CN217358201U - 反应热综合利用系统及碳酸二甲酯的生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及化工设备，公开了一种反应热综合利用系统及碳酸二甲酯的生产系统，包括反应器(5)、换热器、反应产物输送管(51)和原料输送管，所述换热器内包括适于相互换热的原料通道和产物通道，所述原料通道的两端分别与所述原料输送管相连接，所述产物通道的两端分别与所述反应产物输送管(51)相连接，且所述反应产物输送管(51)与所述反应器(5)的反应产物出口相连通，所述原料输送管与所述反应器(5)的原料进口相连通，所述产物通道的两端设置有旁路(6)。本实用新型能够高效利用提取出的气相物料的温度对原料进行预加热，降低蒸汽和冷凝水的消耗量，从而提高经济效益，降低能耗。

Description

反应热综合利用系统及碳酸二甲酯的生产系统

技术领域

本实用新型涉及化工设备，尤其是涉及一种反应热综合利用系统。另外，还涉及一种碳酸二甲酯的生产系统。

背景技术

碳酸二甲酯简称DMC，常温下是一种无色透明、有刺激性气味的液体，可燃，无毒，可被生物降解。碳酸二甲酯是一种重要的有机化工中间体，由于其分子结构中含有羰基、甲基、甲氧基和羰基甲氧基，因而可用于羰基化、甲基化、甲氧基化和羰基甲基化等有机合成反应；由于DMC无毒，可替代剧毒的光气、氯甲酸甲酯、硫酸二甲酯等作为甲基化剂或羰基化剂使用，提高生产操作的安全性，降低环境污染；作为溶剂，DMC可替代氟里昂、三氯乙烷、三氯乙烯、苯、二甲苯等用于油漆涂料、清洁溶剂等；作为汽油添加剂，DMC可提高其辛烷值和含氧量，进而提高其抗爆性；DMC还可作清洁剂、表面活性剂和柔软剂的添加剂，总之DMC具有非常广泛的用途。

现有碳酸二甲酯合成的工艺路线主要包括光气法、甲醇氧化羰基化法(包括液相法和气相法)、酯交换法和尿素醇解法(包括间接尿素醇解法和直接尿素醇解法)。其中，甲醇氧化羰基化法以甲醇、CO、O₂为原料，在催化剂作用下通过甲醇的氧化和羰基化来合成DMC。

在合成的过程中，反应器顶部出来的气相物料带有大量热量，此物料需要通过冷凝来进行气液分离，提取反应产物DMC，由于原料进料温度较低，因此需要对原料进行加热，以及需要对提取出的气相物料进行冷凝分离出反应产物DMC，目前，通常采用蒸汽加热物料，然后将物料输入反应器，或直接将物料输入反应器后在反应器内加热，此种方式需要消耗大量蒸汽；另外，在对反应产物进行冷凝时也需要消耗大量循环冷却水。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供了一种反应热综合利用系统，能够利用提取出的气相物料的温度对原料进行预加热，降低蒸汽和循环冷却水的消耗量，从而提高经济效益，降低能耗。

本实用新型第二方面提供了一种碳酸二甲酯的生产系统，能够通过反应产物对原料进行预热，从而降低能耗，提高经济效益。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种反应热综合利用系统，包括反应器、换热器、反应产物输送管和原料输送管，所述换热器内包括适于相互换热的原料通道和产物通道，所述原料通道的两端分别与所述原料输送管相连接，所述产物通道的两端分别与所述反应产物输送管相连接，且所述反应产物输送管与所述反应器的反应产物出口相连通，所述原料输送管与所述反应器的原料进口相连通，所述产物通道的两端设置有旁路。

优选地，所述换热器和所述原料输送管均设置有至少两个，每个所述换热器的所述原料通道的两端分别与一个所述原料输送管相连接，且所述产物通道均与所述反应产物输送管相连接。通过该优选技术方案，通过设置至少两个换热器和原料输送管，以能够将不同的原料分别进行不同程度的预加热，以保证输入反应器内的原料温度适宜。

进一步优选地，所述换热器包括第一换热器和第二换热器，所述原料输送管包括第一原料输送管和第二原料输送管，所述第一原料输送管包括第一原料进料管道和第一原料出料管道，所述第二原料输送管包括第二原料进料管道和第二原料出料管道，所述第一原料输送管用于输送甲醇，所述第一换热器的所述原料通道的一端与所述第一原料进料管道相连接，另一端与所述第一原料出料管道相连接，所述第一原料出料管道与所述反应器相连；所述第二原料输送管用于输送混合气体，所述第二换热器的所述原料通道的一端与所述第二原料进料管道相连接，另一端与所述第二原料出料管道相连接，所述第二原料出料管道与所述反应器相连。通过该优选技术方案，将换热器的产物通道和原料通道分别与不同分类的连接管路相连，以保证原料和反应产物之间互不干涉，并保证原料与反应产物之间能够有效换热。

优选地，所述第一换热器、第二换热器依次连接在所述反应产物输送管上。通过该优选技术方案，通过将第一换热器和第二换热器通过反应产物输送管依次与反应器相连，以使得在对第一换热器内的甲醇进行预加热时，能够保证第一换热器内的原料能够吸收更多的热量，温度上升的更高，而第二换热器内的混合气体换热后吸收的热量相对较少，温度上升的较低。

进一步优选地，所述第一原料出料管道和第二原料出料管道上还设置有温度传感器，所述旁路上均设置有第一控制阀，所述反应产物输送管上设置有第二控制阀，且所述第二控制阀设置在所述旁路的进料口与出料口之间的所述反应产物输送管上，以能够通过所述温度传感器对所述第一换热器和所述第二换热器内输出的原料温度进行监测，并根据检测到的温度控制所述第一控制阀和所述第二控制阀的开度大小，以此来控制流入所述换热器内的高温反应产物的流量大小，以保证达到所预定的预热温度。通过该优选技术方案，在第一、第二原料出料管道上设置有温度传感器，通过温度传感器能够对管道内的温度进行监测，以能够根据监测到的温度对旁路的流量大小进行调节，从而保证输入反应器内的原料与反应产物之间的经过换热后，能够达到所预定的预热温度。

优选地，所述第一原料进料管道上还设置有流量控制阀，以能够通过所述流量控制阀控制所述第一原料进料管道通流量的大小。该优选技术方案，通过流量控制阀对原料进料管道内甲醇的通流量大小进行控制，以此来保证进入反应器内的甲醇能够充分反应。

进一步优选地，所述反应器上还设有液位传感器，所述液位传感器与设置在所述第一原料进料管道的流量控制阀连接，以能够通过所述液位传感器测量所述反应器内液位的高低，并根据所检测到的液位信息调节所述流量控制阀的阀口大小。通过该优选技术方案，液位传感器与流量控制阀连接，使得能够通过液位传感器对第一原料进料管道的通流量大小进行控制，以避免反应器内的甲醇过多，避免反应器内的甲醇在反应过程中从反应器内溢出。

优选地，所述第二原料出料管道包括第一连接支路和第二连接支路，并通过所述第一连接支路和所述第二连接支路与所述反应器相连通。通过该优选技术方案，将第二原料出料管分成第一连接支路和第二连接支路，从而使得原料能够从不同的位置进入反应器内，以保证混合气能够在反应器与甲醇快速充分的产生反应避免反应不完全，提高反应效率。

进一步优选地，所述第一连接支路和所述第二连接支路上均设置有流量控制阀，以能够通过所述流量控制阀对所述第一连接支路和所述第二连接支路的通流量分别进行调节。通过该优选技术方案，在第一连接支路和第二连接支路上均设置有流量控制阀，通过流量控制阀对第一连接支路和第二连接支路的通流量大小进行控制，以此保证输入反应器内的甲醇和混合气能够充分反应。

本实用新型提供了一种碳酸二甲酯的生产系统，其特征在于，包括本实用新型第一方面所提供的反应热综合利用系统，所述换热器为管式换热器。

通过上述技术方案，本实用新型提供的反应热综合利用系统，通过将反应器内产出的反应产物所蕴含的热量加以利用，通过将反应产物与原料输入换热器内进行换热，从而能够实现反应产物对原料的预加热，并且旁路的设置能够避免输入反应器内的原料温度过高，通过换热器和旁路的设置，能够使得反应产物的热量能够被利用，又能够避免输入反应器时原料的温度过高，另外，采用反应产物与原料进行热交换提高了经济效益，降低了能耗。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为本实用新型的反应热综合利用系统的化工流程示意图。

附图标记

1 分离罐 2 冷凝器

3 第二换热器 31 第二原料进料管道

32 第二原料出料管道 321 第一连接支路

322 第二连接支路 4 第一换热器

41 第一原料进料管道 42 第一原料出料管道

5 反应器 51 反应产物输送管

6 旁路 6a 第一控制阀

6b 第二控制阀

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，术语“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的反应热综合利用系统的一个实施例，包括反应器5、换热器、反应产物输送管51和原料输送管，换热器采用管壳式换热器，在该换热器内设置有两条适于相互换热的原料通道和产物通道，原料通道的两端分别与原料输送管相连接，产物通道的两端分别与反应产物输送管51相连接，通过将原料通过原料输送管输入到原料通道内，反应器5产出的高温气相物料从反应器5顶部通过反应产物输送管51输送到产物通道内，在换热器内，高温的气相物料与低温的原料之间产生热交换，经过热交换后，高温的气相物料将原料进行预加热，经过加热后的原料再次通过原料输送管输入至反应器5内，经过上述操作后，高温的气相物料温度降低，当该气相物料进入冷凝器2和分离罐1中进行冷凝分离物料时，由于产出的气相物料温度降低，因此所需的循环冷却水减少，另外，由于原料经过与高温气相物料之间的换热过程，当原料进入到反应器5内后，经过少许的加热过程即可在反应器内达到反应所需的温度，并且降低了能耗，相对于传统装置中没有对热量进行有效利用的方案，本实用新型将产出的气相物料与原料进行换热，而非采用高温蒸汽对原料进行加热，相比而言，节约了0.6MPa蒸汽1.4t/h，冷却水86.5t/h，有效提高了经济效率，降低了能耗。另外，反应产物输送管51与反应器5的反应产物出口相连通，原料输送管与反应器5的原料进口相连通，并且在换热器产物通道的两端设置有旁路6，并且在旁路6上设有第一控制阀6a，反应产物输送管51上设置有第二控制阀6b，且第二控制阀6b设置在旁路6的进料口与出料口之间的反应产物输送管5a上，通过旁路6的设置能够使得部分反应产物进入换热器内与原料进行换热，使原料与高温反应产物进行热交换后能够达到预设的温度。另外，通过控制第一控制阀6a和第二控制阀6b能够对输入换热器内的高温反应产物的量进行控制，当换热器所在管路不需要进行换热时，即可关闭第二控制阀6b，使高温反应产物不从反应产物输送管51中流通，全部从旁路6中流通；而当换热器内的原料需要进行换热时，通过控制第一控制阀6a和第二控制阀6b的开度大小，即可控制高温反应产物在旁路6以及反应产物输送管51中的流量大小，以此来防止输入换热器内的高温反应产物与原料之间过度换热，从而有效避免输入反应器5内的原料温度过高。

本实用新型的反应热综合利用系统的一个实施例，换热器和原料输送管均设置有至少两个，每个换热器的原料通道的两端分别与一个原料输送管相连接，并且产物通道均与反应产物输送管51相连接，设置至少两个换热器能够将反应产物与至少两种原料进行热交换，进而能够有效提高反应产物所蕴含热能的利用效率。

本实用新型的反应热综合利用系统的一个实施例，换热器包括第一换热器4和第二换热器3，原料输送管包括第一原料输送管和第二原料输送管，其中，第一原料输送管包括第一原料进料管道41和第一原料出料管道42，第二原料输送管包括第二原料进料管道31和第二原料出料管道32，第一原料输送管用于输送甲醇，即第一换热器4为甲醇换热器，第一换热器4的原料通道一端与第一原料进料管道41相连接，另一端与第一原料出料管道42相连接，第一原料出料管道42与反应器5相连，通过将甲醇通过第一原料输送管输入到第一换热器4内与反应产物进行换热，此时产出的高温气相物料的温度在100℃-125℃之间，压力在2MPa-3MPa之间，首先将高温气相物料输入到第一换热器4内的产物通道内，再将甲醇输入到第一换热器4的原料通道内，高温的气相物料在第一换热器4内将甲醇进行加热，使得甲醇从初始的60℃-90℃之间升温到95℃-110℃之间，以此来实现对甲醇的预加热；同样的，第二原料输送管用于输送混合气体，即第二换热器3为混合气换热器，第二换热器3的原料通道的一端与第二原料进料管道31相连接，另一端与第二原料出料管道32相连接，第二原料出料管道32与反应器5相连，当高温的气相物料在第一换热器4内与甲醇经过换热后，温度从100℃-125℃之间下降至80℃-100℃左右，此时进入第二换热器3，并对其中的混合气体进行加热，将混合气体从常温升至70℃-90℃左右，相比于常温进入反应器对反应器5内的温度影响较小。

本实用新型的反应热综合利用系统的一个实施例，第一换热器4、第二换热器3依次通过反应产物输送管51与反应器5的反应产物出口相连，反应器5的反应产物出口通过反应产物输送管51首先与第一换热器4的产物通道一端相连，第一换热器4的产物通道另一端同样连接有反应产物输送管51，并通过反应产物输送管51将第一换热器4的产物通道与第二换热器3的产物通道相连通，以此来实现第一换热器4与第二换热器3的顺次连接，通过将第一换热器4与第二换热器3顺次连接能够利用反应产物所蕴含的热能依次对甲醇、一氧化碳和氧气的混合气体进行加热，并且由于甲醇所需升高的温度较高，一氧化碳和氧气的混合气体所需升高的温度较低，因此，首先将反应产物与甲醇进行换热，再与一氧化碳和氧气的混合气体进行换热，以此能够有效利用反应产物所蕴含的热能，提高了整体的经济效益，降低了能耗。

本实用新型的反应热综合利用系统的一种实施方式，第一换热器4、第二换热器3分别通过反应产物输送管51与反应器5的反应产物出口相连，即将反应器5的反应产物出口输出的高温反应产物分成两部分，一部分与第一换热器4相连，另一部分与第二换热器3相连，因此，从反应器5的反应产物出口输出的反应产物能够同时在第一换热器4和第二换热器3内参与换热工作，通过控制旁路第一控制阀的开度以此来保证反应器内的压力稳定，并且采用第一换热器4和第二换热器3同时进行换热能够进一步提高整体的换热效率。

本实用新型的反应热综合利用系统的一些实施例，在第一原料进料管道41上还设置有流量控制阀，通过流量控制阀对第一原料进料管道41的通流量大小进行控制，在反应器5上还设置有液位传感器，将液位传感器与第一原料进料管道41上的流量控制阀连接，通过液位传感器对反应器5内的甲醇的液位信息进行检测，当液位传感器检测到反应器5内甲醇的液位较低时，则将该液位信息传输至流量控制阀，此时流量控制阀提高第一原料进料管道41的通流量，使得输入反应器5内的甲醇量提高，以满足反应需求；当液位传感器检测到反应器5内的原来液位较高时，则控制第一原料进料管道41上的流量控制阀的阀口大小，将该流量控制阀的阀口调小，以避免输入反应器5内的甲醇过多，防止过量的甲醇在反应过程中从反应器5内溢出。

本实用新型的反应热综合利用系统的一种实施方式，第二原料出料管还包括第一连接支路321和第二连接支路322，并且第一连接支路321和第二连接支路322均与反应器5相连通，使得输入的混合气体能够从任意一条或同时从两条连接支路向反应器5输送混合气体，并且在第一连接支路321和第二连接支路322上均设置有流量控制阀，通过流量控制阀能够对第一连接支路321和第二连接支路322的通流量大小进行调节，以此来保证第一连接支路321和第二连接支路322进入反应器5内的混合气体的流量平衡，另外设置有两条支路同时从反应器5的不同位置进行一氧化碳和氧气的混合气体的输入，从而能够降低反应产物在反应器5内的水解，提高反应产物的收率，相对于单独进一氧化碳和氧气的混合气，混合气体在反应器5下部的浓度较高，在催化剂的作用下，一氧化碳、氧气混合气体在与甲醇反应生成DMC的同时，一氧化碳和氧气还会发生副反应生成二氧化碳，当到达反应器5上部时，氧气含量极低或无氧气，导致反应器5上部几乎无法合成DMC，从而造成DMC产量降低且催化剂和甲醇利用率低，两条支路同时进料保证了反应器5上部也可以参与反应，以此来提高产品的产量。

本实用新型的碳酸二甲酯的生产系统的一个实施例，使用了本实用新型任一实施例中的反应热综合利用系统，因此也具有上述优点。

在本实用新型的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“一种实施方式”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本实用新型中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种反应热综合利用系统，其特征在于，包括反应器(5)、换热器、反应产物输送管(51)和原料输送管，所述换热器内包括适于相互换热的原料通道和产物通道，所述原料通道的两端分别与所述原料输送管相连接，所述产物通道的两端分别与所述反应产物输送管(51)相连接，且所述反应产物输送管(51)与所述反应器(5)的反应产物出口相连通，所述原料输送管与所述反应器(5)的原料进口相连通，所述产物通道的两端设置有旁路(6)。

2.根据权利要求1所述的反应热综合利用系统，其特征在于，所述换热器和所述原料输送管均设置有至少两个，每个所述换热器的所述原料通道的两端分别与一个所述原料输送管相连接，且所述产物通道均与所述反应产物输送管(51)相连接。

3.根据权利要求2所述的反应热综合利用系统，其特征在于，所述换热器包括第一换热器(4)和第二换热器(3)，所述原料输送管包括第一原料输送管和第二原料输送管，所述第一原料输送管包括第一原料进料管道(41)和第一原料出料管道(42)，所述第二原料输送管包括第二原料进料管道(31)和第二原料出料管道(32)，所述第一原料输送管用于输送甲醇，所述第一换热器(4)的所述原料通道的一端与所述第一原料进料管道(41)相连接，另一端与所述第一原料出料管道(42)相连接，所述第一原料出料管道(42)与所述反应器(5)相连；所述第二原料输送管用于输送混合气体，所述第二换热器(3)的所述原料通道的一端与所述第二原料进料管道(31)相连接，另一端与所述第二原料出料管道(32)相连接，所述第二原料出料管道(32)与所述反应器(5)相连。

4.根据权利要求3所述的反应热综合利用系统，其特征在于，所述第一换热器(4)、第二换热器(3)依次连接在所述反应产物输送管(51)上。

5.根据权利要求3所述的反应热综合利用系统，其特征在于，所述第一原料出料管道(42)和第二原料出料管道(32)上还设置有温度传感器，所述旁路(6)上均设置有第一控制阀(6a)，所述反应产物输送管(51)上设置有第二控制阀(6b)，且所述第二控制阀(6b)设置在所述旁路(6)的进料口与出料口之间的所述反应产物输送管(51)上，通过所述温度传感器对所述第一换热器(4)和所述第二换热器(3)内输出的原料温度进行检测，并根据检测到的温度控制所述第一控制阀(6a)和所述第二控制阀(6b)的开度大小，以此来控制流入所述换热器内的高温反应产物的流量大小，以保证达到所预定的预热温度。

6.根据权利要求3所述的反应热综合利用系统，其特征在于，所述第一原料进料管道(41)上还设置有流量控制阀，以能够通过所述流量控制阀控制所述第一原料进料管道(41)通流量的大小。

7.根据权利要求3所述的反应热综合利用系统，其特征在于，所述反应器(5)上还设有液位传感器，所述液位传感器与设置在所述第一原料进料管道(41)上的流量控制阀连接，以能够通过所述液位传感器测量所述反应器(5)内液位的高低，并根据所检测到的液位信息调节所述流量控制阀的阀口大小。

8.根据权利要求3所述的反应热综合利用系统，其特征在于，所述第二原料出料管道(32)包括第一连接支路(321)和第二连接支路(322)，并通过所述第一连接支路(321)和所述第二连接支路(322)与所述反应器(5)相连通。

9.根据权利要求8所述的反应热综合利用系统，其特征在于，所述第一连接支路(321)和所述第二连接支路(322)上均设置有流量控制阀，以能够通过所述流量控制阀对所述第一连接支路(321)和所述第二连接支路(322)的通流量分别进行调节。

10.一种碳酸二甲酯的生产系统，包括权利要求1-9中任一项所述的反应热综合利用系统，其特征在于，所述换热器设置为管壳式换热器。

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