(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温、常圧で輸送されて来たメタノールをジメチルエーテルに変換する工程は、ジメチルエーテル合成用触媒が充填された内側反応塔と、この反応塔の外周に配置され、メタノール分解用触媒が充填された外側反応塔と、これらの内側および外側の反応塔に接続された蒸留塔とを備えたプラントを用い、前記内側反応容器に加熱したメタノールを含む原料を供給して反応生成物を生成し、この反応生成物を前記蒸留塔に供給してジメチルエーテルとメタノールを含む水とに分離し、このメタノールを含む水を前記外側反応塔に供給して水素と二酸化炭素に分解することによりなされることを特徴とするジメチルエーテルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＰＧは、輸入価格に対して、消費地、例えば家庭に配達されると約１０倍以上と非常に高コストになる。このため、ＬＰＧの流通コストの低減が検討され、さらに最近ではＤＭＥが燃料等に用いられるＬＰＧの代替として注目され、広範囲での利用が検討されている。
【０００３】
ところで、ＤＭＥは従来より天然ガスの生産地で、この天然ガスや天然ガスから合成したメタノールを原料として製造し、高圧下で液化し、液化ガスとして高圧タンクやボンベに充填して消費地に輸送されるか、またはマイナス２５℃以下に冷却して大気下の冷凍タンクに詰めて消費地に輸送されている。
【０００４】
しかしながら、ＤＭＥは輸送コストがかかるのみならず、貯蔵にもコストがかかる問題があった。また、高圧タンクで貯蔵する場合にはその生産地で高圧ガスの安全管理が必要になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、常温、常圧にて液体状態で、取り扱いが容易なメタノールを生産地から消費地に輸送し、この消費地でＤＭＥを製造することによって輸送コストおよび貯蔵コストを大幅に軽減し、トータル的なコストを低減したＤＭＥの製造と供給、及び水素と二酸化炭素の製造とが可能な方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＤＭＥの製造方法は、メタノールを常温、常圧でＤＭＥの消費地またはその近隣地に輸送し、このメタノールを含む原料をＤＭＥに変換すると共に、メタノールを改質して水素と二酸化炭素を得ることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＤＭＥの製造方法を詳細に説明する。
【０００８】
まず、中近東のような天然ガスの産地においてメタノールを生産し、メタノールの生産地からメタノールを消費地またはその近隣地に常温、常圧で輸送する。輸送されたメタノールをこの消費地でＤＭＥに変換する。
【０００９】
前記消費地またはその近隣地としては、１）ＤＭＥを都市ガスの熱調用ＬＰＧの代替として利用する都市ガス製造プラントが立設された地域、２）ＤＭＥをＬＰＧ代替としてディーゼル車の燃料に利用するタクシー業を営む場所、３）ＤＭＥをＬＰＧ代替としてガスボンベに収納して販売する事業を営む場所、４）ＤＭＥを燃料として利用する家庭、等を挙げることができる。
【００１０】
前記メタノールのＤＭＥへの変換は、例えばメタノール１００体積％の原料をアルミナ系触媒のようなＤＭＥ合成用触媒の存在下、２４０〜３２０℃、常圧の下で反応させる方法が採用される。ＤＭＥは、例えば以下に参考例として説明する図１および図２または実施の一形態として説明する図３に示す製造プラントにより製造することができる。
【００１１】
（１）図１に示す製造プラントによるＤＭＥの製造
図１に示す製造プラントにおいて、反応塔１は内部に触媒充填部２を有し、外周囲に冷却流体、例えば水が循環する冷却チャンバ３が配設されている。水供給流路４は、前記冷却チャンバ３底部付近に接続されている。蒸気排出流路５は、前記冷却チャンバ３上部に接続されている。
【００１２】
原料供給流路６は、前記反応塔１の底部に接続されている。熱交換器７は、前記原料供給流路６に介装されている。
【００１３】
ＤＭＥ蒸留塔８は、前記反応塔１にこの反応塔１上部に接続された流路９を通して接続されている。前記流路９は、前記熱交換器７と交差接続されている。冷却器１０は、前記流路９に介装されている。
【００１４】
次に、前述した図１に示す製造プラントを参照してＤＭＥの製造方法を説明する。
【００１５】
まず、２４０〜３２０℃に加熱した原料、例えば１００体積％メタノールを原料供給流路６を通して反応塔１に供給することにより、その充填部２であるＤＭＥ合成用触媒の存在下でＤＭＥが合成される。このとき、ＤＭＥの合成反応は発熱反応であるため、水を水供給流路４を通して冷却チャンバ３に供給することによって、蒸気排出流路５から温水や蒸気を得ることができる。
【００１６】
ＤＭＥを含む反応生成物は、流路９を通してＤＭＥ蒸留塔８に供給される。前記反応生成物は、前記流路９を流通する間、熱交換器７で原料供給流路６を流通する原料と熱交換され、反応生成物が冷却され、原料は加熱される。さらに、前記反応生成物は冷却器１０で冷却されて前記蒸留塔８に供給される。このＤＭＥ蒸留塔８に供給された反応生成物は、ＤＭＥとメタノールを含む水とに分離され、ＤＭＥは前記蒸留塔８の上部から流路１１を通して排出されて回収され、メタノールを含む水はその底部から流路１２を通して排出される。
【００１７】
なお、図１に示す製造プラントにさらに図２に示すメタノール蒸留塔を付設してもよい。
【００１８】
すなわち、メタノール蒸留塔１３は内部に２つの充填材（またはトレイ）１４ａ，１４ｂが互いに分離して上下に収納されている。循環流路１５は、一端が前記メタノール蒸留塔１３の底部に、他端が前記下部充填材１４ｂ下方のメタノール蒸留塔１３部分に連結されている。ポンプ１６および熱交換器１７は、前記循環流路１５に前記メタノール蒸留塔１３の底部側から順次介装されている。バルブ１８および冷却器１９が介装された分岐流路２０は、前記循環流路１５から分岐されている。
【００１９】
気液分離器２１は、流路２２を通して前記メタノール蒸留塔１３の頂部に連結されている。冷却器２３は、前記流路２２に介装されている。前記気液分離器２１は、返送流路２４を通して前記メタノール蒸留塔１３の上部側壁に連結されている。前記気液分離器２１には、メタノールおよびＤＭＥを排出する流路２５が連結されている。
【００２０】
前述した図１のＤＭＥが供給される流路１１は、前記下部充填材１４ｂ下方のメタノール蒸留塔１３部分に連結されている。図１のメタノールを含む水が供給される流路１２は、前記上下の充填材１４ａ、１４ｂ間のメタノール蒸留塔１３部分に連結されている。
【００２１】
このような図２において、分岐流路２０のバルブ１８を閉じた状態で、ＤＭＥおよびメタノールを含む水を流路１１，１２を通してメタノール蒸留塔１３にそれぞれ供給し、同時にポンプ１８を駆動すると共に、熱交換器１７に例えば蒸気を供給して前記蒸留塔１３底部を加熱する。このとき、流路１１を通して供給されたＤＭＥは前記メタノール蒸留塔１３底部で加熱され、その蒸留塔１３を上昇し、流路１２を通して供給された水に含まれるメタノールは前記下部充填材１４ｂおよび上部充填材１４ａにおいてストリッピングされる。残余のメタノールを含む水は、蒸留塔１３底部に貯留され、前記熱交換器１７で加熱されてメタノールが蒸留される。
【００２２】
水蒸気を含むメタノールおよびＤＭＥは、蒸留塔１３頂部の流路２２を流通する間に冷却器２３により冷却された後、気液分離器２１に供給され、ここでメタノールおよびＤＭＥと水とに分離される。メタノールおよびＤＭＥは、流路２５を通して排出、回収され、水は返送流路２４を通して前記蒸留塔１３に返送される。
【００２３】
前述した蒸留操作で、蒸留塔１３底部に貯留され、メタノール含有量がほぼゼロの加熱水はバルブ１８を開くことにより、分岐流路２０を通して排出され、ここに介装された冷却器１９により冷却される。
【００２４】
（２）図３に示す製造プラントによるＤＭＥの製造
図３に示す製造プラントおいて、筒状の内側反応塔３１は内部にＤＭＥ合成用触媒の充填部３２を有し、外周囲に銅系触媒のようなメタノール改質用触媒の充填部３３を有する環状の外側反応塔３４が配設されている。
【００２５】
原料供給流路３５は、前記内側反応塔３１の底部に接続されている。第１、第２の熱交換器３６，３７は、前記原料供給流路３５に介装されている。
【００２６】
ＤＭＥ蒸留塔３８は、前記内側反応塔３１にこの内側反応塔３１上部に接続された流路３９1を通して接続されている。前記流路３９1は、前記第１熱交換器３６と交差接続されている。冷却器４０は、前記流路３９1に介装されている。前記蒸留塔３８は、その底部が流路３９2を通して前記外側反応塔３４に接続されている。ポンプ４１は、前記蒸留塔３８近傍の前記流路３９2に設けられている。また、前記流路３９2は前記第２熱交換器３７と交差接続されている。
【００２７】
分岐原料供給流路４２は、前記原料供給流路３５から分岐され、前記流路３９2に接続されている。冷却器４３が介装された排出流路４４は、前記外側反応塔３４に接続されている。
【００２８】
次に、前述した図３に示す製造プラントを参照してＤＭＥの製造方法を説明する。
【００２９】
まず、２４０〜３２０℃に加熱した原料、例えば１００体積％のメタノールを原料供給流路３５を通して筒状の内側反応塔３１に供給することにより、その充填部３２のＤＭＥ合成用触媒の存在下でＤＭＥが合成される。このＤＭＥの合成反応は、発熱反応である。
【００３０】
ＤＭＥを含む反応生成物は、流路３９1を通してＤＭＥ蒸留塔３８に供給される。前記反応生成物は、前記流路３９1を流通する間、第１熱交換器３６で原料供給流路３５を流通する原料と熱交換され、反応生成物が冷却され、原料は加熱される。さらに、前記反応生成物は冷却器４０で冷却されて前記蒸留塔３８に供給される。この蒸留塔３８に供給された反応生成物は、ＤＭＥとメタノールを含む水とに分離され、ＤＭＥは前記蒸留塔３８の上部から排出されて回収される。
【００３１】
一方、メタノールを含む水はポンプ４１の作動により前記蒸留塔３８の底部から流路３９2を通して環状の外側反応塔３４に供給される。前記メタノールを含む水は、前記流路３９2を流通する間、第２熱交換器３７で原料供給流路３５を流通する原料と熱交換され、その水が加熱され、原料は冷却される。前記外側反応塔３４に供給された前記メタノールを含む水は、その充填部３３のメタノール改質用触媒の存在下で含有されたメタノールが改質されて水素、二酸化炭素を生成する。このメタノール改質反応は、吸熱反応であり、前記ＤＭＥの合成反応が発熱反応で、これら反応時の熱バランスが均衡するため、熱を有効に利用することが可能になる。
【００３２】
このようなメタノールの改質反応において、前記蒸留塔３８底部のメタノール量が少ない場合には原料であるメタノールを前記原料供給流路３５から分岐原料供給流路４２を通して前記メタノールを含む水が流通する流路３９2に導入する。
【００３３】
前記外側反応塔３４で生成された水素、二酸化炭素は、冷却器４３が介装された排出流路４４を通して排気され、回収される。
【００３４】
以上、前述した実施形態によればメタノールの生産地からメタノールを消費地またはその近隣地に常温、常圧で輸送し、輸送されたメタノールをこの消費地でＤＭＥに変換することによって、従来のようにメタノールの生産地でＤＭＥを製造し、このＤＭＥを高圧下で液化し、液化ガスとして高圧タンクやボンベに充填して消費地に輸送したり、またはマイナス２５℃以下に冷却して大気下の冷凍タンクに詰めて消費地に輸送したりするのに比べて、輸送に費やされるコストを著しく低減できる。その結果、以下に説明する効果を奏する。
【００３５】
１）ＤＭＥを都市ガスの熱調用ＬＰＧの代替として利用する都市ガス製造プラントを有する事業者において、低コストで都市ガスを製造することができる。
【００３６】
２）ＤＭＥをＬＰＧ代替としてディーゼル車の燃料に利用するタクシー業において、低コストのディーゼル車燃料を提供することができる。
【００３７】
３）ＤＭＥをＬＰＧ代替としてガスボンベに収納して販売する事業者において、ＬＰＧ代替ＤＭＥをユーザに低コストで販売することができる。
【００３８】
４）ＤＭＥを燃料として利用する家庭において、低コストのＤＭＥを燃料として利用することができる。
【００３９】
また、メタノールを含む原料をＤＭＥに変換する操作において、参考例として前述した図１に示す製造プラントを用いることによって、メタノールを含む原料を反応塔１でＤＭＥに変換できるとともに、この反応塔１周囲の冷却チャンバ３に水を供給し、前記反応塔１での発熱反応を利用して加熱することにより、温水や蒸気を得ることができる。
【００４０】
さらに、前述した図１に示す製造プラントに図２に示すメタノール蒸留塔１３を付設し、ＤＭＥ蒸留塔８で分離されたＤＭＥを前記メタノール蒸留塔１３の中間付近に流路１１を通して供給し、前記メタノールを含む水を前記メタノール蒸留塔１３の下部付近に流路１２を通して供給すると共に、この蒸留塔１３下部付近を加熱して前記メタノールを含む水をストリッピングすることによって、メタノールを回収できると共に、メタノール含有量がほぼゼロの水を排出することができる。
【００４１】
さらに、メタノールを含む原料をＤＭＥに変換する操作において、本発明の実施の一形態として前述した図３に示す製造プラントを用いることによって、メタノールを含む原料を内側反応塔３１でＤＭＥに変換できるとともに、この内側反応塔３１周囲の環状の外側反応塔３４にＤＭＥ蒸留塔３８から分離されたメタノールを含む水を供給し、前記内側反応塔３１で発生する熱（発熱反応熱）とその外側反応塔３４に充填されたメタノール改質用触媒を利用して改質することにより、主に水素を得ることができる。したがって、図３に示す製造プラントを用いることによって、メタノールを含む原料をＤＭＥに変換でき、さらに蒸留塔３８から分離、排出された水に含まれるメタノールを有効に利用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明に係るＤＭＥの製造方法によれば、常温、常圧にて液体状態で、取り扱いが容易なメタノールを生産地から消費地に輸送し、この消費地でＤＭＥ及び水素と二酸化炭素を製造することによって、輸送コストおよび貯蔵コストを大幅に軽減し、都市ガス製造プラントを有する事業者、タクシー業者、ＬＰＧ代替ＤＭＥの販売事業者、家庭等において低コストのＤＭＥを利用、供給でき、更に水素と二酸化炭素を得るという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のＤＭＥを製造するための製造プラントの参考例を示す概略図。
【図２】図１の製造プラントに組み込まれるメタノール蒸留塔を示す概略図。
【図３】  本発明のＤＭＥを製造するための製造プラントの一形態を示す概略図。
【符号の説明】
１…反応塔、
３…冷却チャンバ、
８，３８…ＤＭＥ蒸留塔、
１３…メタノール蒸留塔、
２１…気液分離器、
３１…内側反応塔、
３４…外側反応塔。
【図１】
0004088442.tif 000002
【図２】
0004088442.tif 000003
【図３】
0004088442.tif 000004