專利名稱：一種具有分離反應(yīng)產(chǎn)物及增加擾動(dòng)功能的反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種反應(yīng)器，特別涉及一種二氧化碳和甲醇合成碳酸二甲酯的反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
碳酸二甲酯是近年來(lái)被廣泛研究的綠色化工原料(方云進(jìn)，肖文德.綠色工藝的原料一碳酸二甲酯.化學(xué)通報(bào).2000. (9). 19 25)，它具有毒性小、環(huán)保性能優(yōu)異、用途廣泛等特點(diǎn)。具有多種反應(yīng)性能，可代替光氣和氟利昂等有毒工業(yè)原料，具有安全，無(wú) 污染，運(yùn)輸方便等特點(diǎn)。由于近年來(lái)大量對(duì)于二氧化碳和甲醇直接催化轉(zhuǎn)化碳酸二甲酯的研究，加之分子篩及金屬有機(jī)骨架的蓬勃發(fā)展，使該工藝路線變?yōu)榭赡堋Ｔ摴に嚲C合利用二氧化碳，在生產(chǎn)高附加值化工原料的同時(shí)，起到減排的作用。目前，該工藝尚屬于實(shí)驗(yàn)階段，所設(shè)計(jì)的反應(yīng)器多為連續(xù)式微型管式氣相反應(yīng)器，工藝不成熟，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率很低，約在4. 97%( J. Bian a,M. Xiao, S. J. Wang, Y. X. Lu, Y. Z. Meng. Novel application of thermally expandedgraphite as the support of catalysts for direct synthesis of DMC from CH3OH andCO2. Journal of Colloid and Interface Science 334 (2009) 50 - 57)。為解決轉(zhuǎn)化率低的問(wèn)題，鐘順和等提出了光催化輔助反應(yīng)和基于膜組件的反應(yīng)分離系統(tǒng)。當(dāng)前，膜反應(yīng)器的技術(shù)較為領(lǐng)先，其目的是使作為反應(yīng)產(chǎn)物的水分離，促進(jìn)反應(yīng)平衡正向進(jìn)行，由Iichuanfeng所設(shè)計(jì)的膜反應(yīng)器其轉(zhuǎn)化率最高達(dá)9. 2% ( Chuan-Feng Li, Shun-He Zhong.Study on application of membrane reactor in direct synthesis DMC from CO2 andCH3OH over Cu - KF/MgSiO catalyst. Catalysis Today 82 (2003) 83 - 90)。該類反應(yīng)器大大提高了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，為二氧化碳和甲醇直接合成碳酸二甲酯的工藝路線工業(yè)化做出了很大貢獻(xiàn)。但即便如此，該反應(yīng)器仍存在一些缺陷如，第一，膜分離效果有限，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率仍低于10% ;第二，所研制的無(wú)機(jī)膜組件容易產(chǎn)生缺陷，使用壽命相對(duì)短；第三，甲醇及二氧化碳與催化劑在接觸反應(yīng)過(guò)程中濃度存在不均勻分布；第四，膜組件的制造成本高。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種更為新型的設(shè)計(jì)，用以提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，其優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低，工藝方案簡(jiǎn)單，并能有效促進(jìn)傳質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是由于非目標(biāo)產(chǎn)物累積，引起的目標(biāo)產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率低，反應(yīng)器內(nèi)濃度分布不均勻，處理量彈性小等問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種具有分離反應(yīng)產(chǎn)物及增加擾動(dòng)功能的反應(yīng)器，整套反應(yīng)器分為兩部分氣相反應(yīng)器和除產(chǎn)物增擾動(dòng)循環(huán)回流系統(tǒng)。氣相反應(yīng)器由氣相反應(yīng)器筒體和氣相反應(yīng)器上封頭組成，采用法蘭或螺紋連接，形成一個(gè)密封容器，被固定在恒溫爐內(nèi)；恒溫爐設(shè)有溫度傳感器，用以監(jiān)測(cè)反應(yīng)條件，從而控制換熱器，保持反應(yīng)條件恒定。氣相反應(yīng)器的內(nèi)部設(shè)有多個(gè)螺桿支撐的多孔支撐體，多孔支撐體由多孔支撐體筒體及多孔支撐體上蓋來(lái)固定催化劑床層，螺桿用螺母固定，位置可調(diào)；氣相反應(yīng)器筒體底部連接氣相物料出口，氣相物料出口由三通分離出回流物料入口及氣相物料出口閥，回流物料入口連接調(diào)節(jié)閥，并由調(diào)節(jié)閥控制回流量，經(jīng)由動(dòng)力裝置連接除反應(yīng)產(chǎn)物裝置。氣相反應(yīng)器上封頭上設(shè)有氣相原料入口、回流物料出口、壓力傳感器，回流物料出口位置要低于氣相原料入口，氣相原料入口有氣相原料入口閥。除產(chǎn)物增擾動(dòng)循環(huán)回流系統(tǒng)由除反應(yīng)產(chǎn)物裝置、動(dòng)力裝置和換熱器三部分組成。除反應(yīng)產(chǎn)物裝置由除反應(yīng)產(chǎn)物裝置筒體和除反應(yīng)產(chǎn)物裝置上封頭組成，除反應(yīng)產(chǎn)物裝置筒體側(cè)面上端設(shè)解吸劑出口閥。除反應(yīng)產(chǎn)物裝置筒體經(jīng)動(dòng)力裝置出口閥與動(dòng)力裝置相連；除反應(yīng)產(chǎn)物裝置上封頭與換熱器通過(guò)除反應(yīng)產(chǎn)物裝置截止閥相連。除反應(yīng)產(chǎn)物裝置截止閥與換熱器之間設(shè)解吸劑入口閥?；亓魑锪先肟诤突亓魑锪铣隹诜謩e加設(shè)調(diào)節(jié)閥和回流物料出口閥。除反應(yīng)產(chǎn)物裝置筒體設(shè)解吸旁路和旁路閥。 上述的具有分離反應(yīng)產(chǎn)物及增加擾動(dòng)功能的反應(yīng)器，增加循環(huán)擾動(dòng)，循環(huán)物料不斷吹掃催化劑床層；通過(guò)吸附、冷凝等方法選擇性脫除部分或全部反應(yīng)產(chǎn)物；可調(diào)節(jié)的催化劑床層多孔支撐體，可以控制催化劑的用量及在反應(yīng)器中的位置。普通固定床反應(yīng)器催化劑床層與床層外側(cè)存在濃度梯度，床層中反應(yīng)物濃度低于系統(tǒng)中的濃度，不利于反應(yīng)正向進(jìn)行。通過(guò)氣泵將余下的未反應(yīng)的原料及部分產(chǎn)物送回反應(yīng)器，直接吹掃催化劑床層，促進(jìn)反應(yīng)原料在反應(yīng)器及催化劑床層中的均勻分布，回流的物料比可調(diào)。并在循環(huán)回路中設(shè)換熱設(shè)備，控制循環(huán)物料與反應(yīng)條件匹配。普通固定床反應(yīng)器非目標(biāo)產(chǎn)物在反應(yīng)器內(nèi)有一定積累，影響了目標(biāo)產(chǎn)物的進(jìn)一步生成。通過(guò)冷凝、吸附等過(guò)程，將非目標(biāo)產(chǎn)物脫除，提高產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率。并加設(shè)解吸劑入口和出口，以便于吸附劑再生。普通固定床反應(yīng)器催化劑床層體積相對(duì)固定，處理量彈性小。通過(guò)加設(shè)可調(diào)節(jié)的催化劑床層多孔支撐體，由一個(gè)具有邊沿的多孔底座、一個(gè)多孔蓋及具有調(diào)節(jié)功能的多根支撐螺桿構(gòu)成，通過(guò)調(diào)節(jié)支撐螺桿，可以調(diào)節(jié)床層高度以控制催化劑用量及原料的處理量，增加操作彈性；并可控制支撐體處于反應(yīng)器的任何一個(gè)位置，便于找到最佳的床層位置。本發(fā)明的效果和益處是I、本發(fā)明創(chuàng)造在選擇性脫除部分或全部反應(yīng)產(chǎn)物，促進(jìn)平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，可有效提升該反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。2、本發(fā)明創(chuàng)造在于增加循環(huán)擾動(dòng)，強(qiáng)化傳質(zhì)。經(jīng)除反應(yīng)產(chǎn)物裝置處理后的物料返回氣相反應(yīng)器，吹掃催化劑床層，增強(qiáng)反應(yīng)器內(nèi)的物料擾動(dòng)，其擾動(dòng)的幅度可通過(guò)動(dòng)力裝置調(diào)節(jié)；當(dāng)反應(yīng)為放熱反應(yīng)，加設(shè)旁路起到打冷循環(huán)作用，輔助控制反應(yīng)溫度。3、本發(fā)明創(chuàng)造在氣相反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置了可調(diào)控的催化劑床層支撐體，可任意調(diào)節(jié)催化劑的用量及位置，增強(qiáng)反應(yīng)器的操作彈性。


圖I是除產(chǎn)物增擾動(dòng)循環(huán)回流反應(yīng)器構(gòu)造圖。圖2是多孔多孔支撐體筒體及上蓋構(gòu)造圖。
圖3是反應(yīng)器床層處放大圖。圖中I氣相反應(yīng)器筒體；2氣相反應(yīng)器上封頭；3氣相原料入口 ；4氣相物料出口 ；5回流物料出口 ；6壓力傳感器；7溫度傳感器；8多孔支撐體筒體；9多孔支撐體上蓋；10螺桿；11螺母；12動(dòng)力裝置；13除反應(yīng)產(chǎn)物裝置筒體；14除反應(yīng)產(chǎn)物裝置上封頭；15換熱器；16回流物料入口 ；17解吸旁路；18調(diào)節(jié)閥；19回流物料出口閥；20旁路閥；21換熱器與除反應(yīng)產(chǎn)物裝置截止閥；22解吸劑出口閥；23解吸劑入口閥；24動(dòng)力裝置出口閥；25氣相原料入口閥；26氣相物料出口閥；27恒溫爐。
具體實(shí)施例方式以二氧化碳及甲醇直接催化轉(zhuǎn)化碳酸二甲酯為例，本反應(yīng)所要移除的非目標(biāo)產(chǎn)物為水，由于該體系水的分壓很低，不宜采取冷凝的方式，因而采用吸附的方式脫除水，本例選用的高效、高選擇性吸附劑為3A分子篩。原料反應(yīng)時(shí)，旁路閥20、解吸劑入口閥23、解吸劑出口閥22關(guān)閉。本反應(yīng)中的多孔支撐體筒體8及多孔支撐體上蓋9都選用鐵絲網(wǎng)。反應(yīng)物在氣相反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)后，由氣相物料出口 4排出，經(jīng)三通分流，部分進(jìn)入回流物料入口 16，由調(diào)節(jié)閥18控制回流流量?；亓魑锪辖?jīng)動(dòng)力裝置12，本反應(yīng)選用氣泵，增壓后進(jìn)入除反應(yīng)裝置，本反應(yīng)為除濕器，除反應(yīng)產(chǎn)物裝置筒體13裝填球狀3A分子篩，產(chǎn)物中的水會(huì)被吸附劑選擇吸附，余下物料經(jīng)換熱器15調(diào)控溫度后返回反應(yīng)器。本反應(yīng)為放熱反應(yīng)，需撤熱以保證反應(yīng)條件恒定，將反應(yīng)器溫度 與換熱設(shè)備相關(guān)聯(lián)，可達(dá)到控制反應(yīng)溫度的目的。換熱后的回流物料由回流物料出口 5通入到氣相反應(yīng)器筒體I內(nèi)，吹掃催化劑床層，控溫的同時(shí)起到促進(jìn)傳質(zhì)的目的。當(dāng)吸附劑接近飽和時(shí)，除反應(yīng)產(chǎn)物裝置進(jìn)行解吸，調(diào)節(jié)閥18、回流物料出口閥19和截止閥21關(guān)閉，旁路閥20、解吸劑入口閥23、解吸劑出口閥22打開，解吸劑本例解吸劑為氮?dú)庠趧?dòng)力裝置12，即氣泵的作用下，由解吸劑入口閥23進(jìn)入，經(jīng)換熱器加熱后進(jìn)入除反應(yīng)產(chǎn)物裝置，通過(guò)加熱、吹掃使吸附劑再生，然后，解吸后的物料由解吸劑出口閥2 2排出，完成除反應(yīng)產(chǎn)物裝置的再生，使其循環(huán)使用。
權(quán)利要求
1.一種具有分離反應(yīng)產(chǎn)物及增加擾動(dòng)功能的反應(yīng)器，其特征在于，該反應(yīng)器分為兩部分，分別為氣相反應(yīng)器和除產(chǎn)物增擾動(dòng)循環(huán)回流系統(tǒng)； 氣相反應(yīng)器由氣相反應(yīng)器筒體(I)和氣相反應(yīng)器上封頭(2)組成，采用法蘭式或螺紋式連接，形成一個(gè)密封容器，被固定在恒溫爐(27)內(nèi)；恒溫爐(27)設(shè)有溫度傳感器(7)，用以監(jiān)測(cè)反應(yīng)條件，從而控制換熱器(15)，保持反應(yīng)條件恒定；氣相反應(yīng)器的內(nèi)部設(shè)有多個(gè)螺桿(10)支撐的多孔支撐體，多孔支撐體由多孔支撐體筒體(8)及多孔支撐體上蓋(9)來(lái)固定催化劑床層，螺桿(10)用螺母(11)固定，位置可調(diào)；氣相反應(yīng)器筒體(I)底部連接氣相物料出口(4)，氣相物料出口(4)由三通分離出回流物料入口(16)及氣相物料出口閥(26)，回流物料入口(16)連接調(diào)節(jié)閥(18)，并由調(diào)節(jié)閥(18)控制回流量，經(jīng)由動(dòng)力裝置(12)連接除反應(yīng)產(chǎn)物裝置；氣相反應(yīng)器上封頭(2)上設(shè)有氣相原料入口(3)、回流物料出口(5)、壓力傳感器(6);回流物料出口(5)位置要低于氣相原料入口(3)，氣相原料入口(3)有氣相原料入口閥(25)； 除產(chǎn)物增擾動(dòng)循環(huán)回流系統(tǒng)由除反應(yīng)產(chǎn)物裝置、動(dòng)力裝置(12)和換熱器(15)三部分組成；除反應(yīng)產(chǎn)物裝置由除反應(yīng)產(chǎn)物裝置筒體(13)和除反應(yīng)產(chǎn)物裝置上封頭(14)組成，除反應(yīng)產(chǎn)物裝置筒體(13)側(cè)面上端設(shè)解吸劑出口閥(22);除反應(yīng)產(chǎn)物裝置筒體(13)經(jīng)動(dòng)力裝置出口閥(24)與動(dòng)力裝置(12)相連；除反應(yīng)產(chǎn)物裝置上封頭(14)與換熱器(15)通過(guò)除反應(yīng)產(chǎn)物裝置截止閥(21)相連；除反應(yīng)產(chǎn)物裝置截止閥(21)與換熱器(15)之間設(shè)解吸劑入口閥(23);回流物料入口( 16)和回流物料出口( 5)分別加設(shè)調(diào)節(jié)閥(18)和回流物料出口閥(19 );除反應(yīng)產(chǎn)物裝置筒體(13 )設(shè)解吸旁路(17 )和旁路閥(20 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的多孔支撐體筒體(8)及多孔支撐體上蓋(9)都選用鐵絲網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的動(dòng)力裝置(12)采用氣泵。
全文摘要
本發(fā)明屬于化工反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有分離反應(yīng)產(chǎn)物及增加擾動(dòng)功能的反應(yīng)器。其特征可調(diào)節(jié)的催化劑床層支撐體，增加擾動(dòng)，選擇性出去反應(yīng)產(chǎn)物?？烧{(diào)節(jié)的催化劑床層支撐體，由多孔支撐體和數(shù)根支撐螺桿構(gòu)成，以多孔支撐體在螺桿的位置調(diào)節(jié)床層高度和位置。除反應(yīng)產(chǎn)物工藝設(shè)有氣泵循環(huán)，除反應(yīng)產(chǎn)物裝置出口端設(shè)有換熱器。除反應(yīng)產(chǎn)物裝置通過(guò)冷凝或吸附的方式除去反應(yīng)產(chǎn)物。以二氧化碳及甲醇直接催化轉(zhuǎn)化碳酸二甲酯為例，除反應(yīng)產(chǎn)物裝置為除水裝置，選擇吸附的方式，吸附劑選用高效高選擇性除水分子篩，如3A型分子篩。本發(fā)明具提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率，加快反應(yīng)物傳質(zhì)，提高反應(yīng)器處理量彈性等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C07C68/04GK102949968SQ201210434788
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者李繼翔, 魯金明, 王菲菲, 王金渠, 楊建華, 張艷 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)