一种DMC的制备系统的制作方法

一种dmc的制备系统
技术领域
1.本实用新型涉及甲醇羰基化反应制备领域，具体而言，涉及一种dmc的制备系统。


背景技术：

2.甲醇液相氧化羰基化法是一种基于ch3oh、o2及co在催化剂作用下合成dmc(碳酸二甲酯)的方法。
3.现有生产工艺流程一般是在两套反应装置中进行的。每套反应装置由两台并联的反应器以及一台气液分离罐组成。反应温度为115-120℃，反应压力为2.2-2.5mpag。气液分离罐正常操作液位为50％左右。催化剂为氯化亚铜系催化剂，催化剂颗粒粒径200目(74μm)，在浆料中呈拟均相状态，含量为1.5％-3％(wt)。
4.反应器液相进料为新鲜甲醇与系统循环的甲醇，经混合后进入气液分离罐底部的降液管分别流进反应器底部。气相进料中新鲜o2和co与循环气(主要为co)混合后，通过两台反应器底部的分布器以鼓泡形式分别进入两台反应器。为保证o2全部充分反应，以及控制排出气中o2含量在爆炸极限以下，进料中氧气浓度＜5％。在两台反应器中，o2、co与甲醇在催化剂作用下生成dmc与水。两台反应器顶部有管道与气液分离罐连接，反应器上部气液混合物进入气液分离罐进行分离。分离出的气相混合物料送至下游装置，主要组分为co，dmc、甲醇、co2以及水。分离罐底部的液相从降液管与原料甲醇混合后，循环回至两台反应器底部。
5.甲醇氧化羰基化反应为放热反应，生成1moldmc反应热约为310kj，反应物料以气相出料，蒸发潜热31kj/mol。由于原料单程转化率低，反应放热总量相对较少，需要通过反应器内部u型换热器补充热量来调节反应温度恒定。每台反应器内部设有4台换热器，蒸汽耗量约为0-10t/h。
6.现有dmc生产工艺主要问题如下：
7.(1)原料混合气在反应器底部经过分布器初始分布后鼓泡进入液相。由于分布器开孔为毫米级别(φ5mm)，所产生的气泡直径偏大(8～15mm)，气液相界面积偏小，且初始分布的气泡在上升过程中容易聚并，反应器内气泡分布不均匀，加之液体循环采用密度差环流方式，流速较慢(＜0.1m/s)，使得气液传质速率偏低，导致宏观反应速率严重低于设计预期值；
8.(2)o2耗量多，但实际有效利用率很低；
9.(3)co单程转化率约为2-8％，且co进料量偏多，因此新鲜co压缩机和循环co压缩机动力消耗偏大；
10.(4)由于产物dmc在系统中停留时间过长，与水发生水解反应，生成了co2，同时co和o2易发生副反应，这些因素大大降低了原料的转化率。
11.有鉴于此，特提出本实用新型。


技术实现要素：

12.本实用新型的目的在于提供一种dmc的制备系统，该系统通过在反应器内设置的微界面发生器对混合气进行分散破碎后再与甲醇进行羰基化反应，增大了甲醇和合成气的气液传质面积，有效防止了气泡间的聚并，提高了反应速率，降低了反应的温度和压力，提高了甲醇的转化率；通过将反应和精馏过程集成到一个塔釜中，减少了占地面积；通过设置多层筛板，降低了反应段上方的反应速率，减少了副反应的发生。
13.为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：
14.本实用新型提供了一种dmc的制备系统，包括：反应塔；所述反应塔中部设置有密封板，所述密封板下方为反应段，上方为精馏段；所述反应段侧壁设置有粗产物出口；所述粗产物出口与所述精馏段相连；
15.所述反应段的侧壁上设置有甲醇进口和混合气进口；所述甲醇进口位于所述混合气进口的上方；所述反应段内的液位高于所述混合气进口；所述反应段内设置有微界面发生器；所述微界面发生器与所述混合气进口相连以将所述混合气分散破碎成微米级的微气泡；
16.所述微界面发生器上方设置有多层筛板；所述筛板位于所述液位的下方；
17.所述液位上方设置有多层填料；所述反应段连接有循环管道；所述循环管道进口位于所述液位下方，所述循环管道的出口位于所述填料上方。
18.现有技术中，现有技术的反应过程需要多个罐体参与，占地面积大，由于原料混合气在反应器底部经过分布器初始分布后鼓泡进入液相。由于分布器开孔为毫米级别(φ5mm)，所产生的气泡直径偏大(8～15mm)，气液相界面积偏小，且初始分布的气泡在上升过程中容易聚并，反应器内气泡分布不均匀，加之液体循环采用密度差环流方式，流速较慢(＜0.1m/s)，使得气液传质速率偏低，导致宏观反应速率严重低于设计预期值；另外，产物dmc在系统中停留时间过长，与水发生水解反应，生成了co2，同时co和o2易发生副反应，这些因素大大降低了原料的转化率。
19.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种dmc的制备系统，该系统通过在反应器内设置的微界面发生器对混合气进行分散破碎后再与甲醇进行羰基化反应，增大了甲醇和合成气的气液传质面积，有效防止了气泡间的聚并，提高了反应速率，降低了反应的温度和压力，提高了甲醇的转化率；通过将反应和精馏过程集成到一个塔釜中，减少了占地面积；通过设置多层筛板，降低了反应段上方的反应速率，减少了副反应的发生。
20.优选的，所述微界面发生器的出口处设置有分布盘，所述分布盘呈锥形，所述分布盘上设置有多个垂直于所述分布盘盘体的通孔。通过设置分布盘，能够促进微气泡的均匀分布，防止气泡间发生聚并，提高了微界面传质效率和反应效率。
21.优选的，所述液位顶部设置有喷淋器，所述喷淋器位于所述填料的下方；所述喷淋器与所述甲醇进口相连。将甲醇溶液从顶部喷洒，一方面能够对反应段内的甲醇进行及时补充，保证反应原料充足；另一方面能够与从下方流上来的未反应的混合气进一步反应，提高原料利用率。
22.优选的，所述微界面发生器为气动式微界面发生器。
23.优选的，所述筛板上设置有筛孔；多层所述筛板的筛孔交错设置。这样设置是为了降低反应流的反应速率，这是由于甲醇羰基化反应主要在筛板与微界面发生器之间进行，
反应形成全混流，而流到筛板处的部分则主要是反应后的dmc和水，为了防止两者间发生副反应，通过多层交错的筛板将全混流变成平推流，降低反应速率，从而避免副反应的发生，提高dmc的收率。
24.本实用新型的反应塔通过密封板分成了反应段和精馏段，将反应和精馏过程高度集成，减少了占地面积；通过反应段内设置的微界面发生器将混合气分散破碎成微气泡，提高了混合气与甲醇的相界传质面积。反应时，混合气经微界面发生器破碎成微气泡后，在催化剂作用下与甲醇进行羰基化反应，提高了反应速率，降低了能耗，在微界面发生器的出口处设置分布盘，则是能够防止微气泡间发生聚并，提高传质效果。
25.本实用新型在液位下方还设置有多层筛板，反应时，微界面发生器附近为全混流，反应剧烈进行；而流到筛板处的组分主要是反应后产生的dmc和水，通过筛板上的筛孔降低反应速率，形成平推流，从而能够有效防止副反应的发生。
26.另外，反应段内还设置有填料和循环管道，通过循环管道将反应段内的液流循环送到填料上，能够使液流与填料形成液膜，与未反应的气体原料进行反应，从而提高原料的转化率。可见，本实用新型通过设置微界面发生器、筛板、填料和循环管道相结合，提高了反应的速率的转化率。
27.本领域所属技术人员可以理解的是，本实用新型所采用的微界面发生器在本实用新型人在先专利中已有体现，如申请号cn201610641119.6、cn201610641251.7、cn201710766435.0、cn106187660、cn105903425a、cn109437390a、cn205833127u及cn207581700u的专利。在先专利cn201610641119.6中详细介绍了微米气泡发生器(即微界面发生器)的具体产品结构和工作原理，该申请文件中记载了“微米气泡发生器包括本体和二次破碎件、本体内具有空腔，本体上设有与空腔连通的进口，空腔的相对的第一端和第二端均敞开，其中空腔的横截面积从空腔的中部向空腔的第一端和第二端减小；二次破碎件设在空腔的第一端和第二端中的至少一个处，二次破碎件的一部分设在空腔内，二次破碎件与空腔两端敞开的通孔之间形成一个环形通道。微米气泡发生器还包括进气管和进液管。”从该申请文件中公开的具体结构可以知晓其具体工作原理为：液体通过进液管切向进入微米气泡发生器内，超高速旋转并切割气体，使气体气泡破碎成微米级别的微气泡，从而提高液相与气相之间的传质面积，而且该专利中的微米气泡发生器属于气动式微界面发生器。
28.另外，在先专利201610641251.7中有记载一次气泡破碎器具有循环液进口、循环气进口和气液混合物出口，二次气泡破碎器则是将进料口与气液混合物出口连通，说明气泡破碎器都是需要气液混合进入，另外从后面的附图中可知，一次气泡破碎器主要是利用循环液作为动力，所以其实一次气泡破碎器属于液动式微界面发生器，二次气泡破碎器是将气液混合物同时通入到椭圆形的旋转球中进行旋转，从而在旋转的过程中实现气泡破碎，所以二次气泡破碎器实际上是属于气液联动式微界面发生器。其实，无论是液动式微界面发生器，还是气液联动式微界面发生器，都属于微界面发生器的一种具体形式，然而本实用新型所采用的微界面发生器并不局限于上述几种形式，在先专利中所记载的气泡破碎器的具体结构只是本实用新型微界面发生器可采用的其中一种形式而已。
29.此外，在先专利201710766435.0中记载到“气泡破碎器的原理就是高速射流以达到气体相互碰撞”，并且也阐述了其可以用于微界面强化反应器，验证本身气泡破碎器与微
界面发生器之间的关联性；而且在先专利cn106187660中对于气泡破碎器的具体结构也有相关的记载，具体见说明书中第[0031]-[0041]段，以及附图部分，其对气泡破碎器s-2的具体工作原理有详细的阐述，气泡破碎器顶部是液相进口，侧面是气相进口，通过从顶部进来的液相提供卷吸动力，从而达到粉碎成超细气泡的效果，附图中也可见气泡破碎器呈锥形的结构，上部的直径比下部的直径要大，也是为了液相能够更好的提供卷吸动力。
[0030]
由于在先专利申请的初期，微界面发生器才刚研发出来，所以早期命名为微米气泡发生器(cn201610641119.6)、气泡破碎器(201710766435.0)等，随着不断技术改进，后期更名为微界面发生器，现在本实用新型中的微界面发生器相当于之前的微米气泡发生器、气泡破碎器等，只是名称不一样。综上所述，本实用新型的微界面发生器属于现有技术。
31.优选的，所述粗产物出口位于所述填料上方；所述粗产物出口与所述精馏段间设置有冷凝器。
[0032]
优选的，所述冷凝器为t型冷凝器，所述t型冷凝器上设置有不凝气出口。
[0033]
优选的，所述精馏段侧壁设置有采出口；所述采出口连接有分相器；所述采出口与所述分相器间设置有再沸器。
[0034]
本实用新型还提供了一种采用上述制备系统的制备方法，包括如下步骤：
[0035]
将合成气经微界面破碎后，与甲醇混合，在催化剂的参与下进行羰基化反应，再经精馏得到产物dmc；所述催化剂为氯化亚铜。
[0036]
优选的，所述羰基化反应温度为110-113℃，压力为1.4-1.8mpa。
[0037]
采用本实用新型的反应方法得到的dmc产品品质好、收率高，甲醇转化率高，该制备方法本身反应温度低、压力大幅度下降，成本显著降低。
[0038]
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
[0039]
(1)本实用新型的dmc的制备系统，该系统通过在反应器内设置的微界面发生器对混合气进行分散破碎后再与甲醇进行羰基化反应，增大了甲醇和合成气的气液传质面积，提高了反应速率，降低了反应的温度和压力，提高了甲醇的转化率；
[0040]
(2)通过设置分布盘，能够改变微气泡的流动方向，使其沿分布盘上的通孔向不同的方向进行喷射，从而使混合气微气泡在反应器中均匀分布，有利于反应的进行，同时能有效防止聚并现象；
[0041]
(3)通过将反应和精馏过程集成到一个塔器中，减少了占地面积；通过设置多层筛板，降低了反应段上方的反应速率，减少了副反应的发生。
附图说明
[0042]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0043]
图1为本实用新型实施例1提供的dmc的制备系统的结构示意图；
[0044]
图2为本实用新型实施例1提供的反应段的结构示意图；
[0045]
图3为本实用新型实施例1提供的分布盘的结构示意图。
[0046]
其中：
[0047]
10-反应塔；
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20-反应段；
[0048]
201-微界面发生器；
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202-分布盘；
[0049]
203-筛板；
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204-通孔；
[0050]
205-喷淋器；
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206-填料；
[0051]
30-精馏段；
[0052]
40-混合气进口；
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50-甲醇进口；
[0053]
60-冷凝器；
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70-不凝气出口；
[0054]
80-再沸器；
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90-分相器；
[0055]
100-循环管道；
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110-密封板；
[0056]
120-采出口。
具体实施方式
[0057]
下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0058]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0059]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0060]
为了更加清晰的对本实用新型中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。
[0061]
实施例1
[0062]
参阅图1-3所示，本实施例提供了一种dmc的制备系统，包括：反应塔10；反应塔10中部设置有密封板110，密封板110下方为反应段20，上方为精馏段30；反应段20侧壁设置有粗产物出口；粗产物出口与精馏段30相连；
[0063]
如图2所示，反应段20的侧壁上设置有甲醇进口50和混合气进口40；甲醇进口50位于混合气进口40的上方；反应段20内的液位高于混合气进口40；反应段20内设置有微界面发生器201；微界面发生器201与混合气进口40相连以将混合气分散破碎成微米级的微气泡。本实施例中的微界面发生器201为气动式微界面发生器。
[0064]
继续参阅图2，微界面发生器201上方设置有多层筛板203；筛板203位于液位的下
方；其中，筛板203上设置有筛孔；多层筛板203的筛孔交错设置。这样设置是为了降低反应流的反应速率，这是由于甲醇羰基化反应主要在筛板203与微界面发生器201之间进行，反应形成全混流，而流到筛板203处的部分则主要是反应后的dmc和水，为了防止两者间发生副反应，通过多层交错的筛板203将全混流变成平推流，降低反应速率，从而避免副反应的发生，提高dmc的收率。
[0065]
继续参阅图2，液位上方设置有多层填料206，填料为高密度填料，能够形成液膜，促进原料继续反应，尤其是促进未反应的氧气继续反应，既能够提高原料利用率，又能够防止未反应的的氧气与一氧化碳反应产生的爆炸，提高系统的安全系数；反应段20连接有循环管道100；循环管道100进口位于液位下方，循环管道100的出口位于填料206上方。
[0066]
如图3所示，微界面发生器201的出口处设置有分布盘202，分布盘202呈锥形，分布盘202上设置有多个垂直于分布盘202盘体的通孔204。通过设置分布盘202，能够促进微气泡的均匀分布，防止气泡间发生聚并，提高了微界面传质效率和反应效率。
[0067]
为提高原料转化率，在液位顶部设置有喷淋器205，喷淋器205位于填料206的下方；喷淋器205与甲醇进口50相连。将甲醇溶液从顶部喷洒，一方面能够对反应段20内的甲醇进行及时补充，保证反应原料充足；另一方面能够与从下方流上来的未反应的混合气进一步反应，提高原料利用率。
[0068]
在本实施例中，粗产物出口位于填料206上方；粗产物出口与精馏段30间设置有冷凝器60。其中，冷凝器60为t型冷凝器60，t型冷凝器60上设置有不凝气出口70。
[0069]
在本实施例中，精馏段30侧壁设置有采出口120；采出口120连接有分相器90；采出口120与分相器90间设置有再沸器80。反应时，分相器90将产物中的水与dmc分离，得到的dmc从分相器90中采出。
[0070]
事实上，反应塔上段精馏段顶部也连接有冷凝器，精馏段顶部的气体经冷凝器冷凝后一部分回流至精馏段上部作为回流液，另一部分直接采出。采出物的主要成分为dmc与甲醇，通过进一步分离得到dmc。
[0071]
反应时，将甲醇和混合气同时通入反应段中，混合气经微界面发生器分散为微气泡后，在催化剂的参与下与甲醇进行反应，反应产物经精馏段精馏后，通过分相器提纯得到产物dmc。
[0072]
其中，不凝气出口70排出的气体主要为co和co2，反应具体的工艺参数如下表：
[0073][0074]
甲醇转化率＝转化的甲醇摩尔量/进料甲醇摩尔量；
[0075]
dmc收率＝产出dmc的摩尔流量/进料甲醇摩尔量。
[0076]
由上表，经计算，甲醇的单程转化率达到了21.01％(现有工艺一般为13％)，dmc的收率达到18.06％(现有工艺一般为8-12％)。反应温度为110℃，压力为1.4mpa，而现有的反应温度一般为120-125℃，压力为2.2-2.5mpa，可见，本实施例的系统相对于现有工艺温度和压力显著降低。
[0077]
实施例2
[0078]
本实施例与实施例1仅在工艺参数上有所不同，具体的工艺参数如下表：
[0079][0080]
其中，反应温度为112℃，压力为1.6mpa。
[0081]
经计算，甲醇的单程转化率达到了21.07％，dmc的收率达到18.15％。可见，本实施例的系统相对于现有工艺温度和压力显著降低。
[0082]
实施例3
[0083]
本实施例与实施例1仅在工艺参数上有所不同，具体的工艺参数如下表：
[0084][0085]
其中，反应温度为113℃，压力为1.8mpa。
[0086]
经计算，甲醇的单程转化率达到了20.99％，dmc的收率达到17.91％。可见，本实施例的系统相对于现有工艺温度和压力显著降低。
[0087]
比较例
[0088]
本例中不设置微界面发生器，其余结构与工艺参数与实施例1相同。
[0089]
经计算，甲醇的单程转化率达到了11％，dmc的收率达到7％。
[0090]
总之，与现有技术的dmc制备系统相比，本实用新型的dmc的制备系统能耗低、成本低、安全性高、所需反应温度和压力低、副反应少、甲醇转化率高，值得广泛推广应用。
[0091]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。