CN1093353A - 二甲醚的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用作推进剂的无味二甲醚的生产方
法,该二甲醚是由甲醇制得,在甲醇进入反应器之前
用酸性材料,优选为酸性离子交换剂,处理甲醇原料,
和/或处理含有有味物质的二甲醚产物。
Description
本发明涉及改进由甲醇制得的二甲醚(DME)气味的方法,特别涉及通过甲醇脱水并对二甲醚粗品进行提纯蒸馏,制备无味二甲醚的方法。
众所周知,迄今作为气雾推进剂使用的CFCS在同温层中具有消耗臭氧的作用。由于其化学稳定性,CFCS具有足够长的寿命,使其渗透该区域,并在太阳光的作用下,与臭氧反应,从而破坏了对减少紫外线辐射起重要作用的臭氧边界层。
二甲醚没有这些危害,它可溶于水,并且具有光学活性,在到达臭氧层之前,就已发生反应而被破坏。
人们知道,喷雾罐中含有一种有效物质,例如防臭剂、香料、杀虫剂、颜料、还有一种溶剂(很可能是乙醇),以及一种推进剂。由于它的极性,二甲醚可溶于水,因而它可与作为溶剂的水或水-醇混合物结合使用。另一方面,如果使用非极性溶剂例如烃,二甲醚本身能够作为推进剂,在上述两种情况下,必须得到均匀混合物,以阻止推进剂提前释放出,而保证使有效物质完全溶于溶剂中。因而二甲醚作为推进剂具有优良的性能,并且在喷雾应用方面用途日益广泛。
使用二甲醚作为推进剂,特别是在家用和化妆品应用中,先决条件是二甲醚没有气味。
二甲醚是由纯甲醇脱水制得的,纯甲醇中含有99.9%(重量)的甲醇和ppm量的杂质,其它有味物质是甲醇反应过程中产生的。
主要杂质是二甲胺(沸点6.9℃),二甲基硫化物(沸点37.3℃),甲硫醇(沸点5.8℃),甲醛(沸点-21℃);甲醛缩二甲醇(沸点45.5℃),三甲胺,一和二甲胺与甲醛缩合物,甲酸,甲酸酰胺,甲酸甲酯(沸点31.5℃),乙酸,乙酸酰胺,乙酸甲酯(沸点56.95℃),烃和其它少量有味物质。
由于部分杂质的沸点接近,并且杂质间形成一系列共沸混合物,而且它们的含量很少,因而通过蒸馏很难将它们除去。
甲醇的脱水反应是在多相催化剂作用下,于250-400℃的温度范围内,压力为8-15巴的条件下进行。合适的催化剂是Al2O3,SiO2,硅酸铝,优选的是γ-氧化铝,反应混合物中含有甲醇和水,二甲醚通过蒸馏提纯,该方法可参考DD-270,901-A1的专利说明书。
近几年来,报导了数种合成无味二甲醚的方法,例如EPO,124,078-A中叙述了一种方法,DME作为侧流从第一压力塔中取出,其它沸点在DME和甲醇之间的杂质从第二塔中除去,第二塔的操作压力低于第一塔。甲醇作为侧流从第二塔中取出。虽然上述方法不同于以前工艺,可以得到高纯度的DME,但两个蒸馏塔必须装有许多塔板,这不但使得投资较大而且操作费用也较高。另外,并非所有沸点在DME和甲醇之间的杂质都能进入第二塔,并且它们在第一塔中不断积累,而混于DME中造成产品有味。
欧洲专利申请0,270,852-A2叙述了一种在含有少量SiO2的γ-Al2O3催化剂作用下,由甲醇生产DME的方法,高纯度的基本无味的DME通过蒸馏提纯得到,其中沸点在DME和甲醇之间的杂质是从单一塔的某块塔板作为侧流除去。欧洲专利申请EP-0,340,324-A2叙述了该方法的改进措施。
在安全的前提下,上述方法的最佳条件适用于生产作为推进剂的二甲醚。专家们都知道通过精馏分离提纯混合物或某些化合物,在蒸馏塔外处于平衡状态时,是可行的。由于偶然因素,操作条件的变化,例如负荷量的变化,操作的开始和结束,含有杂质量的变化都将破坏平衡状态,从而不能有效提纯二甲醚使其不能适用于作为推进剂使用。
大部分带味物质是根据经验测定的,通过有经验人员凭感觉估计,例如由150人测定H2S的气味损害阈值是45μg/m3(参考“Landesanstalt für,Immissionsschutzdes Landes Nordrhein-Westfalen”,no.49,P.1979,77)。
在气味损害可用仪器测定的情况下,阈值可用气相色谱,特定传导率,光度测定法或萤光法测定(参考“Erdoel und Rohle,Erdgas,Petrochemie”Vol.32,no.2,Feb.1975,P.86)。
在本发明申请中,气味是通过感觉测定的。
因此,为用作推进剂必须从二甲醚中除去杂质,使得二甲醚基本无味。
根据本发明,通过在甲醇进入二甲醚合成器之前,用酸性离子交换剂处理甲醇,和/或处理二甲醚产物流的方法,解决上述问题。
惊奇地发现,通过在甲醇进入二甲醚合成器之前,用酸性离子交换剂处理甲醇原料,和/或处理二甲醚产物流的方法,即使在上述有问题的条件下,仍可得到无味二甲醚。
优选的材料是基于交联苯乙烯聚合物上的阳离子交换剂。酸性或经酸处理过的沸石也是适用的,其中生产二甲醚的甲醇原料和被污染的二甲醚产物从沸石表面通过。
下图具体说明了本发明:
图1用于处理被污染的二甲醚的离子交换器,安装在邻近蒸馏塔的侧流出口,或高于或低于该侧流出口。
图2用于处理二甲醚产物的离子交换器,安装在进入蒸馏塔的产物进料管上。
图3用于处理纯的二甲醚的离子交换器,安装在邻近蒸馏塔侧流出口的位置上。
图4用于处理甲醇进料的离子交换器,安装在进入合成器的进料管上。
上面已经提到,虽然用生产二甲醚的纯甲醇中含有许多杂质,这些杂质在生产粗二甲醚后,或者是没有发生化学变化,或者是同脱水催化剂接触后而发生了化学变化,虽然这些杂质用量传统分析的方法不能测出,但是本申请人已惊奇地发现,将“纯甲醇”或二甲醚馏份通过酸性离子交换剂处理,即使当二甲醚蒸馏塔处于不平衡状态,也可得到无味二甲醚。因此从大量的不同结构的杂质中除去碱性物质就可足以。但是经过上述处理,在酸性物质上可发生其他反应,例如生成酯、酰胺或其它物质的反应。另外,从理论上讲,根据本发明只使用一个塔板数较少的二甲醚蒸馏塔就足够了,可以用较低的投资采用一种较经济的方法得到无味二甲醚。另一个有利方面是与没有进行离子交换处理方法相比,生产纯二甲醚的蒸馏塔的回流比较小。
从理论上讲,任何可商购的离子交换剂都适用,但是按图3所述方法,所选离子交换剂不能溶于二甲醚中,以避免由于溶解态的离子交换剂而污染纯二甲醚。例如可使用以下离子交换剂:Lewa-tit
型如Lewatit S 100(容量1-1.2val/litre)Lewatit SP 112(容量0.8-1 val/litre),Lewatit SP 120(容量0.6-0.8val/liter),或Amberlyst型,如Amberlyst 15(容量约:1val/litre)或任何其它已知类型。
根据图1,2和4所述方法,酸性离子交换剂完全不溶是有利的,但并非绝对必要。
推荐离子交换剂为固体,并以固定床形式装入塔中。离子交换剂或任何其它固体酸性材料的放置在本领域中是已知的。
也可连接二个或多个装有酸性离子交换剂的容器,最好是并联,这种连接方式在本领域是已知。
参考附图,详细叙述本发明方法:
在图1中,于容器1中的离子交换剂是以固定床形式装填的,纯的二甲醚馏份(馏份1)是由管线4从蒸馏堤(10)中引出,被污染的二甲醚馏份(馏份2)是由管线3引出,从管线3或2物流通过容器1后再返回蒸馏塔,该物流可以从下部经过离子交换剂,所选离子交换剂是Lewatit SP 112。
通过容器的物流中通常有1-2%(重量)的粗二甲醚送入蒸馏塔中。
即将经过离子交换剂提纯处理的醚物流,从接近引出馏份2的塔板上方或下方的某块塔板处引出是有利的,这是由于该区域内的杂质量较高,优选的是,该物流与馏份2从同一塔板引出。如果从管线3和4引出相同的量,除去1-2%后,通过离子交换剂返回循环。管线6和4之间的塔板数可减少近60%。管线6是粗二甲醚进料管,5是塔顶部出料管,8是沸点低于二甲醚的产物出料管线,7是再沸器,9是釜底出料管。
用2,000kg酸性离子交换剂生产无味二甲醚,在8,000小时(1年)内每小时生产10m3的纯二甲醚而不需进行离子交换剂再生,虽然在蒸馏塔操作、开车和停车时,出现无规律变化,仍可在一个贮罐中收集到高质量的二甲醚。
在图2中,离子交换器(1)位于粗二甲醚的进料管6上,如果使用更多的容器,至少一个,位于管线6上。所选离子交换剂为Amberlyst 15。
10是蒸馏塔,7是再沸器,9是釜底出料管,5是冷凝管,8是轻组分出料管。
纯的二甲醚通过管线4引出,被污染的馏份由管3引出。
使用4,000kg酸性离子交换剂生产无味二甲醚,在8000小时(1年)内每小时生产10m3纯二甲醚不需进行离子交换剂再生,尽管在操作、开车和停车时,出现无规律变化,仍可得到无味二甲醚。从管线3引出的物料重量可降至二甲醚进料的0.1-0.2%。
图3中,离子交换器(1)位于纯二甲醚引出管线4上,所选离子交换剂为Lewatit SP 120。
其它参数和管线的描述与图2相同。
在试运转中,可用200kg酸性离子交换剂生产无味二甲醚,在8000小时(1年)内,每小时生产10m3纯二甲醚,而不需进行离子交换剂再生。
使用2000kg酸性离子交换剂,从管线3引出的物料重量可降至粗二甲醚进料的0.1-0.2%,从而提高了二甲醚的收率。
图4中,离子交换器(1)位于将纯甲醇引入合成器(12)的管线11上,粗二甲醚从管线13引出。
所选离子交换剂的Lewatit S 100。
使用4,200kg酸性离子交换剂生产无味二甲醚,8,000小时(1年内),每小时生产10m3纯二甲醚,不需进行离子交换剂再生。
虽然与图1和3所述方法相比,离子交换剂用量有所增加,在此情况下仍可得到无味产物,由管线3引出的物料量仍可减少到与图2和3所述方法相同的量。
从理论上讲,酸性离子交换剂床层也可位于通向合成器的气体原料管线上,即该操作比图4所述方法早一步。
综上所述,本发明的方法具有有效的技术和经济优势。
Claims (4)
1、通过甲醇脱水和粗二甲醚的蒸馏提纯,制备无味二甲醚的方法,其中在甲醇进入合成器之前,先用酸性离子交换剂处理甲醇原料,和/或处理二甲醚产物流。
2、根据权利要求1所述方法,其中二甲醚产物流在提纯蒸馏之前先用酸性离子交换剂处理。
3、根据权利要求1所述方法,其中经过蒸馏提纯的二甲醚用酸性离子交换剂处理。
4、根据权利要求3所述方法,其中产物流在蒸馏提纯过程中,二甲醚馏份从被污染的二甲醚量较多的塔板处引出,或者从接近该塔板的其它塔板处引出,所述馏份由酸性离子交换剂处理后,大部分返回蒸馏塔,少量分离出。
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