二甲醚

✍ dations ◷ 2025-06-29 14:54:54 #气溶胶喷射剂,醚,液体燃料,二碳有机物

二甲醚(英语:methoxymethane,分子式:CH3OCH3, DME)又称作甲醚,是最简单的脂肪醚。它是二分子甲醇脱水缩合的衍生物。室温下为无色、无毒,有轻微醚香味的气体或压缩液体。是一种重要的有机化工产品和化学中间体。

二甲醚在空气中十分稳定,无腐蚀性,微毒,不致癌。混溶性很好,可以和大多数极性和非极性有机溶剂混溶。

作为一种重要的化学中间体,二甲醚在催化剂存在下与苯发生烷基化反应。与一氧化碳反应生成乙酸甲酯;同系化反应还可以生成乙酸乙酯、乙酸酐。与二氧化碳反应生成甲氧基乙酸。与发烟硫酸或三氧化硫反应生成硫酸二甲酯。与氰化氢反应生成乙腈。

实验室中一般使用原甲酸三甲酯,以氯化铁为催化剂制得。或用碳酸甲酯钠在320℃热分解得到。高纯度的DME通过威廉逊合成法用碘甲烷和甲醇钠反应制备。该反应条件苛刻,必须在无水条件下反应.

工业上,DME最早是从合成甲醇的副产物中分离回收。之后二甲醚的生产方法主要有两步法(甲醇脱水成二甲醚)和一步法(合成气直接合成二甲醚)。此外还有从二氧化碳和生物质制备二甲醚的方法。

两步法先由合成气制成甲醇,再在催化剂存在下,通过甲醇液相脱水或气相脱水生成二甲醚。这种方法操作简单,产品纯度高。其化学反应式如下:

这种工艺方法最早使用浓硫酸使甲醇脱水制得二甲醚,反应在液相中进行。反应温度低,转化率和选择性好,但是有腐蚀问题和环境污染问题。

1965年美国美孚公司和意大利ESSO公司开发了气相甲醇脱水技术,分别使用ZSM-5分子筛和负载金属的硅酸铝作为催化剂。此后又有许多研究者相继开发了使用γ-氧化铝、沸石、二氧化硅/氧化铝、阳离子交换树脂等各种催化剂的气相脱水工艺。

但是气相甲醇脱水的大量放热,维持反应温度是一个关键。因此大多工艺对于反应器的设计有具体要求。

两步法反应条件温和,副反应少,二甲醚选择性高,反应器简单,产品纯度高,但是如果从合成气开始制备,生产流程长,成本高,而且即使直接购买甲醇合成,也容易受到甲醇价格的影响。

一步法是通过合成气,在一定温度压力和双功能催化剂作用下,一步合成二甲醚的工艺,是1990年代以后逐渐成熟的技术。又可以分为两相法和三相法。

两相法通过气固相反应器,合成气在固体催化剂表面进行反应。三相法则引入惰性溶剂,使合成气在悬浮于惰性溶剂中的催化剂表面反应,一般称为浆态床法。

化学反应式如下:

相比于两步法,这种方法放热量更大,对于反应器的设计有更高的要求。

一步法流程简单,成本低,适合大规模生产,但是反应器结构和产物后处理过程比较复杂,产品纯度比较低。

通过二氧化碳加氢直接合成二甲醚是一个还处在探索阶段的研究,二氧化碳的转化率和二甲醚选择性还比较低。

生物质一步法合成二甲醚也处于探索阶段。所使用生物质包括了农业废弃物和城市生活垃圾等。

二甲醚具有优良的燃烧特性,十六烷值高,而且污染少,对大气臭氧层无损害,在对流层中容易降解。可广泛用于汽车燃料。

二甲醚可以用作气雾剂的推进剂、发泡剂、溶剂、萃取剂等。高浓度的DME可以用作麻醉剂。

作为氟利昂的替代品也用于制冷剂中。

二甲醚一个重要的应用就是作为替代柴油和液化石油气的替代燃料。二甲醚的十六烷值高达55。相比,石油中提炼的柴油的十六烷值为40~53。

作为柴油替代品,二甲醚被认为是柴油发动机最洁净的替代燃料,可以降低氮氧化物的排放,实现无烟燃烧,降低发动机噪音,排放的尾气可以达到美国(美国2010)的,日本 (日本 2009)的规定的超低尾气排放标准和欧盟规定的欧5排放标准要求。美孚石油(Mobil)是正在使用二甲醚在甲醇转化汽油(英语:Gas to liquids)的过程。

二甲醚正在被开发成为一种合成的第二代生物燃料(英语:Second-generation biofuels)(BioDME),它可以从木质纤维素生物质(英语:Lignocellulosic biomass)来制造。目前,欧盟正在考虑BioDME用在其潜在的生物燃料混合于2030年。沃尔沃集团是欧洲共同体第七框架计划项目BioDME的协调员。其中,位于瑞典皮特奥的基于黑液气化Chemrec(英语:Chemrec)公司的BioDME试验工厂即将竣工。

作为民用液化石油气替代品,它的贮存、运输的安全性比液化石油气好,而且燃烧完全,没有残液和黑烟,被视为是一种清洁燃料,但是在其被掺入液化石油气中,或使用液化石油气灶具燃烧后,有发生灶具或炊具腐蚀的报道,中国国家质检总局禁止将其混入民用液化石油气中使用。此外,二甲醚也可以作为车用的液化石油气(LPG)替代品。

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