[發(fā)明專利]將CO2應(yīng)用于二甲醚合成的化學(xué)鏈CO2重整甲烷方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410853700.5
• 申請(qǐng)日: 2014-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN104496765A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于敦喜;何映龍;徐明厚;呂為智;吳建群;樊斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C07C43/04
• 分類號(hào): C07C43/04;C07C41/01;C01B3/34
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 李智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二甲醚合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種將CO₂應(yīng)用于二甲醚合成的化學(xué)鏈CO₂重整甲烷方法及裝置。

背景技術(shù)

目前，我國能源戰(zhàn)略面臨三大困境：其一，消費(fèi)結(jié)構(gòu)缺陷——煤炭為主，加劇環(huán)境污染；其二，供應(yīng)缺口巨大——石油短缺，危及能源安全；其三，利用效率低下——經(jīng)濟(jì)粗放，導(dǎo)致資源浪費(fèi)。因此，我國能源整體將向著清潔化、多元化、高效化的方向發(fā)展。

二甲醚作為一種無毒、無腐蝕、易液化的清潔燃料，不僅燃燒效率高、動(dòng)力性能好，而且污染排放少，是我國擺脫能源困境的重要選擇之一。二甲醚的制備途徑主要有三種：液相兩步法、氣-固相兩步法及一步法。二甲醚的工業(yè)生產(chǎn)早期采用液相兩步法，但由于該工藝對(duì)環(huán)境污染大，且對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重而逐漸被淘汰。目前工業(yè)中生產(chǎn)二甲醚主要采用氣-固相兩步法，該工藝腐蝕小，無污染，但生產(chǎn)投資大、能耗高。

一步法是合成氣在一定溫度、壓力和多功能催化劑作用下，直接合成二甲醚的工藝，因其工藝簡(jiǎn)短、合成氣轉(zhuǎn)化率高、經(jīng)濟(jì)效益好，在學(xué)術(shù)界和企業(yè)界都備受關(guān)注，其化學(xué)反應(yīng)式如下：

3CO+3H₂→CH₃OCH₃+CO₂-246.3kJ/mol???(1)

反應(yīng)(1)中合成氣的來源可分為兩種：煤氣化——該工藝污染重、流程長(zhǎng)、投資高、水耗大，尤其會(huì)加劇我國北方主要產(chǎn)煤區(qū)的水資源危機(jī)；CH₄重整——工藝流程短、原料豐富、CO₂排放量少，符合我國可持續(xù)發(fā)展的要求。

由CH₄重整制合成氣主要有三種反應(yīng)途徑，如下所示：

其中反應(yīng)(2)，即水蒸汽重整甲烷(steam?reforming?methane，SRM)，早在上世紀(jì)30年代就已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，但反應(yīng)中為了防止催化劑因積炭而失活，通常在實(shí)際操作中采用較高的水碳比，從而導(dǎo)致其所生產(chǎn)合成氣的H₂/CO≥3，不適用于二甲醚的合成。

其中反應(yīng)(3)，即甲烷部分氧化(partial?oxidation?of?methane，POM)，該過程的H₂/CO接近于2，它是一個(gè)放熱反應(yīng)，相對(duì)而言，可以節(jié)省大量能源。但由于POM過程需要昂貴的空分氧、反應(yīng)產(chǎn)物易被深度氧化、O₂/CH₄混合物易引起爆炸等原因，無法在工業(yè)中應(yīng)用。

其中反應(yīng)(4)，即CO₂重整甲烷(carbon?dioxide?reforming?methane，CDR)，產(chǎn)生的合成氣氫碳比H₂/CO＝1，符合反應(yīng)(1)中反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量關(guān)系，且同時(shí)利用了CO₂和CH₄兩種主要溫室氣體，利于溫室氣體減排。CDR過程在化工、能源、環(huán)境等諸多領(lǐng)域具有潛在的利用價(jià)值，也是合成氣的理想來源。但其反應(yīng)中存在諸多問題，如反應(yīng)能耗高、需要貴金屬催化劑不利于工業(yè)化、催化劑易因積炭失活、反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率低等，因此尚無法在工業(yè)中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供了一種將CO₂應(yīng)用于二甲醚合成的化學(xué)鏈CO₂重整甲烷方法及裝置，其目的在于，通過以Fe₃O₄為氧載體的化學(xué)鏈燃燒，使CO₂重整甲烷反應(yīng)中CH₄的部分氧化和CO₂的還原被分成兩步在不同的反應(yīng)器中進(jìn)行，降低了反應(yīng)能壘,提高了反應(yīng)效率，同時(shí)，避免了CDR過程中需要貴金屬催化劑、催化劑易因積炭而失活、反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率低等問題，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。

一種將CO₂應(yīng)用于二甲醚合成的化學(xué)鏈CO₂重整甲烷方法，具體為：

在CH₄氧化反應(yīng)器中，F(xiàn)e₃O₄與CH₄發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成H₂、CO和FeO，將H₂、CO作為二甲醚合成氣源，將FeO轉(zhuǎn)移至CO₂還原反應(yīng)器；