Спосіб одержання палива для двигунів внутрішнього згоряння

1 Спосіб одержання палива для двигунів внутрішнього згоряння, що містить диметиловий етер, до 20 мас % метанолу та до 20 мас % води, який полягає у взаємодії синтез-газу в одному або більшій КІЛЬКОСТІ реакторів з каталізатором, що є активним як при синтезі метанолу, так і при дегідратації метанолу, з наступним виділенням вказаного продукту з технологічної суміші диметилового етеру, метанолу і води, який відрізняється тим, що газову технологічну суміш охолоджують з утворенням рідкої фази, що містить метанол, диметиловий етер і воду, і газової фази, що містить синтез-газ, що не прореагував, і частину одержаного диметилового етеру, надалі рідку фазу подають в першу дистиляційну установку, де відганяють легку фракцію, що містить диметиловий етер і метанол, і видаляють залишок перегонки, що містить метанол і воду, залишок після перегонки подають у другу дистиляційну установку, де відганяють метанол, який використовують для промивання газової фази в установці для очистки промивкою, і потім потік диметилового етеру і метанолу з установки для промивки направляють в реактор для каталітичної дегідратації метанолу в диметиловий етер і воду в присутності каталізатора дегідратації, продукт дегідратації, що містить диметиловий етер, воду і метанол, що не перетворився, виводять з реактора, охолоджують і об'єднують з легкою фракцією першої дистиляційної установки і одержують продукт, що містить диметиловий етер 2 Спосіб згідно з пунктом 1, який відрізняється тим, що частину газової фази рециркулюють в реактори перетворення синтез-газу О (О Винахід стосується технології виробництва придатного в якості палива продукту на основі диметилового етеру, більш конкретно до способу одержання продукту, що містить диметиловий етер, до 20 % по масі метанолу і до 20 % по масі води, який можна застосовувати як паливо в двигунах внутрішнього згоряння з запаленням від стискання Недавні дослідження показали, що продукти, що містять диметиловий етер, до 20 % по масі метанолу і до 20 % по масі води, ефективні як паливо в двигунах внутрішнього згоряння з запаленням від стискання (Fleisch Т , McCarthz С , Basu A , Udovich С , Charbonneau P , Slodowske W , Mikkelsen S E , McCandless D , Нова чиста дизельна технологія, Міжнародний Конгрес і Виставка, Детройт, Мічиган, 27 лютого - 2 березня 1995 р ) Відомий спосіб одержання метанолу, димети лового етеру або їх суміші, що можуть бути використані як паливо, що полягає в контактуванні синтезу-газу з каталізатором, що має властивість синтезу метанолу і дегідратації останнього в диметиловий етер, розділенні отриманої суміші на рідкі і газоподібні продукти і виділенні цільового продукту, що містить ще воду і компоненти синтезу-газу, що непрореагували (див , наприклад, US № 5 254 596, С 07 С 27/06, 1993 р ) Найбільш близьким винаходу по технічній сутності і ефекту, що досягається, є спосіб одержання продукту, що містить диметиловий етер, метанол і воду, що може бути використаний як паливо, що полягає в контактуванні синтезу-газу в одному або більшій КІЛЬКОСТІ реакторів з каталізатором, що виявляє активність як при синтезі метанолу, так і при дегідратації метанолу, і наступному виділенні зазначеної суміші з газової технологічної суміші, ю 51644 що утворилася, диметилового етеру, метанолу і літично активних речовин згідно із широко відомиводи (див заявку ЕР № О 409 086, С 07 С 43/04, ми способами одержання каталізаторів 1991) Проведення пропонованого способу пояснюВІДОМІ способи не дозволяють одержати проється з посиланням на прикладені креслення, що дукт, ефективний як паливо в двигунах внутрішпредставляють собою технічну схему процесу ВІДнього згоряння з запаленням від стискання ПОВІДНО до кращого варіанта здійснення винаходу Технологічна схема спрощена, і багато загальноЗадачею винаходу є розробка способу одерприйнятих елементів, як, наприклад, теплообмінні жання продукту, що містить диметиловий етер, до й охолоджувальні установки, не показані 20 % по масі метанолу і до 20 % по масі води, ефективного як паливо в двигунах внутрішнього Потік 1 синтезу-газу перетворюється в системі згоряння з запаленням від стискання для синтезу (реактори 2 для синтезу метанолу/ДМЕ), що може включати ряд адіабатичних реПоставлена задача вирішується в запропоноакторів, завантажених комбінованим каталізатованому способі одержання палива для двигунів ром для одержання метанолу/ДМЕ, що внутрішнього згоряння, що містить диметиловий складається з торгового каталізатору на основі етер, до 20 мас % метанолу та до 20 мас % води, окислів МІДІ і цинку і торгового каталізатору на осякий полягає у взаємодії синтез-газу в одному або нові оксиду алюмінію, і пристрою для непрямого більшій КІЛЬКОСТІ реакторів з каталізатором, що є охолодження між реакторами або охолоджуємий активним як при синтезі метанолу, так і при дегідреактор для малих виробничих потужностей ратації метанолу, з наступним виділенням вказаного продукту з технологічної суміші диметилового Свіжий синтез-газ змішується з потоком 3 реетеру, метанолу і води, за рахунок того, що газову циркулюємого газу, відділеного від технологічного технологічну суміш охолоджують з утворенням потоку, що залишає систему для синтезу рідкої фази, що містить метанол, диметиловий Синтез-газ попередньо перед введенням в пеетер і воду, і газової фази, що містить синтез-газ, рший реактор нагрівають у теплообміннику для що не прореагував, і частину одержаного диметиподаваного потоку вихідної сировини лового етеру, надалі рідку фазу подають в першу У системі для синтезу синтез-газ перетворюдистиляційну установку, де відганяють легку фрається в технологічну газову суміш ДМЕ, метанолу і кцію, що містить диметиловий етер і метанол, і води у ВІДПОВІДНОСТІ з наступними реакціями (1) видаляють залишок перегонки, що містить мета(3) нол і воду, залишок після перегонки подають у СО2+ЗН20СН3ОН+Н2О (1) другу дистиляційну установку, де відганяють ме2СН 3 ОНоСНз-0-СНз+Н 2 0 (2) танол, який використовують для промивання газоСО+Н 2 ОоС0 2 +Н 2 (3) вої фази в установці для очистки промивкою, і поСумарна реакція екзотермічна, і тепло реакції тім потік диметилового етеру і метанолу з видаляється в проміжних холодильниках, розтаустановки для промивки направляють в реактор шованих між реакторами Газова технологічна для каталітичної дегідратації метанолу в диметисуміш з реакторів, що входять у систему, охололовий етер і воду в присутності каталізатору дегіджуються і розділяється в сепараторі 4 на потоки дратації, продукт дегідратації, що містить диметигазоподібної 5 і рідкої 6 технологічної фази, ВІДПОловий етер, воду і метанол, що не перетворився, ВІДНО виводять з реактору, охолоджують і об'єднують з ПОТІК 5 газоподібної фази, що містить неперелегкою фракцією першої дистиляційної установки і творений синтез-газ, розділяється на потік 3 рециодержують продукт що містить диметиловий етер ркулюємого газу і потік 7, що направляється в Частину газоподібної фази можна рециркулюустановку 8 для очищення промиванням Через вати у реактори перетворення синтезу-газу низку конденсуємість ДМЕ в газовій технологічній Придатні каталізатори для використання на суміші газовий потік, що направляється на очистадії перетворення синтезу-газу включають защення, 7 містить ще ДМЕ, що відокремлюється звичай використовувані для синтезу каталізатори, шляхом промивання за допомогою рециркулюємояк, наприклад, каталізатори на основі МІДІ, цинку го по лінії 9 метанолу, що відводиться з установки і/або хрому, і каталізатори для дегідратації мета10 для дистиляції метанолу на кінцевій стадії очинолу, що зазвичай включають оксид алюмінію або щення в пропонованому способі алюмосилікати в якості активних компонентів Потік 11, ЩО витікає з установки 8, що містить Каталізатори можуть бути завантажені в рекотриманий ДМЕ, потім подається в реактор 12 для тор для одержання диметилового етеру (далі дегідратації метанолу, що містить нерухомий шар ДМЕ) у вигляді фізичної або суміші у вигляді шаторгового каталізатора на основі оксиду алюмінію руватої основи з частками каталізатора, що черМетанол у потоці продукту, що витікає, перетвогуються, для синтезу метанолу і для дегідратації рюється при контакті з каталізатором дегідратації метанолу Використання фізичних сумішей каталів ДМЕ по реакції (2), що проходить у ректорі, з заторів приводить, однак, до більш низької селекякого по лінії 13 відводять дегідратовании продукт, тивності і утворення побічних продуктів, в основщо представляє ДМЕ, метанол і воду ному, вищих спиртів і вуглеводнів Таким чином, Потік 6 рідкої технологічної фази подають в переважно використовуються каталітичні сполуки установку 14 для дистиляції ДМЕ Потік, що відгау вигляді нерухомого шару, що мають комбіновану няється, 15 з утримуючої ДМЕ легкою фракцією активністю при утворенні метанолу, ЗМІНІ співвідпродукту після виходу з колони 14 поєднують з ношення оксиду вуглецю і водню у водному газі і потоком 13, що представляє дегідратовании продегідратації метанолу Такі каталізатори можуть дукт, у потік 16, що представляє ДМЕ, і використобути отримані, наприклад, при співосадженні катавується як паливо 51644 Метанол і воду, відділені від рідкого технологічного потоку, після відводу з установки 14 для дистиляції ДМЕ у вигляді потоку 17, що представляє собою залишок від перегонки, піддають подальшій перегонці в установці 10 для дистиляції метанолу, з якої потік, що відганяється, 9 легкої фракції відділеного метанолу повертають в установку 8 для очищення промиванням, як описано вище Фактично склад кінцевого потоку 16, що представляє собою ДМЕ, регулюється і визначається головним чином технологічними параметрами, що використовуються в системі синтезу ДМЕ Результати, отримані при інженерних розрахунках описаного вище процесу, приведені нижче в таблицях Номера потоків продукту в таблицях відповідають позиціям, приведеним на кресленні Потік ПІД номером 18 у таблицях 1 і 2 відноситься до потоку, що представляє собою ДМЕ, продукту, отриманого аналогічним способом, за винятком того, що потік 11 з установки 8 для очищення промиванням не піддається дегідратації в реакторі 12 для дегідратації Потік 18, що представляє ДМЕ, одержують, таким чином, при прямому об'єднанні потоку 11 з потоком 15 легкої фракції продукту, що відганяється Промивний агент, що застосовується установці 8, відводять по лінії 19 При розрахунку використовували дві різних склади синтезу-газу (потік 1), що приводять до двох продуктів, що представляють ДМЕ, що використовують як паливо, з різним вмістом метанолу і води, як показано в таблиці 1, 2 Таблиця 1 № потоку Швидкість потоку [кмоль/год] Масс % Водень Вода Азот Окис вулецю Двоокис вуглецю Аргон Метан Метанол ДМЭ 1 7 3 6 15 17 9 11 13 16 18 11020 1657 55099 3026 1195 1819 723 856 856 2026 2037 13,05 0,03 0,61 82,47 1,70 0,46 1,78 0,0 0,0 12,80 0,07 3,22 21,20 20,83 2,88 11,02 0,47 27,52 12,80 0,07 3,22 21,20 20,83 2,88 11,02 0,47 27,52 0,01 20,87 0,00 0,04 0,64 0,00 0,03 27,70 50,71 0,00 0,01 0,00 0,01 0,88 0,00 0,01 7,56 91,53 0,00 46,96 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 53,04 0,00 0,00 1,30 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 98,70 0,00 0,05 1,05 0,02 0,17 1,82 0,01 0,14 79,49 17,21 0,05 18,82 0,02 0,17 1,82 0,01 0,14 16,46 52,51 0,02 6,57 0,00 0,00 1,20 0,00 0,06 10,66 81,49 0,02 0,39 0,00 0,01 1,20 0,00 0,06 32,72 65,60 Таблиця 2 № поток а 1 Швидкість потоку кмоль/год 11020 Масс % Водень 14,8 Вода 0,0 Азот 0,3 Окис вулецю 49,7 Двоокис вуглецю 30,1 Метан 5,0 Метанол 0,0 ДМЭ 0,0 7 3 6 15 17 9 11 13 16 18 2989 44060 ЗОВЗ 1003 2070 523 562 582 1568 iseo 26,2 0,00 0,5 7,6 24,3 28,5 0,1 11,4 26,2 0,0 1,5 7,6 24,3 28,9 0,1 11,4 0,0 31,6 0,0 0,0 0,0 0,0 21,0 46,4 0,0 0,0 0,0 0,0 1,1 0,0 6,4 92,5 0,0 63,9 0,0 0,0 0,0 0,0 36,1 0,0 0,0 2,6 0,0 0,0 0,0 0,0 97,4 0,0 0,0 2,3 0,0 0,0 2,2 0,1 84,3 11,1 0,0 21,1 0,0 0,0 2,2 0,1 17,4 59,2 0,0 6,3 0,0 0,0 1,3 0,0 9,7 82,7 0,0 0,7 0,0 0,0 1,3 0,0 29,5 66,4 Як очевидно з результатів, приведених у таблицях 1, 2, вміст метанолу в продуктах із ДМЕ (потік 18), отриманих по способу без використання реактора для дегідратації, виходить за рамки діапазону концентрацій, що заявляються, і такі продукти з ДМЕ не можуть застосовуватися як паливо без подальшої ректифікації Приклад Цей приклад ілюструє з посиланням на креслення одержання застосовуваного як паливо ДМЕ в напівзаводському масштабі На ПІЛОТНІЙ установці, що включає непоказану на кресленні секцію попереднього нагрівання газу, що подається, охолоджуваний реактор для синтезу метанолу/ДМЕ і не показані на кресленні, підключені до реактора холодильник для газу, що утвориться, сепаратор для поділу продукту на рі дину і газ і циркуляційний компресор, змішують 6,9 м3 /годину (при нормальних умовах) поток 1 синтез-газу з 26,5 м3/годину поток 3 рециркулюємого газу Потік газової суміші пропускають потім через реактор і піддають перетворенню при тиску 42 бар і температурі 240 - 290°С в присутності комбінованого каталізатору, що складається з торгового каталізатору на основі оксидів МІДІ І цинку і каталізатора на основі оксиду алюмінію Одержуваний газовий потік потім охолоджують і розділяють на рідку фазу (2,8 кг/годину) у потоці 6 з складом, зазначеним у таблиці 3, і газовий потік 5, що розділяють на рециркулюємий потік 3 і газовий потік 7, що направляється на очищення (0,88 м3/годину) Склад зазначених потоків приведений у таблиці З 51644 8 Таблиця З ють до 280°С Попередньо нагрітий потік направляють у ректор 12 дегідратації метанолу, у якому метанол, що № потоку 1 3 6 7 міститься в потоці, піддається дегідратації при Расход 6,9 26,5 1,88 0,88 масс % контакті з нерухомим шаром торгового каталізатоВодень 12,4 11,3 0,0 11,3 масс % ру на основі оксиду алюмінію, що діє в адіабатичОкис вуглецю 81,5 9,8 0,0 9,8 масс % них умовах 3 реактора 12 відводять потік 13 депДвоокис вуглецю 6,1 42,6 2,8 42,6 масс % дратованого продукту складу 17,4 моль % Метанол 0,0 0,0 31,0 0,0 масс % метанолу, 46,2 мол % ДМЕ і 36,2 моль % води Диметиловий етер 0,0 36,3 49,7 36,4 масс % Потік 13 продукту поєднують з потоком 15 легВода 0,0 0,0 16,5 0,0 масс % кої фракції продукту з установки 14 для дистиляції ДМЕ, у якій відганяється ДМЕ, що міститься в поГазовий потік 7 направляється на очищення, тоці 6, що представляє собою рідку технологічну рекуперується при промиванні метанольним потофазу ком 9, що відводиться з установки для перегонки При звичайних умовах перегонки потоку 6 реметанолу, шляхом уведення потоку 7 (0,88 3 генерують чистий ДМЕ, що у КІЛЬКОСТІ 0,67 м /годину) при тиску 40 бар у нижню частину уста3 м /годину відводять як потік 15 з дистиляційної новки 8 і промивання потоку метанольним потоком установки 14 Потік 15 поєднують з потоком 13 у 9, що вводиться у верхню частину установки 8 зі потік 16 кінцевого продукту (2,43 кг/годину), що швидкістю 0,87 кг/годину і з температурою 14°С З складається з ДМЕ, що використовується в якості нижньої частини установки 8 відводять потік 11 зі палива, що містить ДМЕ, метанол і воду згідно швидкістю 1,05 кг/годину Склади зазначених вище представленим утаблиці 5 даним потоків приведені в таблиці 4 Таблиця 5 Таблиця 4 № потоку Расход Водень Окис вуглецю Двоокис вуглецю Метанол Диметиловий етер Вода 7 0,88 11,3 9,8 42,6 0,0 36,4 0,0 9 0,62 0,0 0,0 0,0 96,2 0,0 1,8 11 0,71 00 0,0 0,0 81,0 17,5 1,5 м^/час масс % масс % масс % масс % масс % масс % Потік 11 потім уводять при витраті 1,05 кг/годину і тиску 13 бар у не показану на кресленні секцію попереднього нагрівання, де його нагріва № потоку 15 13 Расход 0,67 0,71 Метанол 0,0 16,7 Диметиловий етер 100,0 63,7 Вода 0,0 19,6 16 1,38 7,3 м^/годину масс % 84,2 8,5 масс % масс % Як видно з таблиці 5, склад продукту потоку 16 без подальшого очищення продукту задовольняє технічним умовам для ДМЕ, що використовується як паливо в двигунах внутрішнього згоряння з запаленням від стискання ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71