CN114405418A - 甲醇和丙酸甲酯为原料生产甲基丙烯酸甲酯的系统及方法 - Google Patents
甲醇和丙酸甲酯为原料生产甲基丙烯酸甲酯的系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种甲醇和丙酸甲酯为原料生产甲基丙烯酸甲酯的系统及方法。本发明采用甲醇为原料,直接与丙酸甲酯反应生产甲基丙烯酸甲酯,丙酸甲酯转化率达到20~30%,甲基丙烯酸甲酯选择性达到70~90%。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域,具体涉及一种甲醇和丙酸甲酯为原料生产甲基丙烯酸甲酯的系统及方法。
背景技术
甲基丙烯酸甲酯,又称MMA,简称甲甲酯,是一种重要的化工原料,是生产透明塑料聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃,PMMA)的单体,甲基丙烯酸甲酯的生产技术以往多采用异丁烯法和氰化钠法,此外还有采用甲醛和丙酸甲酯为原料反应生产甲基丙烯酸甲酯。
发明内容
本发明的目的在于提供一种甲醇和丙酸甲酯为原料生产甲基丙烯酸甲酯的系统及方法。本发明采用甲醇为原料,直接与丙酸甲酯反应生产甲基丙烯酸甲酯,丙酸甲酯转化率达到20~30%,甲基丙烯酸甲酯选择性达到70~90%。
为了实现以上目的,本发明采用以下技术方案:
本发明一方面提供一种甲醇和丙酸甲酯为原料生产甲基丙烯酸甲酯的系统,该系统包括:原料来料管线、汽化器、预热器、加热炉、反应单元、催化剂再生单元、产物输出管线;
所述反应单元包括气提管反应器、第一沉降室和旋风分离器;所述气提管反应器的上部分套设于所述第一沉降室内,所述气提管反应器的顶部连接有第一旋风分离器,所述第一沉降室的内部在其顶部出口处设置有第二旋风分离器,所述第二旋风分离器的气体出口与所述第一沉降室的顶部出口连接;所述第一沉降室的底部设置有催化剂出口,与所述催化剂再生单元的入口连接,所述催化剂再生单元的出口与位于所述气提管反应器的下部分的催化剂入口连接;
所述原料来料管线依次连接所述汽化器、预热器和加热炉之后,与所述气提管反应器的底部原料入口连接;
所述第一沉降室的顶部出口与所述产物输出管线连接,所述产物输出管线经过所述预热器。
根据本发明的系统,优选地,所述气提管反应器位于所述第一沉降室内的上部分在侧壁上设置有孔道。
根据本发明的系统,优选地,所述第一沉降室在内腔底部设置有翻板,所述催化剂出口位于翻板以下。
根据本发明的系统,优选地,所述催化剂再生单元采用热空气再生,所述催化剂再生单元包括顶部气体出口和底部气体入口;
所述催化剂再生单元的底部气体入口连接有再生空气管线;所述再生空气管线经过空气预热器和所述加热炉之后,与所述再生气的底部气体入口连接;
所述顶部气体出口连接烟气管线,所述烟气管线经过所述空气预热器。
根据本发明的系统,优选地,所述催化剂再生单元包括提升管再生器、第二沉降室、边副罐和第三旋风分离器;
所述提升管再生器的上部分套设于所述第二沉降室内,且顶部连通所述第二沉降室的内腔;
所述边副罐的底部连接所述气提管反应器的催化剂入口,顶部连接所述第二沉降室;所述第三旋风分离器位于所述第二沉降室的外部,且其入口、顶部出口和底部出口均连接所述第二沉降室;
所述第一沉降室底部的催化剂出口与所述提升管再生器的底部连接;所述第二沉降室的顶部与所述烟气管线连接;所述再生空气管线与所述提升管再生器的底部连接。
根据本发明的系统,优选地,所述第一沉降室底部的催化剂出口与所述提升管再生器底部的连接管线上设置有第一氮气吹扫口,且其吹扫方向朝向所述第一沉降室。
根据本发明的系统,优选地,所述边副罐的底部与所述气提管反应器的催化剂入口之间的连接管线上设置有第二氮气吹扫口,且其吹扫方向朝向所述边副罐。
本发明另一方面提供一种使用以上系统进行份的甲醇和丙酸甲酯为原料生产甲基丙烯酸甲酯的方法,该方法包括以下过程:
原料来料管线输送甲醇与丙酸甲酯的混合物料,经过所述汽化器和预热器后进入加热炉加热至反应温度,进入所述气提管反应器;混合物料利用气力将气提管反应器内催化剂风送至气提管反应器顶部,在风送过程中催化剂对丙酸甲酯和甲醇进行催化作用,反应后得到反应产物;此时的反应产物中包含甲基丙烯酸甲酯和过量的甲醇;
所述反应产物从气提管反应器的顶部进入第一旋风分离器,从第一旋风分离器顶部输出后在第一沉降室的顶部汇集,并经第二旋风分离器分离进入产物输出管线输出;输出的反应产物进入所述预热器给进料预热回收热量,之后送至后续分离单元;
所述第一旋风分离器及第二旋风分离器分离出的催化剂沉降到第一沉降室底部,并进入所述催化剂再生单元进行催化剂再生并循环利用。
根据本发明的方法,优选地,所述反应温度为340~350℃。
根据本发明的方法,为了反应充分和后续的分离简便,优选地,所述丙酸甲酯与甲醇的摩尔比1:(11~12)。甲醇的用量直接影响反应的转化率和选择性。
根据本发明的方法,优选地,所述催化剂再生的温度为300~350℃。
根据本发明的方法,优选地,所述催化剂再生通过热空气作用进行,再生后的催化剂进入所述气提管反应器过程中使用氮气逆向吹扫,以防止空气随催化剂进入所述气提管反应器中。
本发明采用甲醇为原料,直接与丙酸甲酯反应生产甲基丙烯酸甲酯,丙酸甲酯转化率达到20~30%,甲基丙烯酸甲酯选择性达到70~90%。
附图说明
图1为本发明一优选方案中甲醇与丙酸甲酯生产甲基丙烯酸甲酯的系统及流程示意图。
附图标记说明:
1、原料来料管线;
2、汽化器;
3、预热器;
4、加热炉;
5、气提管反应器;
6、第一沉降室;
7、第一旋风分离器;
8、第二旋风分离器;
9、第一沉降室的顶部出口;
10、产物输出管线;
11、边副罐;
12、提升管再生器;
13、第二沉降室;
14、第三旋风分离器;
15、烟气管线;
16、空气预热器;
17、再生空气管线;
18、翻板。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。
本发明在此提供一优选方案,如图1所示,一种甲醇和丙酸甲酯为原料生产甲基丙烯酸甲酯的系统,该系统包括:原料来料管线1、汽化器2、预热器3、加热炉4、反应单元、催化剂再生单元、产物输出管线10。
所述反应单元包括气提管反应器5、第一沉降室6、第一旋风分离器7和第二旋风分离器8;所述气提管反应器5的上部分套设于所述第一沉降室6内,所述气提管反应器5的顶部连接有第一旋风分离器7,且所述气提管反应器5位于所述第一沉降室6内的上部分在侧壁上设置有孔道。所述原料来料管线1依次连接所述汽化器2、预热器3和加热炉4之后,与所述气提管反应器5的底部原料入口连接。
所述第一沉降室6的内部在其顶部出口处设置有第二旋风分离器8,所述第二旋风分离器8的气体出口与所述第一沉降室的顶部出口9连接;所述第一沉降室6的底部设置有催化剂出口,与所述催化剂再生单元的入口连接,所述催化剂再生单元的出口与位于所述气提管反应器5的下部分的催化剂入口连接。所述第一沉降室6在内腔底部设置有翻板18,所述催化剂出口位于翻板18以下。
所述第一沉降室6的顶部出口与所述产物输出管线10连接,所述产物输出管线10经过所述预热器3。
所述催化剂再生单元包括提升管再生器12、第二沉降室13、边副罐11和第三旋风分离器14。所述提升管再生器12的上部分套设于所述第二沉降室13内,且顶部连通所述第二沉降室13的内腔;所述边副罐11的底部连接所述气提管反应器5的催化剂入口,顶部连接所述第二沉降室13;所述第三旋风分离器14位于所述第二沉降室13的外部,且其入口、顶部出口和底部出口均连接所述第二沉降室13;所述第一沉降室6底部的催化剂出口与所述提升管再生器12的底部连接;所述第二沉降室13的顶部与所述烟气管线15连接;所述再生空气管线17经过所述空气预热器16和加热炉4与所述提升管再生器12的底部连接。
并且,所述第一沉降室6底部的催化剂出口与所述提升管再生器12底部的连接管线上设置有第一氮气吹扫口,且其吹扫方向朝向所述第一沉降室6。所述边副罐11的底部与所述气提管反应器5的催化剂入口之间的连接管线上设置有第二氮气吹扫口,且其吹扫方向朝向所述边副罐11。
使用以上系统进行的甲醇和丙酸甲酯为原料生产甲基丙烯酸甲酯的方法包括以下过程:
原料来料管线1输送甲醇与丙酸甲酯的混合物料,经过所述汽化器2和预热器3后进入加热炉4加热至反应温度340~350℃,进入所述气提管反应器5;混合物料利用气力将气提管反应器5内催化剂风送至气提管反应器5顶部,在风送过程中催化剂对丙酸甲酯和甲醇进行催化作用,丙酸甲酯全部反应后得到甲基丙烯酸甲酯和过量的甲醇。丙酸甲酯与甲醇的摩尔比1:(11~12),甲醇量的多少直接影响反应的转化率和选择性。反应产物伴随催化剂一并到达气提管反应器5上部后一部分催化剂和反应产物通过侧边孔道进入第一沉降室6,气体从气提管反应器5顶部进入第一旋风分离器7,从第一旋风分离器7顶部出去后在第一沉降室6顶部汇集,通过第二旋风分离器8后进入预热器3给进料预热后,送至后续分离单元。
气体汇集过程中产生的夹带的催化剂通过第一沉降室6顶部连接的第二旋风分离器8分离后流到第一沉降室6底部,从气提管反应器5上部侧边孔道夹带出的催化剂通过第一沉降室6沉降后落到底部,所有到达底部的催化剂通过翻板18后进入第一沉降室6最底部,通过与最底部相连的管线进入提升管再生器12,第一沉降室6与提升管再生器12相连的管道通过滑阀来控制流量,在滑阀上游通过氮气吹扫控制物料不进入到提升管再生器12中。
空气经过空气预热器16预热后进入加热炉4加热至再生温度,再生温度控制在300~350℃之间,温度越高再生速度越快,再生器尺寸越小。热空气带动从反应单元过来的催化剂进入提升管再生器12,出下部管道后在第二沉降室13内进行螺旋上升,期间催化剂与热空气作用将催化剂再生,上升过程中催化剂通过重力作用与热空气进行分离,催化剂沉降至底部流进边副罐11中,被催化剂夹带的气体在边副罐11底部氮气吹扫至顶部进入第二沉降室13,防止空气随催化剂进入反应单元中。边副罐11中的热空气从顶部返回第二沉降室13,与第二沉降室13中的其他热空气一同从顶部流出,进入空气预热器16回收热量后以烟气的形式送去烟囱。热空气在再生器中上升到顶部时夹带的催化剂通过外置的第三旋风分离器14分离后催化剂回到第二沉降室13,热空气回到第二沉降室13顶部。
应用例
本应用例采用图1系统和流程,使用甲醇和丙酸甲酯为原料生产甲基丙烯酸甲酯。
丙酸甲酯纯度为99.5wt%,进料流量为1t/h;甲醇纯度为99.9wt%,进料流量为2.8t/h。将两股物料混合后用泵加压至0.3MPaG,通过汽化器加热至135℃后进入预热器,加热至240℃进入加热炉,在加热炉加热至320℃进入反应单元。
反应出料为甲基丙烯酸甲酯、甲醇、丙酸甲酯、水及其他。具体组成见下表1:
表1反应出料组成
物料名称 | 出口流量(t/h) | 质量比(%) |
甲基丙烯酸甲酯 | 0.30 | 7.86 |
甲醇 | 2.69 | 70.81 |
丙酸甲酯 | 0.70 | 18.42 |
水 | 0.06 | 1.61 |
其他 | 0.05 | 1.30 |
进料中丙酸甲酯含量为1t/h,纯度为99.5%,其中含纯丙酸甲酯量为0.995t/h;出料中丙酸甲酯含量为0.70t/h,反应转化了0.295t/h,转化率为0.295/0.995=29.6%。
进料中丙酸甲酯含量为1t/h,纯度为99.5%,其中含纯丙酸甲酯量为0.995t/h,出料中丙酸甲酯含量为0.70t/h,反应转化了0.295t/h,甲醇与丙酸甲酯反应生成甲基丙烯酸甲酯的物料平衡如下:
经过上述计算0.30t/h纯丙酸甲酯经过反应可以转化为0.35t/h甲基丙烯酸甲酯,但反应出料中甲基丙烯酸甲酯含量为0.30t/h,反应对甲基丙烯酸甲酯选择性为0.30/0.35=85.7%。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种甲醇和丙酸甲酯为原料生产甲基丙烯酸甲酯的系统,其特征在于,该系统包括:原料来料管线、汽化器、预热器、加热炉、反应单元、催化剂再生单元、产物输出管线;
所述反应单元包括气提管反应器、第一沉降室、第一旋风分离器和第二旋风分离器;所述气提管反应器的上部分套设于所述第一沉降室内,所述气提管反应器的顶部连接有第一旋风分离器,所述第一沉降室的内部在其顶部出口处设置有第二旋风分离器,所述第二旋风分离器的气体出口与所述第一沉降室的顶部出口连接;所述第一沉降室的底部设置有催化剂出口,与所述催化剂再生单元的入口连接,所述催化剂再生单元的出口与位于所述气提管反应器的下部分的催化剂入口连接;
所述原料来料管线依次连接所述汽化器、预热器和加热炉之后,与所述气提管反应器的底部原料入口连接;
所述第一沉降室的顶部出口与所述产物输出管线连接,所述产物输出管线经过所述预热器。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述气提管反应器位于所述第一沉降室内的上部分在侧壁上设置有孔道。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述第一沉降室在内腔底部设置有翻板,所述催化剂出口位于翻板以下。
4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述催化剂再生单元采用热空气再生,所述催化剂再生单元包括顶部气体出口和底部气体入口;
所述催化剂再生单元的底部气体入口连接有再生空气管线;所述再生空气管线经过空气预热器和所述加热炉之后,与所述再生气的底部气体入口连接;
所述顶部气体出口连接烟气管线,所述烟气管线经过所述空气预热器。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述催化剂再生单元包括提升管再生器、第二沉降室、边副罐和第三旋风分离器;
所述提升管再生器的上部分套设于所述第二沉降室内,且顶部连通所述第二沉降室的内腔;
所述边副罐的底部连接所述气提管反应器的催化剂入口,顶部连接所述第二沉降室;所述第三旋风分离器位于所述第二沉降室的外部,且其入口、顶部出口和底部出口均连接所述第二沉降室;
所述第一沉降室底部的催化剂出口与所述提升管再生器的底部连接;所述第二沉降室的顶部与所述烟气管线连接;所述再生空气管线与所述提升管再生器的底部连接;
优选地,所述第一沉降室底部的催化剂出口与所述提升管再生器底部的连接管线上设置有第一氮气吹扫口,且其吹扫方向朝向所述第一沉降室;
优选地,所述边副罐的底部与所述气提管反应器的催化剂入口之间的连接管线上设置有第二氮气吹扫口,且其吹扫方向朝向所述边副罐。
6.一种使用权利要求1-5任一项所述系统进行份的甲醇和丙酸甲酯为原料生产甲基丙烯酸甲酯的方法,其特征在于,该方法包括以下过程:
原料来料管线输送甲醇与丙酸甲酯的混合物料,经过所述汽化器和预热器后进入加热炉加热至反应温度,进入所述气提管反应器;混合物料利用气力将气提管反应器内催化剂风送至气提管反应器顶部,在风送过程中催化剂对丙酸甲酯和甲醇进行催化作用,反应后得到反应产物;
所述反应产物从气提管反应器的顶部进入第一旋风分离器,从第一旋风分离器顶部输出后在第一沉降室的顶部汇集,并经第二旋风分离器分离进入产物输出管线输出;输出的反应产物进入所述预热器给进料预热回收热量;
所述第一旋风分离器及第二旋风分离器分离出的催化剂沉降到第一沉降室底部,并进入所述催化剂再生单元进行催化剂再生并循环利用。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述反应温度为340~350℃。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述丙酸甲酯与甲醇的摩尔比1:(11~12)。
9.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述催化剂再生的温度为300~350℃。
10.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述催化剂再生通过热空气作用进行,再生后的催化剂进入所述气提管反应器过程中使用氮气逆向吹扫,以防止空气随催化剂进入所述气提管反应器中。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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