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甲醇制二甲醚催化劑開發與產業化
成果簡介
  二甲醚(DME)是一種重要的碳一化工產品,鏈接著煤化工與石油化工(甲醇經二甲醚可制取烯烴),因此本項目屬于“煤化工”技術領域。
  二甲醚(DME)還是一種重要的清潔能源產品,其物理特性與液化石油氣(LPG)相似。20世紀70年代,二甲醚開始用作氣霧推進劑,以取代破壞臭氧層的氟里昂。目前二甲醚主要用于摻燒液化石油氣(LPG)或用作工業燃料。近些年來,在各國尋求清潔車用替代燃料的過程中,二甲醚的良好燃燒性能及低污染排放特性使其日益受到重視。車用替代燃料開發和行業發展需求,將是推動二甲醚產業快速發展的主要動力。
  工業上二甲醚生產均采用甲醇催化脫水法。根據脫水催化劑的種類及其工藝,甲醇催化脫水法又分為液相法和氣相法兩大類。液相法以濃硫酸或添加磷酸鋁的復合酸為催化劑,采用釜式反應器與閃蒸流程,在國外早已被淘汰,國內尚有個別企業采用。液相法存在著設備腐蝕嚴重、產品純度低且含有酸、釜殘液及廢水污染嚴重、中間體毒性大、操作條件惡劣、不適合大型化等缺點,因此,液相法逐步被氣相法代替。催化劑是甲醇氣相脫水法制二甲醚的核心技術。
  我院率先在上世紀90年代開發成功第一代甲醇氣相脫水法制二甲醚催化劑與工藝技術,20世紀初優化形成第二代二甲醚催化劑與工藝技術,均處于世界領先水平。
  自2005年底原油價格持續上漲,能源供需矛盾凸現,我國二甲醚產業迎來了飛速發展的春天,產業政策也把二甲醚列為民用和車用清潔燃料予以大力支持,我國成為了世界上最主要的二甲醚生產與應用國家。與此同時,二甲醚裝置規模從1萬噸/年逐步發展到20萬噸/年。大型化二甲醚技術開發,由于熱效應增大等原因,帶來催化反應器床層溫度過高、轉化率下降、副產物增多、產率降低等技術問題——迫切需要開發高性能的二甲醚催化劑。
  2006-2009年,我院承擔國家科技支撐計劃“非石油路線制備大宗化學品關鍵技術開發”重點項目(編號:2006BAE02B00)之“非石油路線含氧化合物制備關鍵技術”課題中的“高性能甲醇制二甲醚催化劑研究”任務,研制出低溫活性更好、選擇性高、時空收率高、壽命更長的新一代二甲醚催化劑(型號:CNM-3),突破了大型化二甲醚反應器熱效應技術難點,獲得“一種用于甲醇脫水制二甲醚的催化劑及其制備方法”授權發明專利(ZL 200610022256.8),建成300噸/年二甲醚催化劑生產線,催化劑被評為“國家重點新產品”(編號:2010GRF00005);同時開發出更先進、節能、清潔的工藝技術(如汽化提餾塔復合結構、先進分離工藝、多級熱回收工藝),完成百萬噸級規模二甲醚裝置基礎設計,確保該項技術繼續處于世界領先水平。
  技術特點:
  1)獨特的二甲醚催化劑配方:甲醇脫水制二甲醚是放熱過程,大型二甲醚裝置的放熱效應很大。通過載體預處理與改性、添加助催化劑、優化制備方法,研制成功CNM-3型二甲醚催化劑,確保活性好,轉化率與選擇性更高,穩定性好。
  2)二甲醚催化劑制備新工藝:催化劑生產過程節能,清潔,無污染物排放。
  技術考核指標:CNM-3型二甲醚催化劑γ-Al2O3含量≥93%,甲醇轉化率≥80%(反應溫度250~350℃),二甲醚選擇性≥99%,使用壽命≥2年。
  經濟指標:使用該催化劑,產品二甲醚含量≥99.99%,甲醇消耗(折精甲醇)~1.405 t/t二甲醚。
  CNM-3型二甲醚催化劑已應用于國內外59套甲醇制二甲醚裝置,總產能420萬噸,國內市場占有率超過75%。近三年(2009-2011年)催化劑產品銷售收入6296萬元,新增利潤1583萬元;間接效益為二甲醚產品銷售收入302.4億元,新增利潤50.4億元。
  我院二甲醚催化劑及工藝技術的推廣,有力促進了我國二甲醚行業技術進步,顯著帶動了我國醇醚清潔燃料與能源替代產業的發展。
  
成果完成人
陳鵬 林荊 劉芃 朱小學 葉秋云 袁小金 鄭敏 李南鋅 王華
完成單位
  單位名稱: 西南化工研究設計院有限公司 聯系人: 王大軍
  單位地址: 四川省成都市雙流縣外南機場路445信箱 聯系電話: 028-85965643;13438042077
  郵箱: Wangdajun3@163.com
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