一种合成甲基丙烯酸甲酯反应器及其应用的制作方法

本发明涉及合成甲基丙烯酸甲酯反应器，具体地说是一种一步氧化酯化合成甲基丙烯酸甲酯反应器。

背景技术：

1、甲基丙烯酸甲酯(mma)是一种有机化工原料，应用于有机玻璃pmma的生产、聚氯乙烯助剂acr的制造、腈纶生产。此外，在胶黏剂、涂料、树脂、纺织、造纸等行业也得到了广泛的应用。

2、甲基丙烯酸甲酯制备方法根据原材料碳原子个数分为c2、c3、c4法，其中目前主流工业化方法是c3的ach法、c4的两步氧化酯化法和c4的一步氧化酯化法。c3的ach法由于反应过程使用到剧毒性的氰化氢，并且后续反应过程中大量使用浓硫酸，造成极大的环境压力以及生产安全问题。c4两步氧化酯化法甲基丙烯醛(mal)先氧化成甲基丙烯酸，甲基丙烯酸再和甲醇在酸的催化下，得到mma，由于其采用多步反应，工艺过程相对复杂，需要氧化、精馏、酯化、精馏，过程能耗高，设备投资高。c4一步氧化酯化法是在氧气条件下，金催化剂催化mal和甲醇直接氧化酯化得到mma，过程能耗低，设备投资低，产品收率高，一步氧化酯化反应目前主要是固定床反应器，固定床反应器会引入以下问题：1、气固液(气体：氧气；液体：甲醇、甲基丙烯醛；固体：催化剂)三相很容易出现分离，气体气泡聚集到一起，液体聚集到一起，造成氧气无法有效的传递到催化剂界面，引起甲基丙烯醛半缩醛无法被及时氧化，进一步生成副产物甲基丙烯醛缩醛。2、气体、甲醇、mal如果采用一次混合，会出现床层前段氧气浓度高，末端氧气浓度低(后段反应物由于浓度下降，氧气浓度需要更高)，为了解决这个难题，传统方案是氧气浓度过量，这更加剧了前段床层氧气浓度过高的问题，引起副反应，mal氧化成甲基丙烯酸，或者更进一步氧化成甲酸、二氧化碳等，为了解决上述两个问题，采用多段补充氧气混合的方法，催化剂床层的前后氧气浓度均能维持合理水平，解决上述两个难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种合成甲基丙烯酸甲酯反应器及其应用，反应器具有高转化率、高选择性一步氧化酯化合成mma的优点。本发明采用的技术方案是：

2、一种合成甲基丙烯酸甲酯反应器，其中：包括反应器本体，所述反应器本体从下至上依次包括混合器一、混合器二、流体分布器一、催化剂床层一、混合器三、流体分布器二、催化剂床层二、混合器四、流体分布器三和催化剂床层三，所述反应器本体下方设置甲醇输送泵和甲基丙烯醛输送泵，所述混合器一和混合器二之间设置进气管道一，所述催化剂床层一和混合器三之间设置进气管道二，所述催化剂床层二和混合器四之间设置进气管道三，所述进气管道一输送的气体一进入混合器二中，所述进气管道二输送的气体二进入混合器三中，所述进气管道三输送的气体三进入混合器四中。

3、优选的是，所述的合成甲基丙烯酸甲酯反应器，其中：所述催化剂床层一、催化剂床层二和催化剂床层三上设置的催化剂均选自颗粒催化剂、直通式蜂窝整体式催化剂、壁流式蜂窝整体式催化剂的一种。

4、优选的是，所述的合成甲基丙烯酸甲酯反应器，其中：所述催化剂选自au/sio2-mgo-al2o3、au-ni/sio2-mgo-al2o3、au/ceo2-mgo-al2o3、au-ni/ceo2-mgo-al2o3的一种。

5、优选的是，所述的合成甲基丙烯酸甲酯反应器，其中：所述进气管道一输送的气体一包括75％～99.5％氮气和0.5％～25％氧气。

6、优选的是，所述的合成甲基丙烯酸甲酯反应器，其中：所述进气管道二输送的气体二包括0～60％氮气和40％～100％氧气。

7、优选的是，所述的合成甲基丙烯酸甲酯反应器，其中：所述进气管道三输送的气体三包括0～50％氮气和50％～100％氧气。

8、优选的是，所述的合成甲基丙烯酸甲酯反应器，其中：所述混合器一包括甲醇和甲基丙烯醛的混合液，所述混合器二包括甲醇、甲基丙烯醛和气体一的混合流体，混合器三包括甲醇、甲基丙烯醛和气体二的混合流体，混合器四包括甲醇、甲基丙烯醛和气体三的混合流体。

9、一种合成甲基丙烯酸甲酯反应器的应用，其中：合成甲基丙烯酸甲酯反应器应用于合成甲基丙烯酸甲酯。

10、优选的是，所述的合成甲基丙烯酸甲酯反应器的应用，其中：合成甲基丙烯酸甲酯具体步骤为：将甲醇和甲基丙烯醛分别通过甲醇输送泵和甲基丙烯醛输送泵输送至混合器一中，甲醇和甲基丙烯醛在混合器一中混匀得到混合液，混合液和气体一一起进入混合器二混匀得到流体一，随后流体一通过流体分布器一均匀分散后进入催化剂床层一反应，生成部分甲基丙烯酸甲酯；流体一经过催化剂床层一后和气体二一起进入混合器三得到流体二，流体二通过流体分布器二均匀分散后进入催化剂床层二发生氧化酯化反应；反应后流体再和气体三一起进入混合器四得到流体三，流体三通过流体分布器三均匀分散后进入催化剂床层三反应，结束后得到甲基丙烯酸甲酯。

11、甲醇和甲基丙烯醛合成甲基丙烯酸甲酯的反应方程式如下：

12、c3h5cho+ch3oh+0.5o2＝c3h5cooch3+h2o

13、本发明的优点：

14、本发明的合成甲基丙烯酸甲酯反应器，本发明通过多段混合的方案，由于中间和末端设置混合器一、混合器二和混合器三，所以气液混合均匀，氧气传质问题得到解决；另外由于采用多段氧气供应方式，可以保证前段氧气不过量，后段氧气浓度充足，从而提高mma的收率。

技术特征：

1.一种合成甲基丙烯酸甲酯反应器，其特征在于：包括反应器本体，所述反应器本体从下至上依次包括混合器一（3）、混合器二（4）、流体分布器一（5）、催化剂床层一（6）、混合器三（7）、流体分布器二（8）、催化剂床层二（9）、混合器四（10）、流体分布器三（11）和催化剂床层三（12），所述反应器本体下方设置甲醇输送泵（1）和甲基丙烯醛输送泵（2），所述混合器一（3）和混合器二（4）之间设置进气管道一（13），所述催化剂床层一（6）和混合器三（7）之间设置进气管道二（14），所述催化剂床层二（9）和混合器四（10）之间设置进气管道三（15），所述进气管道一（13）输送的气体一进入混合器二（3）中，所述进气管道二（14）输送的气体二进入混合器三（7）中，所述进气管道三（15）输送的气体三进入混合器四（10）中。

2.如权利要求1所述的合成甲基丙烯酸甲酯反应器，其特征在于：所述催化剂床层一（6）、催化剂床层二（9）和催化剂床层三（12）上设置的催化剂均选自颗粒催化剂、直通式蜂窝整体式催化剂、壁流式蜂窝整体式催化剂的一种。

3.如权利要求2所述的合成甲基丙烯酸甲酯反应器，其特征在于：所述催化剂选自au/sio2-mgo-al2o3、au-ni/sio2-mgo-al2o3、au/ceo2-mgo-al2o3、au-ni/ceo2-mgo-al2o3的一种。

4.如权利要求1所述的合成甲基丙烯酸甲酯反应器，其特征在于：所述进气管道一（11）输送的气体一包括75%～99.5%氮气和0.5%～25%氧气。

5.如权利要求1所述的合成甲基丙烯酸甲酯反应器，其特征在于：所述进气管道二（12）输送的气体二包括0～60%氮气和40%～100%氧气。

6.如权利要求1所述的合成甲基丙烯酸甲酯反应器，其特征在于：所述进气管道三（13）输送的气体三包括0～50%氮气和50%～100%氧气。

7.如权利要求1所述的合成甲基丙烯酸甲酯反应器，其特征在于：所述混合器一（3）包括甲醇和甲基丙烯醛的混合液，所述混合器二（4）包括甲醇、甲基丙烯醛和气体一的混合流体，混合器三（7）包括甲醇、甲基丙烯醛和气体二的混合流体，混合器四（10）包括甲醇、甲基丙烯醛和气体三的混合流体。

8.如权利要求1～7任一项所述的合成甲基丙烯酸甲酯反应器的应用，其特征在于：合成甲基丙烯酸甲酯反应器应用于合成甲基丙烯酸甲酯。

9.如权利要求8所述的合成甲基丙烯酸甲酯反应器的应用，其特征在于：合成甲基丙烯酸甲酯具体步骤为：将甲醇和甲基丙烯醛分别通过甲醇输送泵（1）和甲基丙烯醛输送泵（2）输送至混合器一（3）中，甲醇和甲基丙烯醛在混合器一（3）中混匀得到混合液，混合液和气体一一起进入混合器二（4）混匀得到流体一，随后流体一通过流体分布器一（5）均匀分散后进入催化剂床层一（6）反应，生成部分甲基丙烯酸甲酯；流体一经过催化剂床层一（6）后和气体二（14）一起进入混合器三（7）得到流体二，流体二通过流体分布器二（8）均匀分散后进入催化剂床层二（9）发生氧化酯化反应；反应后流体再和气体三（15）一起进入混合器四（10）得到流体三，流体三通过流体分布器三（11）均匀分散后进入催化剂床层三（12）反应，结束后得到甲基丙烯酸甲酯。

技术总结
本发明提供一种合成甲基丙烯酸甲酯反应器，包括反应器本体，从下至上依次包括混合器一、混合器二、流体分布器一、催化剂床层一、混合器三、流体分布器二、催化剂床层二、混合器四、流体分布器三和催化剂床层三，反应器本体下方设置甲醇输送泵和甲基丙烯醛输送泵，混合器一和混合器二之间设置进气管道一，催化剂床层一和混合器三之间设置进气管道二，催化剂床层二和混合器四之间设置进气管道三，进气管道一输送的气体一进入混合器二中，进气管道二输送的气体二进入混合器三中，进气管道三输送的气体三进入混合器四中。本发明通过多段混合的方案，使得气液混合均匀，采用多段氧气供应保证前段氧气不过量，后段氧气浓度充足，提高甲基丙烯酸甲酯收率。

技术研发人员：饶超,刘洋,倪蓓,杨金,孙馨悦,蒋颉,岳军,陈涛,贾莉伟
受保护的技术使用者：无锡威孚环保催化剂有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8