合成碳酸二甲酯的循环反应器及碳酸二甲酯的生产系统的制作方法

1.本实用新型涉及化工设备，尤其是涉及一种合成碳酸二甲酯的循环反应器。另外，还涉及一种碳酸二甲酯的生产系统。


背景技术：

2.碳酸二甲酯简称dmc，常温下是一种无色透明、有刺激性气味的液体，可燃，无毒，可被生物降解。碳酸二甲酯是一种重要的有机化工中间体，由于其分子结构中含有羰基、甲基、甲氧基和羰基甲氧基，因而可用于羰基化、甲基化、甲氧基化和羰基甲基化等有机合成反应；由于dmc无毒，可替代剧毒的光气、氯甲酸甲酯、硫酸二甲酯等作为甲基化剂或羰基化剂使用，提高生产操作的安全性，降低环境污染；作为溶剂，dmc可替代氟里昂、三氯乙烷、三氯乙烯、苯、二甲苯等用于油漆涂料、清洁溶剂等；作为汽油添加剂，dmc可提高其辛烷值和含氧量，进而提高其抗爆性；dmc还可作清洁剂、表面活性剂和柔软剂的添加剂，总之dmc具有非常广泛的用途。
3.生产碳酸二甲酯的反应容器是通过将液相甲醇，气相co和o2作为原料，在催化剂作用下，在管式反应器内进行反应，反应时通过对管式反应器进行温度调节，使得进入反应器内的气相物料充分反应后生成主要产物碳酸二甲酯。
4.但传统的反应容器在进行加热反应时，通常采用夹套式的换热装置，通过在夹套式换热装置内通入蒸汽来对原料进行加热，以此来保证反应所需温度，但采用夹套式换热装置的换热效率较低。并且采用夹套式换热装置不方便开设用于测温或测压的检测孔，并且一旦开孔需要同时在夹套式换热器的外壁和反应器上进行开孔，及其不方便。另外，在反应器内单独进一氧化碳和氧气的混合气，混合气在反应管下部的浓度较高，在催化剂作用下，在生成dmc同时，氧气还会和一氧化碳发生副反应生成二氧化碳，当混合气到达反应管上部时，氧气含量极低或无氧气，从而导致反应管上部由于缺少氧气几乎无法合成dmc，造成dmc产量较低，反应效率低。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是提供了一种合成碳酸二甲酯的循环反应器，能够保持反应器内的温度平稳。
6.本实用新型第二方面所要解决的技术问题是提供一种碳酸二甲酯的生产系统，能够保证生产系统的反应器的温度稳定。
7.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种合成碳酸二甲酯的循环反应器，包括反应管和循环管，所述循环管的顶部设置有分离器，分离器顶部设有气相物料出口，所述分离器通过第一连接管与所述反应器相连，所述循环管通过第二连接管与所述反应管相连，所述反应管和循环管上焊接有外盘管，所述反应管内还设置有若干换热器，以能够通过所述换热器保持所述反应管内的温度平稳。
8.优选地，所述反应管上开设有至少两个气相物料入口，每个所述气相物料入口处
均设置有气体分布装置。通过该优选技术方案，在气相物料的入口处设置的气体分布装置，通过气体分布装置将输入反应管内的气相物料进行分布，经过分布后的气相物料(一氧化碳和氧气)在反应管内能够在催化剂作用下与其他原料(甲醇)充分反应合成dmc，提高效率。设置两个气相物料入口并通过气体分布装置进行进料，更有利于反应管内的合成dmc的催化反应的充分进行，提高dmc的收率。采用分段式进气，有利于气相物料均匀分布在反应管内，使得催化剂的利用效率更高，避免出现采用单个气相物料入口进气时，进入反应管上部气相物料减少，而导致上部催化剂没有被有效利用，且使用分段式进气，反应更充分，通过大幅度降低反应器的高度，如将反应器高度下降7-11％，也可满足生产产量的要求。
9.进一步优选地，所述气体分布装置包括枝条分布器，所述枝条分布器设置在所述气相物料入口处，以能够通过所述枝条分布器对所述气相物料进行分布。通过该优选技术方案，采用枝条分布器对气相物料进行分布，能够使得气相物料分布的更加均匀。
10.优选地，所述气体分布装置还包括多孔分布板，所述多孔分布板安装在所述枝条分布器上方，以能够通过所述多孔分布板对气相物料进行二次分布。通过该优选技术方案，采用多孔分布板对气相物料进行二次分布，使得气相物料能够被二次分布，经过分布后的气相物料能够在反应管内更加快速充分的反应，能够更有利于反应管内的气相物料中的氧气参与反应合成dmc，降低副产物二氧化碳的生成，并且提高了目标产物dmc的反应速率。
11.进一步优选地，所述循环管与所述反应管的中部还设置有若干固定连接件，并通过若干所述固定连接件相连。通过该优选技术方案，循环管与反应管的底部通过第二连接管相连，另外设置在循环管顶部的分离器通过第一连接管与反应管相连通，以此来实现反应管与循环管内物料的循环反应，并且，在反应管和循环管之间还设置有固定连接件，通过固定连接件能够有效提高设备的整体强度。
12.优选地，所述第一连接管与所述分离器之间采用法兰连接，第二连接管与所述循环管之间采用法兰连接，所述固定连接件包括与所述循环管相连的第一连接件以及与所述反应管相连的第二连接件，所述第一连接件与所述第二连接件之间同样采用法兰连接。通过该优选技术方案，通过法兰连接的方式便于对循环管、反应管和分离器进行拆装、运输。
13.进一步优选地，所述反应管与所述循环管平行且竖直向上设置；每个所述气相物料入口的上方均设置有至少一个所述换热器。通过该优选技术方案，在每个气相物料入口的上方均设置有至少一个换热器，通过换热器与反应管内物料的热交换，可以撤出反应过程中产生的热量，调节反应管内物料的反应温度满足反应要求，通过调整换热器内的温度，以此来保证换热器与反应管内物料之间的温度平衡。
14.优选地，所述枝条分布器的开孔率为0.1％-0.5％，所述多孔分布板的开孔率为10％-40％。
15.进一步优选地，所述分离器内设有丝网除沫器，所述丝网除沫器的丝网空隙率为40％-80％。
16.本实用新型提供了一种碳酸二甲酯的生产系统，其特征在于，包括本实用新型第一方面所提供的合成碳酸二甲酯的循环反应器，所述换热器为管式换热器。
17.通过上述技术方案，本实用新型提供的高效换热合成碳酸二甲酯的循环反应管，通过在反应管和循环管上焊接外盘管进行换热，可以增强反应管和循环管的筒体的强度，因此，与传统的夹套式换热相比，使用外盘管时，可以从上往下设置多组，并且每组外盘管
上均设有入口和出口，各组盘管之间具有一定的间距，该结构使得每组盘管的长度较短，换热介质在每组盘管中的流速快，从而使得每组盘管的温度更容易被控制；而且多组盘管之间间距的设置有利于开孔作为温度和压力等反应容器运行情况的检测孔；外盘管内的蒸汽流速大于夹套内的蒸汽流速，从而减少了蒸汽冷凝产生的水珠附着在盘管壁对换热效果产生的影响。因此，采用外盘管式的换热装置能够有效提高传热效率，并且在反应管内设置有若干换热器，通过换热器的设置能够保证反应管内的温度平稳，从而使得原料在反应管内能够稳定的进行反应。
18.本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
19.图1为本实用新型的合成碳酸二甲酯的循环反应器的结构示意图。
20.附图标记
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裙座
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循环管
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固定连接件
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31 第一连接件
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32 第二连接件
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外盘管
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第一液相进料口
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分离器
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气相物料出口
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第一连接管
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第二连接管
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10 第二液相进料口
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11 换热器
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12 气相物料入口
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13 反应管
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14 枝条分布器
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15 多孔分布板
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16 丝网除沫器
具体实施方式
[0030]
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0031]
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”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，术语“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0032]
本实用新型的合成碳酸二甲酯的循环反应器的一个实施例，包括反应管13和循环管2，反应管13和循环管2固定安装在裙座1上，在循环管2的顶部还设置有分离器6，分离器顶部设有气相物料出口7，分离器6通过第一连接管8与反应管13相连，循环管2通过第二连接管9与反应管13相连通，反应管13内的混合气和甲醇在催化剂作用下进行反应，由过量的一氧化碳气体带着反应生成的液滴状的产物dmc、水、部分未反应的甲醇以及部分催化剂小颗粒上升，并通过第一连接管8到分离器6内，在分离器6中将上升的物料中夹带的催化剂小颗粒进行截留，截留下来的催化剂小颗粒在重力的作用下落入循环管2内，由于反应管内的反应消耗了一定的液相物料，因此反应管内的液体减少，液位下降，循环管2内截留下来的催化剂小颗粒通过第二连接管9进入到反应管13中再次参与反应，如此反复形成了物料的
循环反应，从而减少了生产成本。另外，在反应管13和循环管2上焊接有外盘管4，因此采用外盘管4代替了传统的夹套式加热装置给反应管13和循环管2加热，外盘管4可以为半盘管或圆盘管，其中，半盘管为横截面为半圆的盘管，圆盘管为横截面为圆形的盘管，在本技术中优选将外盘管设置为半盘管，通过在反应管13和循环管2外壁环绕焊接半盘管，通过盘管内蒸汽对反应管13和循环管2进行换热，由于半盘管与反应管13和循环管2连接时接触面积更大，因此换热面积相对于圆盘管也更大，更有利于进行换热。另外，设置盘管相当于给反应管13和循环管2增加了一个加强圈，提高了反应器整体的强度。并且外盘管4内的换热介质能够停留时间短，流速快，减少了冷凝液在壁上停留时间，综合来看，采用盘管结构能够提高反应管13和循环管2的换热效率；在反应管13内还设置有若干换热器11，通过若干换热器11能够进一步保持反应管13内的温度平稳，通过撤热可防止局部过热，使得原料反应更加稳定。
[0033]
本实用新型的合成碳酸二甲酯的循环反应器的一个实施例，在反应管13上开设有至少两个气相物料入口12，并且每个气相物料入口12处的进料量均能够根据反应管13内的反应情况来进行调节，以保证反应的稳定进行，并且在每个气相物料入口12处均设置有气体分布装置，通过气体分布装置对进入反应管13内的气相物料进行分布，经过分布后的气相物料均匀分布在反应管13内并与液相物料进行充分反应；另外，本实用新型在反应管13上开设了至少两个气相物料入口12，至少两个气相物料入口12均能够输入一氧化碳和氧气的混合气，相比于传统的进料模式，只在反应管13上开设一个进料口单独进料，该进料方式容易导致混合气体在反应管13下部的浓度较高，在催化剂的作用下，一氧化碳和氧气的混合气在反应管13中反应生成dmc的同时，还会发生副反应生成二氧化碳，当到达反应管上部时，由于氧气的含量极低或无氧气，从而会导致反应管上部几乎无法合成dmc，从而导致dmc产量的下降，而采用分段进料的方式保证了反应管13上部也能够有效参与反应，继而提高了效率，且采用分段式进气，反应更充分，可通过大幅度降低反应器的高度，满足生产产量的要求。
[0034]
本实用新型的合成碳酸二甲酯的循环反应器的一种实施例，气体分布装置包括枝条分布器14和多孔分布板15，枝条分布器14设置在气相物料入口12处，多孔分布板15设置在枝条分布器14的上方，通过枝条分布器14能够对气相物料进行一次分布，经过一次分布后的气相物料再次通过多孔分布板15进行二次分布，经过二次分布后的气相物料能够与反应管13中的液相物料产生更加充分的反应，并且效率更高，由于对气相物料进行了二次分布提高了反应的效率，因此相对于传统的反应器，本实用新型能够将反应器的高度进行适当的降低，如将反应器高度下降7-11％，减少反应器制作成本，并且降低了反应器的高度能够减少了反应产物在反应器中停留的时间，从而能够有效避免反应产物在反应器中产生水解，从而影响到最终成品的收益率。
[0035]
本实用新型的合成碳酸二甲酯的循环反应器的一种实施方式，循环管2与反应管13的底部通过第二连接管9相连，中部通过若干固定连接件3相连，若干固定连接件3能够在一定程度上对循环管2和反应管13进行固定支撑，以此来保证装置整体强度。
[0036]
本实用新型的合成碳酸二甲酯的循环反应器的一种实施方式，第二连接管9和循环管2之间采用法兰连接，固定连接件3包括第一连接件31和第二连接件32，第一连接件31与循环管2固定连接，第二连接件32与反应管13固定连接，第一连接件31和第二连接件32之
间采用法兰连接；同样的，连通分离器6和反应管13的第一连接管8也采用法兰连接，采用法兰连接的方式便于反应管13、循环管2和分离器6之间的拆卸，经过拆卸后的零部件能够方便运输安装，也能够便于对零部件进行维修更换。
[0037]
本实用新型的合成碳酸二甲酯的循环反应器的一种实施方式，反应管13和循环管2平行且竖直向上设置，并且在每个气相物料入口12上方均设置有换热器11，换热器11采用内插式管束换热器，通过对反应管13内温度进行监测，并根据检测结果调整管束换热器内的热水水量，以此来保证反应管13温度稳定在一定的范围内，从而使得反应管13内的反应能够稳定进行。
[0038]
本实用新型的合成碳酸二甲酯的循环反应器的一种实施方式，气体分布装置所包括的枝条分布器14的开孔率为0.1％-0.5％，多孔分布板15的开孔率为10％-40％，气体首先经过枝条分布器14的分布，将气相物料进行打散分布在反应管13内，经过打散后的气相物料再次经过多孔分布板15的二次分布，从而使得气相物料能够进一步在反应管13内与液相物料进行充分接触、反应，通过气体分布装置的分布能够使得气相物料在反应管13内经过分布后反应的更加充分。
[0039]
本实用新型的合成碳酸二甲酯的循环反应器的一种实施方式，通过在分离器6内设置丝网除沫器16，丝网除沫器16的丝网空隙率为40％-80％，当反应管13内的气相物料和液相物料产生反应后，过量的一氧化碳带着反应产物、部分未反应的甲醇以及催化剂小颗粒上升至分离器6中，由于在分离器6内设置有丝网除沫器16，丝网除沫器16将上升物料中夹带的催化剂小颗粒进行截留，截留下来的催化剂小颗粒由于重力作用落入循环管2中进行循环，因此，通过丝网除沫器16能够保证气相物料出口7流出的反应产物中不会夹带有催化剂小颗粒，以保证反应产物的品质，另外，通过将催化剂小颗粒截留后循环利用，降低了成本。
[0040]
本实用新型的合成碳酸二甲酯的循环反应器的一种实施方式，在反应开始前，首先通过开设在循环管2上的第一液相进料口5和第二液相进料口10向循环管2内输入一定量的液相物料，液相物料主要为甲醇和半溶解的催化剂，然后向外盘管4内通入蒸汽，当反应管13内的温度达到一定温度后，向反应管13内的气相物料入口12通入气相物料，气相物料为一定比例的一氧化碳和氧气混合气，混合气通过枝条分布器14和多孔分布板15的分布后，在催化剂的作用下与甲醇充分发生反应，然后在线分析仪调整甲醇、一氧化碳和氧气的混合气的输入量，并且通过温度探头对反应管13内的温度进行监测，根据监测结果及时调整管束换热器内的热水水量，以此来保证反应管13温度能够稳定在一定的范围内，最终通过气相物料出口7逐渐释放出反应产物。
[0041]
本实用新型的碳酸二甲酯的生产系统的一个实施例，使用了本实用新型任一实施例中的合成碳酸二甲酯的循环反应器，因此也具有上述优点。
[0042]
在本实用新型的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“一种实施方式”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本实用新型中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0043]
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限
于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。