一種co氣相羰基化生產碳酸二甲酯的催化劑裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種CO氣相羰基化生產碳酸二甲酯的催化劑裝置，該裝置包括氣體控制管道系統(1)、固定床反應系統(2)、產物分離純化系統(3)，該裝置用于連接氣相色譜系統(4)，其中氣體控制管道系統(1)包括三路氣體控制管道，其中每一路均包括依次連接的輸氣管道、穩壓閥(5)、壓力表(6)、穩流閥(7)、質量流量控制器(8)和開關閥(9)；三路氣體管道通過等徑四通接頭合并成一路氣體管道，合并后的管道上設有氣體混合箱(10)。該裝置僅通過一臺氣相色譜就可以實現較高的效率，資金投入較少，還便于高效率地生產并分離純化碳酸二甲酯。
【專利說明】一種CO氣相羰基化生產碳酸二甲酯的催化劑裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于催化劑工程開發【技術領域】和碳酸二甲酯生產【技術領域】，具體涉及一種C0氣相羰基化生產碳酸二甲酯的催化劑裝置。
【背景技術】
[0002]碳酸二甲酯是全球公認的綠色化學品，廣泛應用于醫藥、農藥、潤滑油等領域，特別是可替代甲基叔丁基醚作為汽油添加劑。全世界目前碳酸二甲酯產量約40萬噸，我國碳酸二甲酯年產量約為12萬噸。碳酸二甲酯以前采用光氣法生產，現在通常采用環氧丙(乙)烷的酯交換法生產，生產成本高，同樣受到石油產品的制約。目前全世界汽油消耗量超過2億噸/年，若20%的汽油采用碳酸二甲酯替代甲基叔丁基醚，則碳酸二甲酯的年需求量要增加120萬噸。聚碳酸酯作為碳酸二甲酯的下游產品，預計到2015年，世界聚碳酸酯需求量將達到515萬噸，國內需求量將達到160萬噸。隨著碳酸二甲酯在非光氣法合成聚碳酸酯和異氰酸酯中的應用以及在醫藥、溶劑、汽油添加劑等領域的推廣，其年需求量將以每年兩倍的速度增長。因此，碳酸二甲酯有著巨大的市場發展潛力。C0氣相羰基化生產碳酸二甲酯是一種有競爭力的合成方法，C0轉化率很高，碳酸二甲酯時空收率也很高。
[0003]C0氣相羰基化生產碳酸二甲酯的反應原理如下:
[0004]C0+2CH30N0 = (CH30) 2C0+2N0
[0005]原料為氣態的CO和亞硝酸甲酯，主產物為有機物碳酸二甲酯，副產物為草酸二甲酯、甲酸甲酯和甲醇。
[0006]碳酸二甲酯的沸點為90°C，熔點為2-4°C，室溫下為液體。
[0007]草酸二甲酯的沸點為174°C，熔點為54°C，室溫下為固體。
[0008]現有技術是通過冷凝將產物收集下來，未冷凝氣體直接進氣相色譜系統。
[0009]現有技術主要存在以下問題:1、需要專人守候在裝置邊定時取樣；2、需要配備兩臺氣相色譜，一臺配置氫火焰離子化檢測器和毛細管柱，用于針對有機產物，另一臺配置熱導檢測器和填充柱，用于針對未冷凝氣體，資金投入較大。
實用新型內容
[0010]為解決上述一個或多個技術問題，本實用新型提供了一種C0氣相羰基化生產碳酸二甲酯的催化劑裝置，該裝置包括氣體控制管道系統(1)、固定床反應系統(2)、產物分離純化系統(3)，該裝置用于連接氣相色譜系統(4)；
[0011]其中:
[0012]氣體控制管道系統(1)包括三路氣體控制管道，其中每一路均包括依次連接的輸氣管道、穩壓閥(5)、壓力表￠)、穩流閥(7)、質量流量控制器(8)和開關閥(9);三路氣體管道通過等徑四通接頭合并成一路氣體管道，合并后的管道上設有氣體混合箱(10)；
[0013]固定床反應系統(2)包括反應器(11)、加熱爐(12)、催化劑(13)和針形閥(14)，反應器(11)位于加熱爐(12)的中部，催化劑(13)位于反應器(11)的中部；
[0014]產物分離純化系統(3)包括氣液分離器(15)、尾氣收集利用裝置(16)、第一精餾塔(17)、草酸二甲酯儲罐(18)、第二精餾塔(19)、碳酸二甲酯儲罐(20)和副產物儲罐(21)；
[0015]氣相色譜系統(4)包括氣動十通閥(22)、氣動六通閥(23)、定量管(24)、閥控制器(25)、第一填充柱(26)、第二填充柱(27)、毛細管柱(28)、熱導檢測器(29)、氫火焰離子化檢測器(30)；
[0016]其中:
[0017]氣體混合箱(10)與反應器(11)的上端相連，反應器(11)的下端通過等徑三通接頭分為兩路，一路與氣液分離器(15)相連，另一路通過針型閥(14)與氣動十通閥(22)相連；
[0018]氣液分離器(15)的上端出口管道與尾氣收集利用裝置(16)相連，下端出口管道連接第一精餾塔(17);第一精餾塔(17)的上端出口管道與第二精餾塔(19)相連，下端出口管道與草酸二甲酯儲罐(18)相連；第二精餾塔(19)的上端出口管道與副產物儲罐(21)相連，下端出口管道與碳酸二甲酯儲罐(20)相連；
[0019]氣動十通閥(22)與氣動六通閥(23)通過管道相連接，氣動十通閥(22)和氣動六通閥(23)上均設有定量管(24)，氣動十通閥(22)和氣動六通閥(23)與閥控制器(25)相連；氣動十通閥(22)連接第一填充柱(26)和第二填充柱(27)，第一填充柱(26)與熱導檢測器(29)相連；氣動六通閥(23)連接毛細管柱(28);毛細管柱(28)與氫火焰離子化檢測器(30)相連；氣動六通閥(23)的出氣管道與氣液分離器(15)的進氣管道相連。
[0020]優選的，所述的三路氣體控制管道包括C0氣體管道、亞硝酸甲酯氣體管道和氮氣IS氣混合氣氣體管道。
[0021]優選的，所述的加熱爐(12)的溫度范圍:室溫-600°c，控溫精度:±0.2°C。
[0022]優選的，所述的第一精餾塔(17)和第二精餾塔(19)為層板塔或填料塔。
[0023]本實用新型的有益效果是:
[0024]本實用新型公開的C0氣相羰基化生產碳酸二甲酯的催化劑裝置僅使用一臺氣相色譜，效率高，資金投入較少，還便于高效率地生產并分離純化碳酸二甲酯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]附圖1為本實用新型公開的C0氣相羰基化生產碳酸二甲酯的催化劑裝置的示意圖，其中:1為氣體控制管道系統、2為固定床反應系統、3為產物分離純化系統、4為氣相色譜系統，5為穩壓閥、6為壓力表、7為穩流閥、8為質量流量控制器、9為開關閥；10為氣體混合箱；11為反應器、12為加熱爐、13為催化劑、14為針形閥；15為氣液分離器、16為尾氣收集利用裝置、17為第一精餾塔、18為草酸二甲酯儲罐、19為第二精餾塔、20為碳酸二甲酯儲罐、21為副產物儲罐；22為氣動十通閥、23為氣動六通閥、24為定量管、25為閥控制器、26為第一填充柱、27為第二填充柱、28為毛細管柱、29為熱導檢測器、30為氫火焰離子化檢測器。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0027]實施例1:
[0028]本實用新型公開的C0氣相羰基化生產碳酸二甲酯的催化劑裝置包括氣體控制管道系統(1)、固定床反應系統(2)、產物分離純化系統(3)，該裝置用于連接氣相色譜系統
(4)；
[0029]其中:
[0030]氣體控制管道系統(1)包括三路氣體控制管道，其中每一路均包括依次連接的輸氣管道、穩壓閥(5)、壓力表￠)、穩流閥(7)、質量流量控制器(8)和開關閥(9);三路氣體管道通過等徑四通接頭合并成一路氣體管道，合并后的管道上設有氣體混合箱(10)；
[0031]固定床反應系統(2)包括反應器(11)、加熱爐(12)、催化劑(13)和針形閥(14)，反應器(11)位于加熱爐(12)的中部，催化劑(13)位于反應器(11)的中部；
[0032]產物分離純化系統(3)包括氣液分離器(15)、尾氣收集利用裝置(16)、第一精餾塔(17)、草酸二甲酯儲罐(18)、第二精餾塔(19)、碳酸二甲酯儲罐(20)和副產物儲罐
(21)；
[0033]氣相色譜系統(4)包括氣動十通閥(22)、氣動六通閥(23)、定量管(24)、閥控制器
(25)、第一填充柱(26)、第二填充柱(27)、毛細管柱(28)、熱導檢測器(29)、氫火焰離子化檢測器(30)；
[0034]其中:
[0035]氣體混合箱(10)與反應器(11)的上端相連，反應器(11)的下端通過等徑三通接頭分為兩路，一路與氣液分離器(15)相連，另一路通過針型閥(14)與氣動十通閥(22)相連；
[0036]氣液分離器(15)的上端出口管道與尾氣收集利用裝置(16)相連，下端出口管道連接第一精餾塔(17);第一精餾塔(17)的上端出口管道與第二精餾塔(19)相連，下端出口管道與草酸二甲酯儲罐(18)相連；第二精餾塔(19)的上端出口管道與副產物儲罐(21)相連，下端出口管道與碳酸二甲酯儲罐(20)相連；
[0037]氣動十通閥(22)與氣動六通閥(23)通過管道相連接，氣動十通閥(22)和氣動六通閥(23)上均設有定量管(24)，氣動十通閥(22)和氣動六通閥(23)與閥控制器(25)相連；氣動十通閥(22)連接第一填充柱(26)和第二填充柱(27)，第一填充柱(26)與熱導檢測器(29)相連；氣動六通閥(23)連接毛細管柱(28);毛細管柱(28)與氫火焰離子化檢測器(30)相連；氣動六通閥(23)的出氣管道與氣液分離器(15)的進氣管道相連。
[0038]優選的，所述的三路氣體控制管道包括C0氣體管道、亞硝酸甲酯氣體管道和氮氣IS氣混合氣氣體管道。
[0039]優選的，所述的第一精餾塔(17)和第二精餾塔(19)為填料塔，填料為陶瓷拉西環。
[0040]示例性的，使用本實用新型公開的C0氣相羰基化生產碳酸二甲酯的催化劑裝置的方法如下:
[0041]1、裝填催化劑:量取100mLl% PdCl2_l% CuCl2 /活性炭催化劑(13)，放入反應器(11)中部，上下兩端都填充惰性石英砂；
[0042]2、通入原料氣:打開C0、亞硝酸甲酯和氮氣氬氣混合氣氣體管道的開關閥(9)，調節穩壓閥(5)、穩流閥(7)和質量流量控制器(8)，控制原料氣的壓力為0.1MPa、總流量為5L / min,其中按體積比，CO:亞硝酸甲酯=1:2;
[0043]3、開啟氣相色譜:打開第一載氣、第二載氣和第三載氣，開啟氣相色譜，熱導檢測器加電流，氫火焰離子化檢測器點火，使氣相色譜保持準備就緒狀態；
[0044]4、采集樣品:調節針型閥(14)，使少量原料氣進入氣相色譜系統(4)中的定量管(24)；
[0045]5、受控升溫:確定好原料氣的初始峰面積后，控制加熱爐(12)升溫至反應溫度120。。；
[0046]6、采集樣品:當反應平穩運行時，調節針型閥(14)，使少量產物氣進入氣相色譜系統⑷中的定量管(24)；
[0047]7、閥控制器(25)控制氣動十通閥(22)和氣動六通閥(23)同時轉動，將定量管
(24)中的產物帶入色譜柱，亞硝酸甲酯和產物中的有機物通過毛細管柱(28)分離后在氫火焰離子化檢測器(30)上出峰，有機產物通過第二填充柱(27)被反吹掉，剩余無機氣體通過第一填充柱(26)在熱導檢測器(29)上出峰。
[0048]示例性的，使用本實用新型公開的C0氣相羰基化生產碳酸二甲酯的催化劑裝置生產碳酸二甲酯的方法如下:
[0049]1、裝填催化劑:量取lOOmLl % PdCl2_l % CuCl2 /活性炭催化劑(13)，放入反應器
(11)中部，上下兩端都填充惰性石英砂；
[0050]2、通入原料氣:打開C0、亞硝酸甲酯和氮氣氬氣混合氣氣體管道的開關閥(9)，調節穩壓閥(5)、穩流閥(7)和質量流量控制器(8)，控制原料氣的壓力為0.1MPa、總流量為5L / min,其中按體積比，C0:亞硝酸甲酯=1:2;
[0051]3、受控升溫:控制加熱爐(12)升溫至反應溫度120°C ；
[0052]4、催化反應:原料氣在催化劑(13)表面反應生成產物；
[0053]5、產物分離純化:產物進入氣液分離器(15)進行氣液分離，未冷凝氣體進入尾氣收集利用裝置(16)進行再利用；冷凝液體進入第一精餾塔(17)進行第一次分離，第一精餾塔(17)下端流出物I進入草酸二甲酯儲罐(18)，第一精餾塔(17)上端流出物II進入第二精餾塔(19)進行第二次分離，第二精餾塔(19)上端流出物III進入副產物儲罐(21)，第二精餾塔(19)下端流出物IV進入碳酸二甲酯儲罐(20)。
[0054]上述實施例僅用于說明本實用新型公開的碳酸二甲酯催化劑裝置的組成、連接方式等，并不限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、部件的等同替換和改進等，均包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種CO氣相羰基化生產碳酸二甲酯的催化劑裝置，該裝置包括氣體控制管道系統(I)、固定床反應系統(2)、產物分離純化系統(3)，該裝置用于連接氣相色譜系統(4)； 其特征在于: 氣體控制管道系統(I)包括三路氣體控制管道，其中每一路均包括依次連接的輸氣管道、穩壓閥(5)、壓力表￠)、穩流閥(7)、質量流量控制器(8)和開關閥(9);三路氣體管道通過等徑四通接頭合并成一路氣體管道，合并后的管道上設有氣體混合箱(10)； 固定床反應系統(2)包括反應器(11)、加熱爐(12)、催化劑(13)和針形閥(14)，反應器(11)位于加熱爐(12)的中部，催化劑(13)位于反應器(11)的中部；產物分離純化系統(3)包括氣液分離器(15)、尾氣收集利用裝置(16)、第一精餾塔(17)、草酸二甲酯儲罐(18)、第二精餾塔(19)、碳酸二甲酯儲罐(20)和副產物儲罐(21)；氣相色譜系統(4)包括氣動十通閥(22)、氣動六通閥(23)、定量管(24)、閥控制器(25)、第一填充柱(26)、第二填充柱(27)、毛細管柱(28)、熱導檢測器(29)、氫火焰離子化檢測器(30)； 其中: 氣體混合箱(10)與反應器(11)的上端相連，反應器(11)的下端通過等徑三通接頭分為兩路，一路與氣液分離器(15)相連，另一路通過針型閥(14)與氣動十通閥(22)相連；氣液分離器(15)的上端出口管道與尾氣收集利用裝置(16)相連，下端出口管道連接第一精餾塔(17);第一精餾塔(17)的上端出口管道與第二精餾塔(19)相連，下端出口管道與草酸二甲酯儲罐(18)相連；第二精餾塔(19)的上端出口管道與副產物儲罐(21)相連，下端出口管道與碳酸二甲酯儲罐(20)相連； 氣動十通閥(22)與氣動六通閥(23)通過管道相連接，氣動十通閥(22)和氣動六通閥(23)上均設有定量管(24)，氣動十通閥(22)和氣動六通閥(23)與閥控制器(25)相連；氣動十通閥(22)連接第一填充柱(26)和第二填充柱(27)，第一填充柱(26)與熱導檢測器(29)相連；氣動六通閥(23)連接毛細管柱(28);毛細管柱(28)與氫火焰離子化檢測器(30)相連；氣動六通閥(23)的出氣管道與氣液分離器(15)的進氣管道相連。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:所述的三路氣體控制管道包括CO氣體管道、亞硝酸甲酯氣體管道和氮氣氬氣混合氣氣體管道。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:所述的加熱爐(12)的溫度范圍:室溫-600 V，控溫精度:± 0.2 °C。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:所述的第一精餾塔(17)和第二精餾塔(19)為層板塔或填料塔。
【文檔編號】C07C69/36GK204097372SQ201420170787
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年4月10日 優先權日:2014年4月10日
【發明者】徐忠寧, 郭國聰, 彭思艷 申請人:中國科學院福建物質結構研究所