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星翼的博客

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二甲醚  

2008-02-06 09:50:51|  分类: 煤化工 |  标签: |举报 |字号 订阅

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清洁生产的产品-二甲醚 THE CHEMICAL OF CLEANER PRODUCTION-DIMETHYL ETHER

1 前言
  清洁生产是人们思想和观念的一种转变,是环境保护战略由被动反应向主动行动的一种飞跃。联合国环境规划署总结了各国开展的污染预防活动,于1996年提出了清洁生产的定义。
  清洁生产是一种新的创造性的思想,该思想将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中,以增加生态效益和减少人类及环境的风险。对生产过程,要求节约原材料和能源,淘汰有毒原材料,减降所有废弃物的数量和毒性;对产品,要求减少从原材料提炼到产品最终处置的全生命周期的不利影响;对服务,要求将环境因素纳入设计和所提供的服务中。
  二甲醚(Dimethyl ether)又称甲醚,分子式是CH3OCH3,是无色、无毒气体或压缩液体,常温下为气态,沸点-23.9℃,凝固点-140℃,气体密度1.62(空气为1),可溶于水与乙醇。采用新工艺合成的二甲醚从生产到应用都符合清洁生产的要求。

        2 二甲醚的生产
  甲醇脱水生成二甲醚,其反应方程式为:

  (1)

由于催化剂与反应条件的不同,甲醇脱水反应可分为液相法与气相法两种。
        2.1 液相法生产二甲醚的缺点
  液相法是加热浓硫酸和甲醇的混合物,甲醇均相脱水制二甲醚,同时还生成CO、CO2、H2、CH4、C2H4等副产物。由于常规的硫酸法设备腐蚀严重;釜内残液及废水严重污染环境,操作条件恶劣;反应选择性低,副产物较多,分离费用增加;无法连续化生产,因而限制了其生产规模。
        2.2 气相法生产二甲醚的优点
  本文推荐的甲醇蒸汽通过固体催化剂脱水生产二甲醚的工艺是一种无污染的清洁生产方法。此法甲醇的转化率在70%以上,气相产物中二甲醚纯度几乎达100%。该法避免了液相法设备腐蚀严重,釜内残液及废水严重污染环境,操作条件恶劣的缺点,是一种操作简便、污染小、连续生产二甲醚的先进工艺。国内外都对这种工艺开展了不少研究。西南化工研究院开发出了高效的CM-3-1型催化剂,华东理工大学设计出一套与该催化剂相适应的,经过优化的生产装置,使气相法甲醇脱水制二甲醚成为操作简便、投资节省、无污染的先进工艺,其工艺流程如图1。

图1 二甲醚生产流程

新鲜甲醇经进口装置与回收后的甲醇混合,进入气化装置,甲醇气化后进入反应器。反应后的物质(包括二甲醚、甲醇及水)进入第一分离器,将二甲醚与甲醇和水分离。分离后的甲醇与水进入第二分离器,将甲醇和水分离。回收的甲醇送至进口装置,再次投入生产。
  该工艺已应用于广东中山精细化工厂和淮南化工总厂年产3000t二甲醚生产中,目前运行情况良好。

3 二甲醚的应用
  二甲醚是一种用途广泛的化工产品,主要作为冷冻剂、溶剂、萃取剂、气雾剂的抛射剂和特种燃料。
        3.1 二甲醚用作致冷剂
  目前许多国家正在开发用DME替代氯氟烃作致冷剂的新方法,Bohnenn报道了用DME与氟里昂(F-12)混合制成特种致冷剂。通过大量实验比较了F12、90F12/10DME、87F12/13DME和85F12/15DME的致冷能力后,认为随着DME含量的增加,其致冷能力增加,能耗降低。另外Kohl等人报道了以DME、丙烷、丁烷制无氟致冷剂的方法。我国在这方面的研究较少。
        3.2 二甲醚在气雾剂中的应用
  60年代以后,国际上气溶胶工业得到了迅速发展,尤其是气雾剂产品的开发极为迅速,到目前为止,世界各工业国家中溶胶工业已自成体系,其产品在国民生产总值中已占相当比例。我国在70年代后才着手研究和开发,以往的气溶胶生产中,气溶胶喷射剂主要采用氯氟烃,近十年来,许多研究结果证实了氯氟烃产品对大气臭氧层的破坏非常严重,迫使人们认识到必须全面停止生产和使用氯氟烃。研究表明,二甲醚作为氯氟烃的替代物,在气雾剂制品中显示出良好的性能,如(A)不污染环境,其对臭氧破坏系数为零;(B)二甲醚在水中溶解度为34%,如果加6%的乙醇,则可与水混溶,它与各种树脂也有极高的溶解能力;(C)毒性很微弱,除了典型的麻醉作用外,观察不到应用在化妆品上有什么问题;(D)可用水或氟制剂作阻燃剂。此外,二甲醚作为气雾剂制品,还具有使喷雾产品不易致潮的特点,再加之二甲醚生产成本低,建设投资省,制造技术不太复杂等特点,从而被人们认为是一种新一代理想的气雾推进剂。
  目前,二甲醚在西欧各国民用气溶胶制品中已是必不可少的氟里昂替代物。二甲醚在世界抛射剂的用量居第二位,仅次于碳氢化合物。
        3.3 二甲醚用作液体燃料的应用前景
  随着人民生活水平的提高,民用燃料的需求加大,低压下二甲醚变为液体,与石油液化气有相似之处,用二甲醚作燃料有诸多优点:(1)在同等温度条件下,二甲醚的饱和蒸汽压低于液化气,其储存、运输等比液化气安全;(2)二甲醚在空气中的爆炸下限比液化气高一倍,因此在使用过程中,二甲醚作为燃料比液化气安全;(3)虽然二甲醚的热值比液化气低,但由于二甲醚本身含氧,在燃烧过程中所需空气量远低于液化气,从而使得二甲醚的预混合热值与理论燃烧温度均高于液化气。二甲醚自身含氧,组分单一,碳链短,燃烧性能良好,热效率高,燃烧过程中无残液,无黑烟,是一种优质、清洁的燃料。
  二甲醚也可以作醇醚燃料。二甲醚与甲醇按一定比例混合后,可克服单一液态燃料所具有的缺点(需解决空气中充压或自充压、外预热等),从而改善燃烧性能,这种混合燃料具有清洁、完全、使用方便等特点。
        4 结论
  符合清洁生产标准的二甲醚新工艺如在工业上推广,不仅会给生产企业带来巨大的经济效益,而且将使人们固有的环保观念发生变化,从而更好地保护和利用我国有限的资源。

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