专利名称：一种甲醇羰基化法制备甲酸甲酯的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种甲酸甲酯的制备方法及其装置，尤其涉及一种甲醇羰基化法制备甲酸甲酯的方法及其装置。
背景技术：
甲酸甲酯(methyl formate，MeF，MF)是重要的甲醇衍生物和重要的化工原料之一。甲酸甲酯的传统制备方法是由甲酸和甲醇的酯化反应合成的。20世纪80年代以来，新的甲酸甲酯合成方法不断开发研究，特别是应用于工业化生产的甲醇羰基化法和甲醇脱氢法制备甲酸甲酯，使生产甲酸甲酯的成本大幅下降，同时也促进了甲酸甲酯应用领域的不断扩大。
目前，甲醇羰基化法生产甲酸甲酯的工艺分为甲酸甲酯的合成和甲酸甲酯的精馏分离。由于受反应平衡的限制，反应液从反应器底部循环物料中采出时，存在采出物料中甲酸甲酯含量太低，其中按重量百分比计，甲酸甲酯的含量为18～25％，甲醇的含量为75～82％，甲酸甲酯分离系统中甲醇循环分离的负荷偏大，而且催化剂随着物料一起排出合成系统，催化剂消耗高，对系统及环境造成一定的污染。该工艺由于液相中甲酸甲酯含量始终保持着接近平衡的浓度，致使甲酸甲酯合成反应的推动力不大，生产装置的设备相对庞大、效能较低、操作复杂，而且单位产品的生产能耗很高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种克服上述不足、在甲醇羰基合成系统催化剂保有量一定的前提下、提高采出物中甲酸甲酯含量的制备方法及其装置。
本发明的技术方案是一种甲醇羰基化法制备甲酸甲酯的方法，按重量百分比计，62～68％的甲醇、31～38％的一氧化碳和0.15～0.2％的催化剂进入反应器，在反应温度75～95℃、反应系统压力2.0～4.0MPa的条件下进行甲酸甲酯合成反应；反应产物蒸汽依次通过反应器上部精馏区内的甲酸甲酯分离区、冷凝器、尾凝器，经气相冷凝分离得甲酸甲酯的粗产品混合液。
所述甲酸甲酯反应器底部连接一循环换热器；经冷凝器、尾凝器冷凝的含有甲酸甲酯和甲醇的循环物料一部分采出，另一部分通过U型管进入甲酸甲酯反应器。
所述甲酸甲酯分离区的温度为80～105℃，冷凝器内的冷凝温度为25～45℃。
所述催化剂为甲醇钠或甲醇钾。
所述甲酸甲酯分离区内设有规整填料或塔板。
所述甲酸甲酯分离区内设有盘式闪蒸器。
作为实现上述方法的第一种技术方案是一种甲醇羰基化法制备甲酸甲酯的装置，包括甲酸甲酯反应器，所述甲酸甲酯反应器的顶部内设有甲酸甲酯分离区，底部分别与CO循环喷射器的出口和循环换热器的一端口连接，所述底部还设有CO进口；所述甲酸甲酯分离区与冷凝器、尾凝器依次气相相连，所述冷凝器的液相出口与尾凝器的液相出口相连并通过U型管与所述甲酸甲酯反应器相通，并与中间槽的进口相连；所述尾凝器的另一出口与尾气放空控制系统相通，并与CO循环喷射器的进口相连；所述循环换热器的另一端口与所述甲酸甲酯分离区的底部相通。
所述甲酸甲酯分离区内设有规整填料或塔板。
作为实现上述方法的第二种技术方案是一种甲醇羰基化法制备甲酸甲酯的装置，所述甲酸甲酯反应器的顶部外设有甲酸甲酯分离区，底部分别与CO循环喷射器的出口和循环换热器的一端口连接，所述底部还设有CO进口；所述甲酸甲酯分离区与冷凝器、尾凝器依次气相相连，所述冷凝器的液相出口与尾凝器的液相出口相连并与中间槽的进口相连，所述中间槽的出口通过U型管与所述甲酸甲酯分离区的底部相通，所述尾凝器的另一出口与尾气放空控制系统相通，并与CO循环喷射器的进口相连；所述循环换热器的另一端口与所述甲酸甲酯分离区的底部相通。
所述甲酸甲酯分离区内设有盘式闪蒸器。
本发明的有益效果在于采用本发明甲醇羰基化法制备甲酸甲酯的方法及其装置，从气相冷凝分离得甲酸甲酯的粗产品混合液中甲酸甲酯的含量为65～85％、甲醇的含量为35～15％，在同等甲酸甲酯产能下，单位甲酸甲酯的甲醇入塔量下降50～85％，催化剂用量下降50～85％；反应产物甲酸甲酯和部分甲醇通过气相冷凝采出，催化剂保留在反应器内，提高了催化剂的利用率，避免了催化剂在物料采出时的流失，降低了催化剂的消耗，避免催化剂盐泥对环境的污染威胁和因催化剂堵塞所进行的清洗而带来的环境污染。经反应精馏分离了甲酸甲酯后的循环液中甲酸甲酯含量≤5％，补充新鲜甲醇后的甲酸甲酯浓度≤4.5％，甲酸甲酯合成反应的推动力较大，系统设备相对较小，降低了装置的投资费用，节约投资约50％。节约能耗约60％，降低生产投资规模。
下面通过附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不仅限于实施例中所涉及的内容。
图1是本发明甲醇羰基化法制备甲酸甲酯的第一种工艺流程。
图2是本发明甲醇羰基化法制备甲酸甲酯的第二种工艺流程。
具体实施例方式
本发明采用反应精馏工艺通过甲醇羰基化法制备甲酸甲酯。
根据附图1，在现有甲酸甲酯反应器的基础上，反应器的顶部内设有带规整填料或塔板的MF分离区，MF分离区的顶部出口与冷凝器的进口相连，冷凝器的气相出口与尾凝器的气相进口相连，其液相出口与尾凝器的液相出口相通，与中间槽的进口相连，并通过U型管与反应器相连；尾凝器的另一出口与尾气放空控制系统相通，并与CO循环喷射器的进口相连，CO循环喷射器的一出口与反应器底部一进口相通，反应器底部出口与循环换热器的进口相连，循环换热器的出口与反应器中MF分离区下方部分相通。
在反应温度75～95℃、反应系统压力2.0～4.0MPa的条件下，按按重量百分比计，64％甲醇、0.15％的甲醇钠送入反应器，35.85％的CO通过循环喷射器从反应器底部的另一进口进入反应器。含有浓度18～25％甲酸甲酯的液相循环物料进入80～105℃的MF分离区，在CO循环喷射器的作用下，气相中的甲酸甲酯和甲醇饱和蒸汽随之被带入到25～45℃的冷凝器内被冷凝，分离得不含催化剂的含量为65～85％甲酸甲酯和含量为15～35％甲醇的冷凝液，通过中间槽采出。
根据附图2，反应器的顶部出口与MF分离区的进口相连，MF分离区的一出口与冷凝器的进口相连，冷凝器的气相出口与尾凝器的气相进口相连，其液相出口与尾凝器的液相出口相通，并与中间槽的进口相连；中间槽的出口通过U型管与MF分离区的另一出口相连；尾凝器的另一出口与尾气放空控制系统相通，并与CO循环喷射器的进口相连，CO循环喷射器的一出口与反应器底部一进口相通，反应器底部另一进口与循环换热器的出口相连，循环换热器的进口与MF分离区的出口相通。其中MF分离区内设有盘式闪蒸器。
在反应温度75～95℃、反应系统压力2.0～4.0MPa的条件下，按重量百分比计，66％甲醇、0.2％的甲醇钾送入MF分离区与循环换热器之间的连接管内，33.8％的CO通过反应器底部的进口进入反应器。含有浓度18～25％甲酸甲酯的液相循环物料进入85～95℃的MF分离区，在CO循环喷射器的作用下，气相中的甲酸甲酯和甲醇饱和蒸汽随之被带入到25～45℃的冷凝器内被冷凝，分离得不含催化剂的含量为65～85％甲酸甲酯和含量为15～35％甲醇的冷凝液，通过中间槽采出。
权利要求
1.一种甲醇羰基化法制备甲酸甲酯的方法，按重量百分比计，62～68％的甲醇、31～38％的一氧化碳和0.15～0.2％的催化剂进入反应器，在反应温度75～95℃、反应系统压力2.0～4.0MPa的条件下进行甲酸甲酯合成反应；反应产物蒸汽依次通过反应器上部精馏区内的甲酸甲酯分离区、冷凝器、尾凝器，经气相冷凝分离得甲酸甲酯的粗产品混合液。
2.根据权利要求1所述甲醇羰基化法制备甲酸甲酯的方法，其特征在于所述甲酸甲酯反应器底部连接一循环换热器；经冷凝器、尾凝器冷凝的含有甲酸甲酯和甲醇的循环物料一部分采出，另一部分通过U型管进入甲酸甲酯反应器。
3.根据权利要求1所述甲醇羰基化法制备甲酸甲酯的方法，其特征在于所述甲酸甲酯分离区的温度为80～105℃，冷凝器内的冷凝温度为25～45℃。
4.根据权利要求1所述甲醇羰基化法制备甲酸甲酯的方法，其特征在于所述催化剂为甲醇钠或甲醇钾。
5.根据权利要求1所述甲醇羰基化法制备甲酸甲酯的方法，其特征在于所述甲酸甲酯分离区内设有规整填料或塔板。
6.根据权利要求1所述采用甲醇羰基化法制备甲酸甲酯的方法，其特征在于所述甲酸甲酯分离区内设有盘式闪蒸器。
7.一种根据权利要求1所述方法制备甲酸甲酯的装置，包括甲酸甲酯反应器，其特征在于所述甲酸甲酯反应器的顶部内设有甲酸甲酯分离区，底部分别与CO循环喷射器的出口和循环换热器的一端口连接，所述底部还设有CO进口；所述甲酸甲酯分离区与冷凝器、尾凝器依次气相相连，所述冷凝器的液相出口与尾凝器的液相出口相连并通过U型管与所述甲酸甲酯反应器相通，并与中间槽的进口相连；所述尾凝器的另一出口与尾气放空控制系统相通，并与CO循环喷射器的进口相连；所述循环换热器的另一端口与所述甲酸甲酯分离区的底部相通。
8.根据权利要求7所述制备甲酸甲酯的装置，其特征在于所述甲酸甲酯分离区内设有规整填料或塔板。
9.一种根据权利要求1所述方法制备甲酸甲酯的装置，包括甲酸甲酯反应器，其特征在于所述甲酸甲酯反应器的顶部外设有甲酸甲酯分离区，底部分别与CO循环喷射器的出口和循环换热器的一端口连接，所述底部还设有CO进口；所述甲酸甲酯分离区与冷凝器、尾凝器依次气相相连，所述冷凝器的液相出口与尾凝器的液相出口相连并与中间槽的进口相连，所述中间槽的出口通过U型管与所述甲酸甲酯分离区的底部相通，所述尾凝器的另一出口与尾气放空控制系统相通，并与CO循环喷射器的进口相连；所述循环换热器的另一端口与所述甲酸甲酯分离区的底部相通。
10.根据权利要求9所述制备甲酸甲酯的装置，其特征在于所述甲酸甲酯分离区内设有盘式闪蒸器。
全文摘要
本发明公开一种甲醇羰基化法制备甲酸甲酯的方法及其装置。按重量百分比计，62～68％的甲醇、31～38％的一氧化碳和0.15～0.2％的催化剂进入反应器，在反应温度75～95℃、反应系统压力2.0～4.0MPa的条件下进行甲酸甲酯合成反应；反应产物蒸汽依次通过反应器上部精馏区内的甲酸甲酯分离区、冷凝器、尾凝器，从气相冷凝分离得甲酸甲酯的粗产品混合液。本发明解决了现有技术中甲醇循环量大、催化剂消耗高并且由于液相中甲酸甲酯含量始终保持着接近平衡的浓度，致使甲酸甲酯合成反应的推动力不大、采出的粗产品中甲酸甲酯含量低的问题。
文档编号C07C69/06GK1850777SQ20061002701
公开日2006年10月25日 申请日期2006年5月29日 优先权日2006年5月29日
发明者孙建民, 孙新芳, 孙惠 申请人:孙建民