离出二氧化碳，（但是在分离出所期望的产物例如 二甲醚之后），可以将所得的粗产品流完全再循环至反应。由此证明根据本发明的方法更容 易实现。
[0055] 此外，根据本发明，如所述，仅使用以等温方式运行的反应器。因此，只需提供单个 反应器;相反不再需要使用以不同方式(等温和绝热)运行的反应器。
[0056] 根据本发明的方法还可以包括经由甲醇作为中间产物进行合成，但是其中不将后 者分离出。因此可以取消掉成本高昂的分离装置。因此，在至少一个合成步骤中（例如在仅 一个反应器中），首先将氢和一氧化碳转化成甲醇，然后在存在包含于进料流中的组分的情 况下将甲醇进一步转化成二甲醚。在根据本发明的方法的范畴内，还可以将由粗产品流分 离出的甲醇再循环至合成步骤。由此可以省略掉按照惯例用于使甲醇脱水形成二甲醚的反 应器。
[0057] 如所述，有利地由粗产品流至少部分地分离出进料流的未反应的组分及再循环。 其在此情况下可以连同合成气一起使用而形成进料流。在此情况下，例如可以实施合成气 流与相应的循环流的共同压缩，由此可以取消掉分离的压缩级。在合成气流完全流过其中 的压缩机的两个压缩级之间送入循环流时，也存在此类共同的压缩。
[0058] 尤其是可以由粗产品流将进料流的未反应的组分在主要包含氢、一氧化碳和二氧 化碳的循环流中至少部分地混入合成气流。如所述，不需要或者不需要完全地分离出二氧 化碳，因此根据本发明的方法在经济和能量上是有利的。
[0059]也可以被证明有利的是，此外由粗产品流产生甲醇流，及将所述甲醇流至少部分 地连同循环流一起混入合成气流。由此可以与由合成气直接生产二甲醚平行地，将存在于 甲醇流中的甲醇进一步转化成二甲醚。
[0060] 在根据本发明的方法的范畴内，有利地在190至310°C的温度水平下和/或在20至 100巴的压力水平下实施至少一个合成步骤。在相应的条件下，特别是50巴以上的压力水 平，特别有效地实施上述反应步骤。与此不同，根据前面所引用的现有技术，采用明显更低 的压力水平。
[0061] 在根据本发明的方法的范畴内，在至少一个合成步骤中，有利地使用至少一种能 够由所述起始化合物经由甲醇作为中间产物形成二甲醚的催化剂，例如铜-锌催化剂。这在 所述条件下也有效地运行。
[0062] 本发明特别适合于其中由粗产品流额外地分离出水、二甲醚、二氧化碳和/或甲醇 的方法。所得的组分可以根据需要用于所采用的方法中，如下面所述。
[0063] 用于由合成气生产二甲醚的设备同样是本发明的主题。该设备具有至少一个二甲 醚反应器，该二甲醚反应器被设计用于对至少一股由合成气形成的进料流实施至少一个合 成步骤，其中将存在于进料流中的组分至少部分地转化成二甲醚。因此这涉及至少一个用 于以单级方式生产二甲醚的二甲醚反应器。若存在多个二甲醚反应器，则它们可以串联或 并联地布置，并且送入一股或多股进料流。
[0064] 在以单级方式生产二甲醚时，如所述，获得至少一股粗产品流，其至少包含二甲 醚、甲醇和水以及进料流的未反应的组分。根据本发明，此类设备的特征在于设置有用于以 如下方式形成进料流的装置:该进料流至少具有根据2.1至5.0的化学计量数的氢、一氧化 碳和二氧化碳，在该进料流中二氧化碳与一氧化碳的比例在由0.5至4的范围内，并且包含 至少4至20摩尔％的二氧化碳。此外，根据本发明设置至少一个冷却装置，其被设计用于在 至少一个合成步骤中以等温方式运行至少一个二甲醚反应器。如所述，形成二甲醚的反应 以放热方式进行，因而为了仅以等温方式运行一个或多个所用的反应器，必须确保相应的 热量排出。
[0065]此类设备尤其是被设计用于实施如前面详尽地描述的方法。根据本发明的设备得 益于所述的优点，因此明确地参照这些优点。
[0066]依照显示了本发明的实施方案的附图更详细地阐述本发明。
【附图说明】
[0067]图1示意性地显示了根据本发明的一个实施方案由合成气生产二甲醚的方法； [0068]图2示意性地显示了根据本发明的一个实施方案由合成气生产二甲醚的方法； [0069]图3示意性地显示了根据本发明的一个实施方案由合成气生产二甲醚的方法； [0070]图4示意性地显示了根据本发明的一个实施方案由合成气生产二甲醚的方法。
【具体实施方式】
[0071]在图中，彼此对应的元件用相同的附图标记表示，并且为了清楚而不重复地加以 描述。
[0072]图1至4显示了根据本发明由合成气SG生产二甲醚DME的方法的实施方案。将可以 在一个或多个以等温方式运行的反应器中实施的合成步骤标记为A，将分离步骤标记为B。 所有所示的实施方案的共同之处在于，合成气流1在与至少一股其他的流汇合之后作为进 料流2实施合成步骤A。
[0073] 合成气流1可以包含来自一个或多个合适的上游工艺步骤(例如来自蒸汽重整、自 热重整、干重整或部分氧化）的合成气SG。合成气流1包含氢、一氧化碳和二氧化碳，典型地 还包含微量组分，如甲烷和氮。
[0074] 与以单级方式由合成气生产二甲醚的传统方法不同，为了形成进料流2,合成气流 1(补充流)并不去除掉二氧化碳，或者仅部分地去除掉二氧化碳。为了形成进料流2,将合成 气流1额外地与至少一股由在分离步骤B中获得的组分形成的循环流6混合。循环流6可以在 循环压缩机中进行压缩，从而使合成气流1和循环流6处于相同的压力水平，或者连同合成 气流1 一起进行压缩。在此情况下，循环流6包含合成气流1或进料流2的至少一些在合成步 骤A中未反应的组分。在所图示的本发明实施方案中进料流2相对于现有技术的区别在于比 较高的化学计量数和比较高的二氧化碳含量，如前所述。
[0075] 在合成步骤A中，由进料流2产生包含二甲醚的粗产品流3。粗产品流3除了二甲醚 以外还可以包含未反应的合成气、甲醇、水和(至少在合成步骤A中）可能存在的惰性气体。 对其实施分离步骤B，其中产生至少一股主要包含二甲醚的产品流4。产品流4除了二甲醚以 外还可以包含比较大量的甲醇和水，以及杂质，如二氧化碳和链烷烃。所产生的纯度是基于 经济上的考虑。
[0076] 在图1所示的本发明实施方案中，除了产品流4以外还获得未反应的合成气SG或者 合成气流1或进料流2的未反应的组分的排出流5。该排出流5主要包含氢、一氧化碳、二氧化 碳、甲烷以及其他轻的惰性气体。将该排出流5分支，获得循环流6和残余流7,其中残余流7 通常由仅1至10%的排出流5形成。残余流7可以例如在重整器的燃烧器中用作燃气以产生 合成气SG，在该重整器中用作进料，例如通过变压吸附产生富含氢的流，作为产品输出和/ 或在其他设备部件中，例如在重整器上游用于天然气脱硫。
[0077] 在图2中显示了本发明的另一个实施方案，其中在分离步骤B中产生富含二氧化碳 的流8。在该富含二氧化碳的流8中例如包含至少80%的二氧化碳，其根据图1在排出流5中。 因此，取决于分离单元B的构造，可以连同其他组分一起（图1)或者作为分离的流8(图2至4) 获得二氧化碳，并且在此情况下以气态或液态存在。流8可以(任选在升压之后)例如与排出 流5混合，作为进料再循环以产生合成气SG，在压缩之前或期间与合成气流1混合，和/或例 如在重整器的燃烧器中用于产生合成气SG。因此提供分离的流8提高了灵活性。
[0078] 在图3中显示了本发明的另一个实施方案，其中在分离步骤B中产生富含甲醇和/ 或富含水的流9。在本发明的该实施方案中，产品流4可以特别富含二甲醚，并且甲醇和/或 水的含量贫乏。可以将富含甲醇和/或富含水的流9再循环，以生产合成气SG。
[0079] 在图4中显示了本发明的另一个实施方案，其中在分离步骤B中分离地产生富含甲 醇的流9和富含水的流10。可以将富含甲醇的流9输出，或者再循环以生产合成气SG。富含甲 醇的流9也可以再循环至合成步骤A，并用于形成二甲醚。不需要其他的反应器以对甲醇进 行脱水。可以对富含水的流10实施废水处理。
【主权项】
1. 由合成气（SG)生产二甲醚(DME)的方法，其中对至少一股由合成气（SG)形成的进料 流(2)实施至少一个合成步骤(A)，其中将存在于进料流(2)中的组分至少部分地转化成二 甲醚(DME)，其中获得至少一股至少包含二甲醚(DME)和进料流(2)的未反应的组分的粗产 品流(3)，其特征在于，所述进料流(2)包含对应于2.1至5.0的化学计量数的氢、一氧化碳和 二氧化碳，并且包含4至20摩尔％的二氧化碳，在所述进料流(2)中二氧化碳与一氧化碳的 比例为0.5至4，在等温条件下实施所述至少一个合成步骤(A)。2. 根据权利要求1的方法，其中在所述至少一个合成步骤(A)中将氢、一氧化碳和/或二 氧化碳转化成甲醇，及在存在其他包含于进料流(2)中的组分的情况下将甲醇进一步转化 成二甲醚。3. 根据权利要求1或2的方法，其中由粗产品流(3)至少部分地分离出进料流(2)的未反 应的组分，并连同合成气(SG)-起用于形成进料流(2)。4. 根据权利要求3的方法，其中由粗产品流(3)，将进料流(2)的未反应的组分以主要包 含氢、一氧化碳和二氧化碳的循环流(6)的形式至少部分地混入合成气流(1)。5. 根据权利要求4的方法，其中由粗产品流(3)额外地获得甲醇流(9)，并至少部分地连 同循环流(6)-起混入合成气流(1)。6. 根据前述权利要求之一的方法，其中在190至310°C的温度水平下和/或在20至100巴 的压力水平下实施所述至少一个合成步骤(A)。7. 根据前述权利要求之一的方法，其中在所述至少一个合成步骤(A)中，使用至少一种 能够不仅由氢和一氧化碳也可由氢和二氧化碳经由甲醇作为中间产物形成二甲醚的催化 剂。8. 根据前述权利要求之一的方法，其中由粗产品流(3)额外地至少部分地分离出水、二 甲醚、二氧化碳和/或甲醇。9. 由合成气（SG)生产二甲醚(DME)的设备，该设备具有至少一个用于对至少一股由合 成气(SG)形成的进料流(2)实施至少一个合成步骤(A)的二甲醚反应器，其中将存在于进料 流(2)中的组分至少部分地转化成二甲醚(DME)，由此获得至少一股至少包含二甲醚(DME) 和进料流(2)的未反应的组分的粗产品流(3)，其特征在于设置有用于以如下方式形成进料 流(2)的装置:该进料流包含对应于2.1至5.0的化学计量数的氢、一氧化碳和二氧化碳，并 且包含4至20摩尔％的二氧化碳，在所述进料流(2)中二氧化碳与一氧化碳的比例为0.5至 4,以及设置有至少一个用于在所述至少一个合成步骤(A)中以等温方式运行至少一个二甲 醚反应器的冷却装置。10. 根据权利要求9的设备，其被设计用于实施根据权利要求1至8之一的方法。
【文档编号】B01J3/00GK105980341SQ201580006239
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年1月5日
【发明人】H·弗里茨, T·巴特施, C·德洛姆, A·佩舍尔, J·芬特, H·克莱因
【申请人】林德股份公司