專利名稱：一種合成甲基叔丁基醚的反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及有機(jī)催化反應(yīng)，具體地說是一種合成MTBE的反應(yīng)器， 主要應(yīng)用于液態(tài)物料的固體酸催化反應(yīng)。
背景技術(shù)：
眾多有機(jī)化學(xué)反應(yīng)，需要在催化劑的作用下，才能在適宜的條件下得以 完成。如何更充分、更有效的發(fā)揮催化劑的作用，始終是化工界研究的重 要課題。
現(xiàn)以異丁烯和甲醇的醚化反應(yīng)，合成甲基叔丁基醚(MTBE)為例，對(duì) 此加以說明。
在現(xiàn)有的MTBE生產(chǎn)裝置中，絕大多數(shù)裝置配備的醚化反應(yīng)系統(tǒng)均由三 段固定床疊加而成。為防止催化劑中毒，延長催化劑的使用周期，在醚化 反應(yīng)器前設(shè)置了兩臺(tái)離子過濾保護(hù)器(參見附圖1所示)。催化劑的使用壽 命設(shè)計(jì)為一年。
醚化反應(yīng)使用的催化劑是一種大孔型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂。該樹脂具 有催化反應(yīng)、離子交換、有機(jī)吸附等三種功能。作為催化劑使用時(shí)，由于 其具有良好的活性和選擇性，可以使異丁烯的轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%以上。當(dāng)其 活性逐漸下降以后，就需要及時(shí)予以更換。(注意此時(shí)樹脂催化劑的催化 功能不能滿足使用要求時(shí)，其各種功能仍有利用價(jià)值。)在這種狀況下，裝 置停產(chǎn)換劑實(shí)屬無奈，對(duì)樹脂催化劑而言，無疑是一種浪費(fèi)。
現(xiàn)有的反應(yīng)系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)
1. 更換催化劑時(shí)，裝置必須停產(chǎn)，無法做到長周期運(yùn)轉(zhuǎn)，并且物料損
耗較多。
2. 離子過濾保護(hù)器和醚化反應(yīng)器，它們內(nèi)裝填的是同類型產(chǎn)品，均具 有催化反應(yīng)的功能。由于溫度、壓力、停留時(shí)間等工況條件的差異，前者 的作用是除去反應(yīng)物料中的有害雜質(zhì)，而不能發(fā)揮其催化反應(yīng)的功能，將 樹脂催化劑的"離子交換"和"催化"兩種功能人為的隔裂開；
3. 以固定床方式運(yùn)行的醚化反應(yīng)器，極易出現(xiàn)液體物料沿截面分布不 均勻的現(xiàn)象，使得催化床層溫度局部偏高；同時(shí)，催化劑被壓實(shí)、結(jié)塊的 現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致反應(yīng)系統(tǒng)因壓力降過大而停產(chǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型提供一種可成功應(yīng)用于工業(yè)裝置的新型反應(yīng)器配置，可以做 到不停產(chǎn)換劑(催化劑)，提高了生產(chǎn)的效率，從而使裝置"高效、穩(wěn)定、 長周期"運(yùn)轉(zhuǎn)的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，還可以充分發(fā)揮樹脂催化劑的各種 功效，做到物盡其用，降低了生產(chǎn)成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案
一種合成MTBE的反應(yīng)器，包括醚化反應(yīng)器、換熱器、反應(yīng)原料進(jìn)口 管道和產(chǎn)物出口管道，所述醚化反應(yīng)器為^3個(gè)醚化反應(yīng)段的分體式結(jié)構(gòu)， 分體式結(jié)構(gòu)是指每一個(gè)醚化反應(yīng)段均具有各自獨(dú)立的、內(nèi)部填充有催化劑 的罐體，在罐體的下端設(shè)置有進(jìn)料口，在罐體的上端設(shè)置有出料口；
原料迸口管道分別經(jīng)閥門與罐體進(jìn)料口相連，產(chǎn)物出口管道分別經(jīng)閥門 與罐體出料口相連；
每一個(gè)醚化反應(yīng)段的罐體出料口均經(jīng)閥門通過管道與另一罐體進(jìn)料口 相連，各個(gè)不同的罐體依次串接，構(gòu)成一個(gè)連續(xù)的環(huán)狀串聯(lián)體系；
換熱器的入口經(jīng)閥門通過管道與每一個(gè)醚化反應(yīng)段的罐體出料口相連， 換熱器的出口經(jīng)閥門通過管道與每一個(gè)醚化反應(yīng)段的罐體進(jìn)料口相連。
所述醚化反應(yīng)器最好為具有3個(gè)醚化反應(yīng)段的分體式結(jié)構(gòu)；所述各個(gè) 醚化反應(yīng)段的不同的罐體的空間位置為平行設(shè)置、且安放的底面高度一致。
所述反應(yīng)器用于異丁烯和甲醇為原料醚化反應(yīng)合成甲基叔丁基醚的過 程中，醚化反應(yīng)段罐體的設(shè)計(jì)參數(shù)為體積空速SV為0.5-5.0，物料在反應(yīng) 器內(nèi)線速為5-20m/h;樹脂催化劑裝填的高徑比為2-5;單臺(tái)反應(yīng)器的裝填
系數(shù)為0.7-0.85;合成甲基叔丁基醚過程時(shí)，反應(yīng)器操作時(shí)的工藝條件為 原料中異丁烯的含量為10-60%wt，甲醇與異丁烯進(jìn)料的醇烯mol比為 0.9-1.1;反應(yīng)溫度為30-80°C，操作壓力為0.6-0.9MPa;
當(dāng)所述醚化原料中異丁烯含量〈30。/。wt時(shí)，換熱器直接通過管道與罐體
A、 B、 C的進(jìn)料口相連即可；而當(dāng)醚化原料中異丁烯含量>30%城時(shí)，需
要在換熱器的出品管道上增設(shè)一臺(tái)泵，再通過管道與罐體A、 B、 C的進(jìn)料 口相連，即可實(shí)現(xiàn)外循環(huán)取熱。
反應(yīng)系統(tǒng)采用三段膨脹床反應(yīng)器(A、 B、 C)平行、串聯(lián)配置(參見附 圖2所示)。其技術(shù)特點(diǎn)為
1. 在正常操作狀況下，三臺(tái)反應(yīng)器中使用其中的兩臺(tái)(如A、 B)，即 可滿足使用要求，另一臺(tái)(此時(shí)為C)反應(yīng)器備用。這種做法通常稱為"開 二備一"。
2. 反應(yīng)器內(nèi)裝填的樹脂催化劑在使用過程中，其活性將緩慢下降；同 時(shí)采用膨脹床操作時(shí)，反應(yīng)區(qū)域?qū)⑹腔钊麪钭韵露暇徛苿?dòng)。當(dāng)反應(yīng)器 中的樹脂催化劑的反應(yīng)活性下降時(shí)，仍有較強(qiáng)的離子交換功能。(試驗(yàn)數(shù)據(jù) 表明當(dāng)樹脂催化劑的全交換容量低于3.6-3.8mmol/g (干)時(shí)，其反應(yīng)活 性將明顯降低，而此時(shí)其離子交換能力僅降低 30%)。
3. 在裝置的運(yùn)行過程中，醚化反應(yīng)區(qū)域?qū)⒕徛刂鸩接葾轉(zhuǎn)移到B。 為保證裝置的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)將反應(yīng)器C適時(shí)投入運(yùn)行。待A中的樹脂催化 劑徹底失效、各種功能損失貽盡時(shí)，再將其從系統(tǒng)中切換出來，安排催化 劑的更換。醚化反應(yīng)在B、 C中完成。
4. 三臺(tái)反應(yīng)器的使用過程分為如下階段A+B—A+B+C—B+C—B+C+A—C+A—C+A+B—A+B。遵循以上過程，周而復(fù)始，即可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝置不 因工藝原因而停產(chǎn)。
本實(shí)用新型采用膨脹床技術(shù)，屬于液固散式流化床，其技術(shù)特點(diǎn)如下
(1) 反應(yīng)物料自底部進(jìn)入反應(yīng)器，在一定的線速下，催化劑顆粒呈膨 脹狀態(tài)，且催化劑顆粒有輕微擾動(dòng)，這大大加快了床層內(nèi)的質(zhì)量傳遞和熱 量傳遞，床層內(nèi)同一截面各點(diǎn)的溫度徑向溫差〈rc。
(2) 由于溫度分布均勻，徑向溫差小，可以將反應(yīng)溫度控制在適宜的
范圍內(nèi)，避免了局部過熱現(xiàn)象，還可以提高催化劑的選擇性，減少了二甲
醚(DME)、 二聚物等副反應(yīng)的發(fā)生；從而避免局部過熱所造成的催化劑壽
命縮短等不利因素。
(3) 床層壓降小，膨脹床操作，催化劑顆粒處于疏松狀態(tài)，可以避免 催化劑結(jié)塊，催化劑床層被壓實(shí)，導(dǎo)致壓力降過大而停產(chǎn)的弊病；
(4) 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單；
(5) 裝卸催化劑方便。
圖1為現(xiàn)有合成甲基叔丁基醚的反應(yīng)器連接示意圖2為本實(shí)用新型合成甲基叔丁基醚的反應(yīng)器連接示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種合成MTBE的反應(yīng)器，包括醚化反應(yīng)器、換熱器1、反應(yīng)原料進(jìn) 口管道2和產(chǎn)物出口管道3，
所述醚化反應(yīng)器為3個(gè)醚化反應(yīng)段的分體式結(jié)構(gòu)，分體式結(jié)構(gòu)是指每一 個(gè)醚化反應(yīng)段均具有各自獨(dú)立的、內(nèi)部填充有醚化催化劑的罐體，3個(gè)罐體 分別用A、 B、 C表示；在罐體的下端設(shè)置有進(jìn)料口，在罐體的上端設(shè)置有 出料口；
原料進(jìn)口管道2分別經(jīng)閥門4與罐體進(jìn)料口相連，產(chǎn)物出口管道3分別 經(jīng)閥門4與罐體出料口相連；
罐體A的出料口均經(jīng)閥門4通過管道與罐體B的進(jìn)料口相連，罐體B 的出料口均經(jīng)閥門4通過管道與罐體C的進(jìn)料口相連，罐體C的出料口均 經(jīng)閥門4通過管道與罐體A的進(jìn)料口相連，構(gòu)成一個(gè)連續(xù)的環(huán)狀串聯(lián)體系。
一個(gè)換熱器l的入口分別經(jīng)閥門4通過管道與罐體A、 B、 C的出料口 相連，換熱器的出口分別經(jīng)閥門4通過管道與罐體A、 B、 C的進(jìn)料口相連。
所述各個(gè)醚化反應(yīng)段的不同的罐體A、 B、 C安置時(shí)的空間位置為平行 設(shè)置、且安放的底面高度一致。
對(duì)比例l
某煉油廠以未經(jīng)凈化的混合碳4組份為原料，其中異丁烯含量為 、13-18%wt，生產(chǎn)甲基叔丁基醚，生產(chǎn)能力為4萬噸/年MTBE裝置醚化反 應(yīng)部分采用常規(guī)的"三段固定床疊加"方式，在醚化反應(yīng)器前設(shè)置兩臺(tái)離
5子過濾保護(hù)器(參見附圖1所示)。
圖中I、 II為離子過濾保護(hù)器；小1000X4850，內(nèi)裝大孔型強(qiáng)酸性 陽離子交換樹脂(D005-II型樹脂催化劑)3m3。
III:醚化反應(yīng)器，d> 1400X22500，內(nèi)裝樹脂催化劑(D005-II型樹脂 催化劑)30 m3，每段10m3。
在正常的設(shè)計(jì)規(guī)模下
應(yīng)用效果
1. 離子過濾保護(hù)器設(shè)計(jì)的使用壽命為3個(gè)月(兩臺(tái)為6個(gè)月)，到期 應(yīng)予以更換，年使用量為12m3。
2. 醚化反應(yīng)器中上段催化劑使用6個(gè)月以后，催化活性下降，使用8 個(gè)月時(shí)，催化劑完全失效；中段催化劑在使用9-10個(gè)月時(shí)部分失效，中段 反應(yīng)區(qū)域溫升降至10-15°C (正常反應(yīng)區(qū)域溫升應(yīng)^25。C);此時(shí)醚化反應(yīng) 主要集中在下段。下段催化劑繼續(xù)使用2-3個(gè)月時(shí)，反應(yīng)區(qū)域溫升降至15-20 °C，此時(shí)異丁烯的轉(zhuǎn)化率降至80-85%，(設(shè)計(jì)要求為》90%)應(yīng)該安排停產(chǎn)， 更換樹脂催化劑。
3. 按運(yùn)行時(shí)間12個(gè)月統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)4萬噸/年MTBE需耗用樹脂催化劑 42 m3 (折干品17.2噸)，即樹脂催化劑消耗量為0.43kg/噸MTBE。
應(yīng)用例l
按本實(shí)用新型三段平行、串聯(lián)配置的醚化反應(yīng)器(A、 B、 C)中，各 裝入樹脂催化劑(D005-II型樹脂催化劑)12m3，總裝填量為36m3。
應(yīng)用效果
1. 前期使用A+B， C臺(tái)備用。使用5-6個(gè)月時(shí)，A罐內(nèi)的反應(yīng)區(qū)域溫 升為10-15°C (正常反應(yīng)區(qū)域溫升應(yīng)^25"C)，樹脂催化劑部分失效，醚化 反應(yīng)區(qū)域逐漸轉(zhuǎn)移到B區(qū)。
2. 當(dāng)A罐中物料溫升降至3-5。C時(shí)，為保證反應(yīng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)將 C投入運(yùn)行，此時(shí)的運(yùn)行時(shí)間約為7-8個(gè)月，運(yùn)行方式為A+B+C。該種方 式運(yùn)行時(shí)間約為1-2個(gè)月。
3. 當(dāng)A罐中的物料基本沒有溫度變化時(shí)應(yīng)將A從反應(yīng)系統(tǒng)中切換出 來，利用B+C完成醚化反應(yīng)。(注A罐中的樹脂催化劑可以安排時(shí)間予以 更換，更換時(shí)裝置不需要停產(chǎn)。)此時(shí)可維持運(yùn)行4-5個(gè)月。
4. 裝置繼續(xù)運(yùn)行5-6個(gè)月以后，B罐中的物料溫升降至3-5。C時(shí)，重復(fù) "2"的程序操作，采用B+C+A的方式運(yùn)行。按此方式運(yùn)行1-2個(gè)月以后
將B切換出系統(tǒng)更換樹脂催化劑，醚化反應(yīng)在C+A中完成。
5. 三段平行、串聯(lián)配置的運(yùn)行方式如下A+B—A+B+C—B+C—B+C+A —C+A—C+A+B—A+B。如此這樣周而復(fù)始。以A+B、 B+C、 C+A三種方 式運(yùn)行的時(shí)間大約為5-6個(gè)月，過渡期間即三臺(tái)同時(shí)使用的時(shí)間約為2個(gè)月。
6. 綜合比較，采用本專利方式運(yùn)行可以使樹脂催化劑的消耗下降 15%。 (與對(duì)比例1比較。)
權(quán)利要求1.一種合成甲基叔丁基醚的反應(yīng)器，包括醚化反應(yīng)器、換熱器、反應(yīng)原料進(jìn)口管道和產(chǎn)物出口管道，其特征在于所述醚化反應(yīng)器為≥3個(gè)醚化反應(yīng)段的分體式結(jié)構(gòu)，分體式結(jié)構(gòu)是指每一個(gè)醚化反應(yīng)段均具有各自獨(dú)立的、內(nèi)部填充有催化劑的罐體，在罐體的下端或上端設(shè)置有進(jìn)料口，在罐體的上端或下端設(shè)置有出料口；原料進(jìn)口管道分別經(jīng)閥門與罐體進(jìn)料口相連，產(chǎn)物出口管道分別經(jīng)閥門與罐體出料口相連；每一個(gè)醚化反應(yīng)段的罐體出料口均經(jīng)閥門通過管道與另一罐體進(jìn)料口相連，各個(gè)不同的罐體依次串接，構(gòu)成一個(gè)連續(xù)的環(huán)狀串聯(lián)體系；換熱器的入口經(jīng)閥門通過管道與每一個(gè)醚化反應(yīng)段的罐體出料口相連，換熱器的出口經(jīng)閥門通過管道與每一個(gè)醚化反應(yīng)段的罐體進(jìn)料口相連。
2. 按照權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于所述醚化反應(yīng)器為具 有3個(gè)醚化反應(yīng)段的分體式結(jié)構(gòu)，3個(gè)罐體分別用A、 B、 C表示；罐體A的出料口均經(jīng)閥門通過管道與罐體B的進(jìn)料口相連，罐體B的 出料口均經(jīng)閥門通過管道與罐體C的進(jìn)料口相連，罐體C的出料口均經(jīng)閥 門通過管道與罐體A的進(jìn)料口相連，構(gòu)成一個(gè)連續(xù)的環(huán)狀串聯(lián)體系。
3. 按照權(quán)利要求2所述的反應(yīng)器，其特征在于一個(gè)換熱器的入口分別經(jīng)閥門通過管道與罐體A、 B、 C的出料口相連， 換熱器的出口分別經(jīng)閥門通過管道與罐體A、 B、 C的進(jìn)料口相連。
4. 按照權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于所述各個(gè)醚化反應(yīng)段 的不同的罐體的空間位置為平行設(shè)置、且安放的底面高度一致。
5. 按照權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于當(dāng)醚化原料中異丁烯含量〈30%城時(shí)，換熱器直接通過管道與罐體A、 B、 C的進(jìn)料口相連即可； 而當(dāng)醚化原料中異丁烯含量》30。/。wt時(shí)，需要在換熱器的出品管道上增設(shè) 一臺(tái)泵，再通過管道與罐體A、 B、 C的進(jìn)料口相連，即可實(shí)現(xiàn)外循環(huán)取熱。
專利摘要本實(shí)用新型涉及有機(jī)催化反應(yīng)，具體地說是一種合成MTBE的反應(yīng)器，醚化反應(yīng)器為≥3個(gè)醚化反應(yīng)段的分體式結(jié)構(gòu)。分體式結(jié)構(gòu)是指每一個(gè)醚化反應(yīng)段均具有各自獨(dú)立的、內(nèi)部填充有催化劑的罐體，在罐體的兩端設(shè)置有物料的進(jìn)、出口及其它輔助管線接口；原料進(jìn)口管道分別經(jīng)閥門與罐體進(jìn)料口相連，產(chǎn)物出口管道分別經(jīng)閥門與罐體出料口相連；每一個(gè)醚化反應(yīng)段的罐體出料口均經(jīng)閥門通過管道與另一罐體進(jìn)料口相連，各個(gè)不同的罐體依次串接，構(gòu)成一個(gè)連續(xù)的環(huán)狀串聯(lián)體系；換熱器的入口經(jīng)閥門通過管道與每一個(gè)醚化反應(yīng)段的罐體出料口相連，換熱器的出口經(jīng)閥門通過管道與每一個(gè)醚化反應(yīng)段的罐體進(jìn)料口相連。本實(shí)用新型可提高生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C07C43/04GK201343508SQ20082023234
公開日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者華 劉, 宗士權(quán), 偉 張, 彭慧敏, 王義成 申請(qǐng)人:丹東明珠特種樹脂有限公司