專利名稱：一種微分反應(yīng)精餾制備甲基叔丁基醚的工藝方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備甲基叔丁基醚的工藝方法及其設(shè)備，特別是一種微分反應(yīng)精餾制備甲基叔丁基醚的工藝方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
甲基叔丁基醚(MTBE)是一種高辛烷值(研究法辛烷值11 汽油添加劑，化學(xué)含氧量較甲醇低得多，利于暖車和節(jié)約燃料，蒸發(fā)潛熱低，對(duì)冷啟動(dòng)有利，常用于無鉛汽油和低鉛油的調(diào)合。甲基叔丁基醚也可以重新裂解為異丁烯，作為橡膠及其它化工產(chǎn)品的原料。 質(zhì)量最好的甲基叔丁基醚，可以用作醫(yī)藥，是醫(yī)藥中間體。
現(xiàn)有技術(shù)中，甲基叔丁基醚是以甲醇和異丁烯為原料，借助酸性催化劑合成，其中催化劑在工業(yè)上用得最多的是樹脂催化劑。合成甲基叔丁基醚的催化劑有氫氟酸、硫酸、苯乙烯系陽離子交換樹脂、固體酸、分子篩等。甲基叔丁基醚的反應(yīng)是一個(gè)選擇性加成反應(yīng)， 烯烴中的叔碳原子在酸性催化劑的存在下形成正碳離子，再與醇結(jié)合形成醚。其反應(yīng)是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)。
甲基叔丁基醚合成的裝備主要有固定床反應(yīng)器和反應(yīng)精餾設(shè)備兩種。
固定床反應(yīng)器又稱填充床反應(yīng)器，裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)物用以實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)過程的一種反應(yīng)器。固體催化劑堆積成一定高度(或厚度)的床層。床層靜止不動(dòng)，流體通過床層進(jìn)行反應(yīng)。固定床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是①返混小，流體同催化劑可進(jìn)行有效接觸， 當(dāng)反應(yīng)伴有串聯(lián)副反應(yīng)時(shí)可得較高選擇性。②催化劑機(jī)械損耗小。③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。固定床反應(yīng)器的缺點(diǎn)是①傳熱差，反應(yīng)放熱量很大時(shí)，即使是列管式反應(yīng)器也可能出現(xiàn)飛溫(反應(yīng)溫度失去控制，急劇上升，超過允許范圍)。②操作過程中催化劑不能更換，催化劑需要頻繁再生的反應(yīng)一般不宜使用，常代之以流化床反應(yīng)器或移動(dòng)床反應(yīng)器。
反應(yīng)精餾就是在進(jìn)行反應(yīng)的同時(shí)用精餾方法分離出產(chǎn)物的過程?；どa(chǎn)中，反應(yīng)和分離兩種操作通常分別在兩類單獨(dú)的設(shè)備中進(jìn)行。反應(yīng)精餾設(shè)備，將反應(yīng)生成的產(chǎn)物或中間產(chǎn)物及時(shí)分離，提高產(chǎn)品的收率，同時(shí)又可利用反應(yīng)熱供產(chǎn)品分離，達(dá)到節(jié)能的目的。其優(yōu)點(diǎn)是①破壞了可逆反應(yīng)平衡，增加了反應(yīng)的選擇性和轉(zhuǎn)化率，使反應(yīng)速度提高，從而提高了生產(chǎn)能力。②精餾過程可以利用反應(yīng)熱，節(jié)省了能量。③反應(yīng)器和精餾塔合成一個(gè)設(shè)備，節(jié)省投資。④對(duì)某些難分離的物系，可以獲得較純的產(chǎn)品。
中國(guó)專利CN1170609C公開了一種反應(yīng)蒸餾裝備，它克服了現(xiàn)有技術(shù)中催化反應(yīng)蒸餾塔壓力降大的缺點(diǎn)，增加了操作穩(wěn)定性，而且不用將催化劑進(jìn)行復(fù)雜的包裝，便于裝卸。這種催化蒸餾塔的催化劑裝填在反應(yīng)段的分餾塔盤上，塔盤上設(shè)置了氣升管，氣升管之間的自由空間中裝填催化劑，液相反應(yīng)物料穿過催化劑床層，并在催化劑作用下進(jìn)行反應(yīng)， 反應(yīng)后的液相物料在汽升管頂部與汽相物料進(jìn)行熱、質(zhì)傳遞。但是由于催化劑的裝填量比較大，所以升氣管高度比較高，床層阻力比較大，而升氣管內(nèi)的氣速及升氣管上方的傳質(zhì)原件依賴于升氣管的高度及液體的密度和粘度，所以塔壓降依然很高、容易造成塔板的液泛或者塔板上液體不能及時(shí)進(jìn)入催化劑等催化反應(yīng)效率低下等問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微分反應(yīng)精餾制備甲基叔丁基醚的工藝方法及其設(shè)備，以提高甲基叔丁基醚制備過程中的催化反應(yīng)效率。
本發(fā)明提供了一種微分反應(yīng)精餾制備甲基叔丁基醚的工藝方法，采用異丁烯和甲醇作為原料制備甲基叔丁基醚，異丁烯與甲醇以一定的混合比例首先進(jìn)入固定床反應(yīng)器進(jìn)行預(yù)反應(yīng)，經(jīng)過預(yù)反應(yīng)后的原料進(jìn)入催化反應(yīng)精餾塔，在精餾下段塔內(nèi)件的作用下，在預(yù)反應(yīng)中生成的甲基叔丁基醚與未反應(yīng)的原料得到初步分離，生成的甲基叔丁基醚在提餾段塔內(nèi)件的作用下得到進(jìn)一步提濃，最后在塔底得到甲基叔丁基醚合格產(chǎn)品；經(jīng)過精餾下段塔內(nèi)件初步分離后的未反應(yīng)的原料進(jìn)入微分催化反應(yīng)精餾塔板繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，在微分催化反應(yīng)精餾塔板的最上一層塔板上補(bǔ)充甲醇進(jìn)料，反應(yīng)完畢后未反應(yīng)的原料進(jìn)入精餾上段塔內(nèi)件脫除夾帶的甲基叔丁基醚組分，最后在塔頂?shù)玫轿捶磻?yīng)的原料；在所述微分催化反應(yīng)精餾塔板上的催化反應(yīng)與傳質(zhì)分離過程為，上一層塔板流下的液體在傳質(zhì)布液板的作用下進(jìn)入上催化單元，在上催化單元反應(yīng)過的液體一部分從塔板上液體出入通道經(jīng)液體進(jìn)口進(jìn)入傳質(zhì)單元內(nèi)部與下層塔板上升的氣體進(jìn)行傳質(zhì)分離過程，從傳質(zhì)單元的上噴射通道噴出的液體繼續(xù)進(jìn)入上催化單元進(jìn)行反應(yīng)；上催化單元反應(yīng)過的另一部分需要溢流的液體經(jīng)過下催化單元和溢流管流到下一層塔板的傳質(zhì)布液板上。
進(jìn)一步優(yōu)選，催化反應(yīng)精餾塔的操作壓力為0. 3-2. OMPa ；催化反應(yīng)精餾塔的操作溫度為10-180°C ；催化反應(yīng)精餾塔的操作回流比為0. 5-3. 0。
進(jìn)一步優(yōu)選，甲醇與異丁烯摩爾比為1 1-1.5 1。
本發(fā)明還提供了一種微分反應(yīng)精餾制備甲基叔丁基醚的設(shè)備，包括固定床反應(yīng)器、催化反應(yīng)精餾塔、再沸器和冷凝器，所述催化反應(yīng)精餾塔包括塔體、提餾段塔內(nèi)件、精餾下段塔內(nèi)件、微分催化反應(yīng)精餾塔板和精餾上段塔內(nèi)件；所述微分催化反應(yīng)精餾塔板包括平面微分塔板、傳質(zhì)單元和催化單元，所述催化單元包括上催化單元、塔板上液體出入通道、下催化單元和溢流管，所述傳質(zhì)單元包括傳質(zhì)布液板、上噴射通道、噴射筒和液體進(jìn)口。
進(jìn)一步優(yōu)選提餾段塔內(nèi)件是填料內(nèi)件或塔板內(nèi)件；精餾下段塔內(nèi)件是填料內(nèi)件或塔板內(nèi)件；精餾上段塔內(nèi)件是填料內(nèi)件或塔板內(nèi)件。
該發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于預(yù)反應(yīng)脫除了反應(yīng)原料中的有害物質(zhì)，避免微分催化反應(yīng)塔板上的催化劑中毒；在微分催化反應(yīng)精餾塔板的最上一層塔板上補(bǔ)充甲醇進(jìn)料，能夠使原料中的異丁烯反應(yīng)完全，提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率；塔板實(shí)現(xiàn)了微分化，催化單元與傳質(zhì)單元交錯(cuò)排列，避免了催化反應(yīng)與分離傳質(zhì)過程分區(qū)進(jìn)行，提高了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和分離效率；該塔溢流管在催化單元內(nèi)，節(jié)省了塔板截面積，提高了塔板面積利用率，可以提供更大的催化劑裝填空間；傳質(zhì)單元的傳質(zhì)布液板起到了加速傳質(zhì)與布液的作用，提高了反應(yīng)速率。


圖1是本發(fā)明所述一優(yōu)選實(shí)施例的微分反應(yīng)精餾制備甲基叔丁基醚的生產(chǎn)工藝圖；圖2是本發(fā)明所述一優(yōu)選實(shí)施例的設(shè)備的傳質(zhì)單元與催化單元塔內(nèi)布置平面圖；圖3 是本發(fā)明所述一優(yōu)選實(shí)施例的設(shè)備的傳質(zhì)單元與催化單元塔內(nèi)布置立面圖。
其中，1固定床反應(yīng)器；2催化反應(yīng)精餾塔；3再沸器；4塔體；5提餾段塔內(nèi)件；6精餾下段塔內(nèi)件 ’7微分催化反應(yīng)精餾塔板；8精餾上段塔內(nèi)件；9冷凝器；10上催化單元；11 塔板上液體出入通道；12平面微分塔板；13下催化單元；14溢流管；15傳質(zhì)布液板；16上噴射通道；17噴射筒；18液體進(jìn)口 ；19傳質(zhì)單元；20催化單元。
具體實(shí)施方式
根據(jù)圖1-3所示，一種微分反應(yīng)精餾制備甲基叔丁基醚的工藝方法，采用異丁烯和甲醇作為原料制備甲基叔丁基醚，異丁烯與甲醇以一定的混合比例首先進(jìn)入固定床反應(yīng)器1進(jìn)行預(yù)反應(yīng)，經(jīng)過預(yù)反應(yīng)后的原料進(jìn)入催化反應(yīng)精餾塔2，在精餾下段塔內(nèi)件6的作用下，在預(yù)反應(yīng)中生成的甲基叔丁基醚與未反應(yīng)的原料得到初步分離，生成的甲基叔丁基醚在提餾段塔內(nèi)件5的作用下得到進(jìn)一步提濃，最后在塔底得到甲基叔丁基醚合格產(chǎn)品；經(jīng)過精餾下段塔內(nèi)件6初步分離后的未反應(yīng)的原料進(jìn)入微分催化反應(yīng)精餾塔板7繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，在微分催化反應(yīng)精餾塔板7的最上一層塔板上補(bǔ)充甲醇進(jìn)料，反應(yīng)完畢后未反應(yīng)的原料進(jìn)入精餾上段塔內(nèi)件8脫除夾帶的甲基叔丁基醚組分，最后在塔頂?shù)玫轿捶磻?yīng)的原料； 其特征在于，在所述微分催化反應(yīng)精餾塔板7上的催化反應(yīng)與傳質(zhì)分離過程為，上一層塔板流下的液體在傳質(zhì)布液板15的作用下進(jìn)入上催化單元10，在上催化單元10反應(yīng)過的液體一部分從塔板上液體出入通道11經(jīng)液體進(jìn)口 18進(jìn)入傳質(zhì)單元19內(nèi)部與下層塔板上升的氣體進(jìn)行傳質(zhì)分離過程，從傳質(zhì)單元19的上噴射通道16噴出的液體繼續(xù)進(jìn)入上催化單元10進(jìn)行反應(yīng)；上催化單元10反應(yīng)過的另一部分需要溢流的液體經(jīng)過下催化單元13和溢流管14流到下一層塔板的傳質(zhì)布液板15上。
根據(jù)圖1-3所示，一種微分反應(yīng)精餾制備甲基叔丁基醚的設(shè)備，包括固定床反應(yīng)器1、催化反應(yīng)精餾塔2、再沸器3和冷凝器9，其特征在于，所述催化反應(yīng)精餾塔2包括塔體 4、提餾段塔內(nèi)件5、精餾下段塔內(nèi)件6、微分催化反應(yīng)精餾塔板7和精餾上段塔內(nèi)件8 ；所述微分催化反應(yīng)精餾塔板7包括平面微分塔板12、傳質(zhì)單元19和催化單元20，所述催化單元 20包括上催化單元10、塔板上液體出入通道11、下催化單元13和溢流管14，所述傳質(zhì)單元 19包括傳質(zhì)布液板15、上噴射通道16、噴射筒17和液體進(jìn)口 18。所述提餾段塔內(nèi)件5是填料內(nèi)件或塔板內(nèi)件；所述精餾下段塔內(nèi)件6是填料內(nèi)件或塔板內(nèi)件；所述精餾上段塔內(nèi)件8是填料內(nèi)件或塔板內(nèi)件。
實(shí)施例1 使用上述設(shè)備和工藝方法制備甲基叔丁基醚，其中
甲醇與異丁烯比例1. 1 1 ；
固定床反應(yīng)轉(zhuǎn)化率90% ；
催化反應(yīng)精餾塔操作壓力0. 3MPa ；
操作溫度10 70°C ；
催化反應(yīng)精餾塔結(jié)構(gòu)型式(自上而下)dm高效規(guī)整填料+30層微分催化反應(yīng)精餾塔板+ !高效規(guī)整填料+5m高效規(guī)整填料；
塔頂異丁烯含量(摩爾％ ) :0. 1 % ；
塔底甲基叔丁基醚純度(摩爾％ ) :98% ；
異丁烯轉(zhuǎn)化率99%。
實(shí)施例2 使用上述設(shè)備和工藝方法制備甲基叔丁基醚，其中
甲醇與異丁烯比例1. 1 1 ；
固定床反應(yīng)轉(zhuǎn)化率90% ；
催化反應(yīng)精餾塔操作壓力:2. OMPa ；
操作溫度50 180°C ；
催化反應(yīng)精餾塔結(jié)構(gòu)型式(自上而下)18層浮閥塔板+30層微分催化反應(yīng)精餾塔板+18層浮閥塔板+30層浮閥塔板；
塔頂異丁烯含量(摩爾％ ) :0. 1 % ；
塔底甲基叔丁基醚純度(摩爾％ ) :98. 5% ；
異丁烯轉(zhuǎn)化率99· 3%。
實(shí)施例3 使用上述設(shè)備和工藝方法制備甲基叔丁基醚，其中
甲醇與異丁烯比例1. 1 1 ；
固定床反應(yīng)轉(zhuǎn)化率90% ；
催化反應(yīng)精餾塔操作壓力0. 8MPa ；
操作溫度40 130°C ；
催化反應(yīng)精餾塔結(jié)構(gòu)型式(自上而下) !高效規(guī)整填料+30層微分催化反應(yīng)精餾塔板+ !!高效規(guī)整填料+30層浮閥塔板；
塔頂異丁烯含量(摩爾％ ) :0. 1 % ；
塔底甲基叔丁基醚純度(摩爾％ ) :98· 5% ；
異丁烯轉(zhuǎn)化率99.5%。
權(quán)利要求
1.一種微分反應(yīng)精餾制備甲基叔丁基醚的工藝方法，采用異丁烯和甲醇作為原料制備甲基叔丁基醚，異丁烯與甲醇以一定的混合比例首先進(jìn)入固定床反應(yīng)器(1)進(jìn)行預(yù)反應(yīng)， 經(jīng)過預(yù)反應(yīng)后的原料進(jìn)入催化反應(yīng)精餾塔O)，在精餾下段塔內(nèi)件(6)的作用下，在預(yù)反應(yīng)中生成的甲基叔丁基醚與未反應(yīng)的原料得到初步分離，生成的甲基叔丁基醚在提餾段塔內(nèi)件(5)的作用下得到進(jìn)一步提濃，最后在塔底得到甲基叔丁基醚合格產(chǎn)品；經(jīng)過精餾下段塔內(nèi)件(6)初步分離后的未反應(yīng)的原料進(jìn)入微分催化反應(yīng)精餾塔板(7)繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，在微分催化反應(yīng)精餾塔板(7)的最上一層塔板上補(bǔ)充甲醇進(jìn)料，反應(yīng)完畢后未反應(yīng)的原料進(jìn)入精餾上段塔內(nèi)件(8)脫除夾帶的甲基叔丁基醚組分，最后在塔頂?shù)玫轿捶磻?yīng)的原料；其特征在于，在所述微分催化反應(yīng)精餾塔板(7)上的催化反應(yīng)與傳質(zhì)分離過程為，上一層塔板流下的液體在傳質(zhì)布液板(1 的作用下進(jìn)入上催化單元(10)，在上催化單元(10)反應(yīng)過的液體一部分從塔板上液體出入通道(11)經(jīng)液體進(jìn)口(18)進(jìn)入傳質(zhì)單元(19)內(nèi)部與下層塔板上升的氣體進(jìn)行傳質(zhì)分離過程，從傳質(zhì)單元(19)的上噴射通道(16)噴出的液體繼續(xù)進(jìn)入上催化單元(10)進(jìn)行反應(yīng)；上催化單元(10)反應(yīng)過的另一部分需要溢流的液體經(jīng)過下催化單元(1 和溢流管(14)流到下一層塔板的傳質(zhì)布液板(1 上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微分反應(yīng)精餾制備甲基叔丁基醚的工藝方法，其特征在于， 催化反應(yīng)精餾塔O)的操作壓力為0. 3-2. OMPa0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微分反應(yīng)精餾制備甲基叔丁基醚的工藝方法，其特征在于， 催化反應(yīng)精餾塔O)的操作溫度為10-180°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微分反應(yīng)精餾制備甲基叔丁基醚的工藝方法，其特征在于， 催化反應(yīng)精餾塔O)的操作回流比為0. 5-3. 0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的微分反應(yīng)精餾制備甲基叔丁基醚的工藝方法，其特征在于，甲醇與異丁烯摩爾比為1 1-1.5 1。
6.一種微分反應(yīng)精餾制備甲基叔丁基醚的設(shè)備，包括固定床反應(yīng)器(1)、催化反應(yīng)精餾塔( 、再沸器C3)和冷凝器(9)，其特征在于，所述催化反應(yīng)精餾塔( 包括塔體(4)、提餾段塔內(nèi)件(5)、精餾下段塔內(nèi)件(6)、微分催化反應(yīng)精餾塔板(7)和精餾上段塔內(nèi)件(8)； 所述微分催化反應(yīng)精餾塔板(7)包括平面微分塔板(12)、傳質(zhì)單元(19)和催化單元(20)， 所述催化單元00)包括上催化單元(10)、塔板上液體出入通道(11)、下催化單元(13)和溢流管(14)，所述傳質(zhì)單元(19)包括傳質(zhì)布液板(1 、上噴射通道(16)、噴射筒(17)和液體進(jìn)口(18)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微分反應(yīng)精餾制備甲基叔丁基醚的設(shè)備，其特征在于，所述提餾段塔內(nèi)件( 是填料內(nèi)件或塔板內(nèi)件。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微分反應(yīng)精餾制備甲基叔丁基醚的設(shè)備，其特征在于，所述精餾下段塔內(nèi)件(6)是填料內(nèi)件或塔板內(nèi)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微分反應(yīng)精餾制備甲基叔丁基醚的設(shè)備，其特征在于，所述精餾上段塔內(nèi)件( 是填料內(nèi)件或塔板內(nèi)件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微分反應(yīng)精餾制備甲基叔丁基醚的工藝方法及其設(shè)備，采用異丁烯和甲醇作為原料制備甲基叔丁基醚，異丁烯與甲醇以一定的混合比例首先進(jìn)入固定床反應(yīng)器(1)進(jìn)行預(yù)反應(yīng)，經(jīng)過預(yù)反應(yīng)后的原料進(jìn)入催化反應(yīng)精餾塔(2)，在精餾下段塔內(nèi)件(6)的作用下，在預(yù)反應(yīng)中生成的甲基叔丁基醚與未反應(yīng)的原料得到初步分離，生成的甲基叔丁基醚在提餾段塔內(nèi)件(5)的作用下得到進(jìn)一步提濃，最后在塔底得到甲基叔丁基醚合格產(chǎn)品，經(jīng)過精餾下段塔內(nèi)件(6)初步分離后的未反應(yīng)的原料進(jìn)入微分催化反應(yīng)精餾塔板(7)繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)。
文檔編號(hào)C07C43/04GK102516036SQ20111041586
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者劉繼東, 呂建華, 李春利, 李柏春 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)