174060. lajstromszámú szabadalom • Eljárás dimetil-éter előállítására
3 174060 4 CO + 2H2 ^CH3OH 1. 2CO + 4H2 - ch3-o-ch3 +h2o 2. HjO + CO;- co2 + h2 3. C02 + 3H2 ^ch3oh + h2o 4. 2CH3OH^ ch3-o-ch3h2o 5. Ezen egyenletek közül a 2. jelzésű az 5. és 1. jelzésű reakciókkal van összefüggésben a 4. jelű egyenlet pedig a 3. és 1. reakcióktól függ. A találmány szerinti eljárásnál a reaktorban a következő reakciók játszódnak le: CO + 2H2 CH3OH C0 + H20^C02 + h2 2 CH30H^CH3-0-CH3 +h2o Még akkor is, ha a körülmények a metanol dehidratálódásának kedveznek termodinamikai szempontból, előfordul, hogy a jelenlevő víz megakadályozza, hogy a metanol jó hatásfokkal dehidratálódjék, és hátráltatja a reaktoron áthaladó friss gázok átalakulását DMÉ-ré. Viszonylag nagy C02 tartalmú szintézisgáz alkalmazása esetében (például könnyű szénhidrogének vízgőzös reformálásával előállított gáz alkalmazásakor, amelyben a C02- és a CO-tartalom azonos nagyságrendű) a H2 0 + CO ^ C02 + H2 egyenlet szerinti átalakításhoz vizet kell adagolni, és a dimetil-éterré alakulás hatásfoka még kisebb lesz. A fenti hátrányok nem jelentkeznek, ha CO-ban dús gázzal dolgozunk, amely kevés C02-ot tartalmaz. Ilyen gáz például a nehéz szénhidrogének parciális oxidációjával vagy szén elgázosításával állítható elő, amelyekben a CO mennyisége a hidrogénhez képest a metanolszintézishez szükséges sztöchiometrikus mennyiséghoz viszonyítva nagy feleslegben van. Ilyen gáz alkalmazása esetén a dehidratációnál keletkező víz folyamatosan reakcióba lép a CO felesleggel (C02 és H2 keletkezik), és ennek következtében a metanol dehidratációja és a dimetil-éter szintézis - ami a dehidratációt követi - nagy (kb. 80%-os) konverzióval megy végbe. A következő kvalitatív példákban az eljárás elvének lényegét világítjuk meg. Induljunk ki például olyan gázelegyből, amelyben a H2/CO térfogat arány kisebb, mint 2, vagyis kisebb a metanol előállításához szükségesnél. A hagyományos eljárások szerint a CO felesleget gőzzel C02-dá és H2-né alakítják és a keletkezett C02-ot eltávolítják. Ezzel szemben a találmány szerinti eljárásnál a szintézisgáz összetételét nem kell megváltoztatni a CO víz segítségével C02 -dá és H2 -né alakítása miatt, mert az átalakulás közvetlenül a szintézis reaktorban történik. A réz vagy króm-dnk bázisú katalizátorok rendkívül aktívak a CO + H20 = C02 + H2 reakcióban. A dehidratációnál keletkező víz azonnal el is használódik, és így a katalizátorágy alkalmazásával nagy hozam érhető el. Abban az esetben, ha a dehidratációnál keletkező víz önmagában nem elegendő a jó CO-konverzió biztosítására, tanácsos gőz adagolása, a hidrogénhez viszonyított CO-mennyiség további növelése helyett. Megfigyeltük, hogyha a metanolt reaktorban állítjuk elő, majd a keletkezett metanolt egy másik reaktorban dehidratáljuk dimetil-éterré, a szintézis a hagyományos módon megy végbe és a konverzió is igen alacsony (10-15%-os). Ennek következtében a recirkuláltatás költségei nagyok, és a dehidratáló berendezés — amelyben a dimetil-étert állítjuk elő - jelentős hőt igényel a metanol elpárologtatására és a termék rektifikálására, energiát igényel továbbá az át nem alakult metanol visszacirkuláltatása is. Nyilvánvaló, hogy a dimetil-éter ilyen körülmények között nagyobb költséggel állítható elő, mint a metanol. A találmány szerinti eljárásnál ezzel szemben a dimetil-éter előállításának költsége kisebb, mint a hagyományos módon előállított metanol költsége, és a technológia valamint az eljáráshoz alkalmazható berendezés is lényegesen egyszerűbb. A találmány szerinti - CO-ból, C02-ből és H2-ből kiinduló - eljárás szelektivitása rendkívül jó és a termék önköltsége viszonylag kicsi. A dimetil-éter a háztartásokban és az iparban fűtőanyagként használható fel, különös tekintettel az egyre gyorsabban kimerülő energiaforrásokra. Nagy jelentőségre tesz szert a földgáz, amit általában a felhasználás helyétől távol termelnek ki. Amennyiben a szállításnál a földgázt, például tengereken kell keresztülvinni, a távyezetékes szállítás már nem alkalmazható: cseppfolyósításos módszert alkalmaznak, vagyis a földgázt a kikötő közelében cseppfolyósítják és speciális tartályokban szállítják. A cseppfolyósított földgázt a kirakó kikötőben elpárologtatják, és szokásos metán vezeték rendszerben továbbítják. Az utóbbi esetben meggondolandó a földgáz kémiai átalakítása olyan cseppfolyós energiahordozóvá, amely könnyen szállítható. A metán átalakítása metanollá rossz (mintegy 50—60%-os) hatásfokkal hajtható végre, nyilvánvaló tehát, hogy csak igen olcsón beszerezhető földgáz és nagyon hosszú szállítási út indokolhatja és teheti gazdaságossá a földgáz cseppfolyósítását és ilyen formában való szállítását. A metanolnak mint üzemanyagnak a felhasználása - eltekintve az átalakítási és szállítási költségektől - néhány lényeges problémát vet fel: — kicsi a fűtőértéke (kb. 5000 Kcal/kg),- nagy a gőznyomása (64,7 °C-on forr), és hajlamos arra, hogy robbanó elegyeket alkosson, mérgező. Éppen ezen problémák miatt előrelátható, hogy a metanolt tüzelőanyagként csak jól felszerelt, nagy felhasználók, pl. hőerőművek alkalmazhatják. Ha a tüzelőanyag felhasználási területét bővíteni kívánják, akkor további kémiai átalakítás szükséges. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 6$ 2
