專利名稱：一種合成甲基叔丁基醚的反應(yīng)器及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(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，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，就需要及時予以更換。(注 意此時樹脂催化劑的催化功能不能滿足使用要求時，其各種功能仍有利用價值。)在這種 狀況下，裝置停產(chǎn)換劑實(shí)屬無奈，對樹脂催化劑而言，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，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，催化劑被壓實(shí)、結(jié)塊的現(xiàn)象時有發(fā)生，導(dǎo)致反應(yīng)系統(tǒng) 因壓力降過大而停產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可成功應(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，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，本發(fā)明采用的技術(shù)方案 —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
3料口相連； 每一個醚化反應(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 不同的罐體依次串接，構(gòu)成一個連續(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個醚化反應(yīng)段的分體式結(jié)構(gòu)；所述各個醚化反應(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)計參數(shù)為體積空速SV為0. 5-5. O，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，反應(yīng)器操作時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，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，需要在換熱器的出品管道上
增設(shè)一臺泵，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，三臺反應(yīng)器中使用其中的兩臺(如A、B)，即可滿足使用要 求，另一臺(此時為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；同時采用膨脹 床操作時，反應(yīng)區(qū)域?qū)⑹腔钊麪钭韵露暇徛苿?。?dāng)反應(yīng)器中的樹脂催化劑的反應(yīng)活 性下降時，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，其反應(yīng)活性將明顯降低，而此時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，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)。
本發(fā)明采用膨脹床技術(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，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(匿E)、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；
圖2為本發(fā)明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 —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)成一個連續(xù)的環(huán)狀串聯(lián)體系。 —個換熱器1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。 所述各個醚化反應(yīng)段的不同的罐體A、B、C安置時的空間位置為平行設(shè)置、且安放
的底面高度一致。
對比例1 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)置兩臺離子過濾保護(hù)器(參見附圖l所示)。
圖中1、 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，小1400 X 22500，內(nèi)裝樹脂催化劑(D005-II型樹脂催化
劑)30m3，每段10m3。 在正常的設(shè)計規(guī)模下 應(yīng)用效果 1.離子過濾保護(hù)器設(shè)計的使用壽命為3個月(兩臺為6個月)，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個月以后，催化活性下降，使用8個月時， 催化劑完全失效；中段催化劑在使用9-10個月時部分失效，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)^25tO ;此時醚化反應(yīng)主要集中在下段。下段催化劑繼續(xù) 使用2-3個月時，反應(yīng)區(qū)域溫升降至15-2(TC，此時異丁烯的轉(zhuǎn)化率降至80-85%，(設(shè)計要 求為> 90% )應(yīng)該安排停產(chǎn)，更換樹脂催化劑。 3.按運(yùn)行時間12個月統(tǒng)計，生產(chǎn)4萬噸/年MTBE需耗用樹脂催化劑42m3 (折干品17. 2噸)，即樹脂催化劑消耗量為0. 43kg/噸MTBE。
應(yīng)用例1 按本發(fā)明三段平行、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臺備用。使用5-6個月時，A罐內(nèi)的反應(yīng)區(qū)域溫升為10-15t:(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3-5t:時，為保證反應(yīng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)將C投入運(yùn)行， 此時的運(yùn)行時間約為7-8個月，運(yùn)行方式為A+B+C。該種方式運(yùn)行時間約為1-2個月。
3.當(dāng)A罐中的物料基本沒有溫度變化時應(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間予以更換，更換時裝置不需要停 產(chǎn)。)此時可維持運(yùn)行4-5個月。 4.裝置繼續(xù)運(yùn)行5-6個月以后，B罐中的物料溫升降至3-5。C時，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)行的時間大約為5-6個月，過渡期 間即三臺同時使用的時間約為2個月。 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 比例l比較。)。
權(quán)利要求
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，各個不同的罐體依次串接，構(gòu)成一個連續(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個醚化反應(yīng) 段的分體式結(jié)構(gòu)，3個罐體分別用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. —種權(quán)利要求1所述反應(yīng)器的應(yīng)用，其特征在于權(quán)利要求1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 ;單臺反應(yīng)器的裝填系數(shù)為0. 7_0. 85。
6. 按照權(quán)利要求5所述反應(yīng)器的應(yīng)用，其特征在于所述反應(yīng)器用于合成甲基叔丁基 醚過程時，反應(yīng)器操作時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。
7. 按照權(quán)利要求6所述反應(yīng)器的應(yīng)用，其特征在于當(dāng)所述醚化原料中異丁烯含量 < 30% wt時，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，需要在換熱器的出品管道上增設(shè)一臺泵，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。
全文摘要
本發(fā)明涉及有機(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，各個不同的罐體依次串接，構(gòu)成一個連續(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醚化反應(yīng)段的罐體進(jìn)料口相連。本發(fā)明可提高生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號C07C41/05GK101768053SQ200810230390
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者劉華, 宗士權(quán), 張偉, 彭慧敏, 王義成 申請人:丹東明珠特種樹脂有限公司