本发明专利技术属于化工反应器技术领域，涉及一种具有分离反应产物及增加扰动功能的反应器。其特征可调节的催化剂床层支撑体，增加扰动，选择性出去反应产物。可调节的催化剂床层支撑体，由多孔支撑体和数根支撑螺杆构成，以多孔支撑体在螺杆的位置调节床层高度和位置。除反应产物工艺设有气泵循环，除反应产物装置出口端设有换热器。除反应产物装置通过冷凝或吸附的方式除去反应产物。以二氧化碳及甲醇直接催化转化碳酸二甲酯为例，除反应产物装置为除水装置，选择吸附的方式，吸附剂选用高效高选择性除水分子筛，如3A型分子筛。本发明专利技术具提高反应物转化率，加快反应物传质，提高反应器处理量弹性等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化工设备
，涉及到一种反应器，特别涉及一种二氧化碳和甲醇合成碳酸二甲酯的反应器。
技术介绍
碳酸二甲酯是近年来被广泛研究的绿色化工原料(方云进，肖文德.绿色工艺的原料一碳酸二甲酯.化学通报.2000. (9). 19 25)，它具有毒性小、环保性能优异、用途广泛等特点。具有多种反应性能，可代替光气和氟利昂等有毒工业原料，具有安全，无 污染，运输方便等特点。由于近年来大量对于二氧化碳和甲醇直接催化转化碳酸二甲酯的研究，加之分子筛及金属有机骨架的蓬勃发展，使该工艺路线变为可能。该工艺综合利用二氧化碳，在生产高附加值化工原料的同时，起到减排的作用。目前，该工艺尚属于实验阶段，所设计的反应器多为连续式微型管式气相反应器，工艺不成熟，反应转化率很低，约在4. 97%( J. Bian a,M. Xiao, S. J. Wang, Y. X. Lu, Y. Z. Meng. Novel application of thermally expandedgraphite as the support of catalysts for direct synthesis of DMC from CH3OH andCO2. Journal of Colloid and Interface Science 334 (2009) 50 - 57)。为解决转化率低的问题，钟顺和等提出了光催化辅助反应和基于膜组件的反应分离系统。当前，膜反应器的技术较为领先，其目的是使作为反应产物的水分离，促进反应平衡正向进行，由Iichuanfeng所设计的膜反应器其转化率最高达9. 2% ( Chuan-Feng Li, Shun-He Zhong.Study on application of membrane reactor in direct synthesis DMC from CO2 andCH3OH over Cu - KF/MgSiO catalyst. Catalysis Today 82 (2003) 83 - 90)。该类反应器大大提高了反应的转化率，为二氧化碳和甲醇直接合成碳酸二甲酯的工艺路线工业化做出了很大贡献。但即便如此，该反应器仍存在一些缺陷如，第一，膜分离效果有限，反应转化率仍低于10% ;第二，所研制的无机膜组件容易产生缺陷，使用寿命相对短；第三，甲醇及二氧化碳与催化剂在接触反应过程中浓度存在不均匀分布；第四，膜组件的制造成本高。为解决上述问题，本专利技术提出了一种更为新型的设计，用以提高反应转化率，其优点是造价低，工艺方案简单，并能有效促进传质。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是由于非目标产物累积，引起的目标产物转化率低，反应器内浓度分布不均匀，处理量弹性小等问题。本专利技术的技术方案是一种具有分离反应产物及增加扰动功能的反应器，整套反应器分为两部分气相反应器和除产物增扰动循环回流系统。气相反应器由气相反应器筒体和气相反应器上封头组成，采用法兰或螺纹连接，形成一个密封容器，被固定在恒温炉内；恒温炉设有温度传感器，用以监测反应条件，从而控制换热器，保持反应条件恒定。气相反应器的内部设有多个螺杆支撑的多孔支撑体，多孔支撑体由多孔支撑体筒体及多孔支撑体上盖来固定催化剂床层，螺杆用螺母固定，位置可调；气相反应器筒体底部连接气相物料出口，气相物料出口由三通分离出回流物料入口及气相物料出口阀，回流物料入口连接调节阀，并由调节阀控制回流量，经由动力装置连接除反应产物装置。气相反应器上封头上设有气相原料入口、回流物料出口、压力传感器，回流物料出口位置要低于气相原料入口，气相原料入口有气相原料入口阀。除产物增扰动循环回流系统由除反应产物装置、动力装置和换热器三部分组成。除反应产物装置由除反应产物装置筒体和除反应产物装置上封头组成，除反应产物装置筒体侧面上端设解吸剂出口阀。除反应产物装置筒体经动力装置出口阀与动力装置相连；除反应产物装置上封头与换热器通过除反应产物装置截止阀相连。除反应产物装置截止阀与换热器之间设解吸剂入口阀。回流物料入口和回流物料出口分别加设调节阀和回流物料出口阀。除反应产物装置筒体设解吸旁路和旁路阀。 上述的具有分离反应产物及增加扰动功能的反应器，增加循环扰动，循环物料不断吹扫催化剂床层；通过吸附、冷凝等方法选择性脱除部分或全部反应产物；可调节的催化剂床层多孔支撑体，可以控制催化剂的用量及在反应器中的位置。普通固定床反应器催化剂床层与床层外侧存在浓度梯度，床层中反应物浓度低于系统中的浓度，不利于反应正向进行。通过气泵将余下的未反应的原料及部分产物送回反应器，直接吹扫催化剂床层，促进反应原料在反应器及催化剂床层中的均匀分布，回流的物料比可调。并在循环回路中设换热设备，控制循环物料与反应条件匹配。普通固定床反应器非目标产物在反应器内有一定积累，影响了目标产物的进一步生成。通过冷凝、吸附等过程，将非目标产物脱除，提高产品转化率。并加设解吸剂入口和出口，以便于吸附剂再生。普通固定床反应器催化剂床层体积相对固定，处理量弹性小。通过加设可调节的催化剂床层多孔支撑体，由一个具有边沿的多孔底座、一个多孔盖及具有调节功能的多根支撑螺杆构成，通过调节支撑螺杆，可以调节床层高度以控制催化剂用量及原料的处理量，增加操作弹性；并可控制支撑体处于反应器的任何一个位置，便于找到最佳的床层位置。本专利技术的效果和益处是I、本专利技术创造在选择性脱除部分或全部反应产物，促进平衡向正反应方向进行，可有效提升该反应的转化率。2、本专利技术创造在于增加循环扰动，强化传质。经除反应产物装置处理后的物料返回气相反应器，吹扫催化剂床层，增强反应器内的物料扰动，其扰动的幅度可通过动力装置调节；当反应为放热反应，加设旁路起到打冷循环作用，辅助控制反应温度。3、本专利技术创造在气相反应器内设置了可调控的催化剂床层支撑体，可任意调节催化剂的用量及位置，增强反应器的操作弹性。附图说明图I是除产物增扰动循环回流反应器构造图。图2是多孔多孔支撑体筒体及上盖构造图。图3是反应器床层处放大图。图中I气相反应器筒体；2气相反应器上封头；3气相原料入口 ；4气相物料出口 ；5回流物料出口 ；6压力传感器；7温度传感器；8多孔支撑体筒体；9多孔支撑体上盖；10螺杆；11螺母；12动力装置；13除反应产物装置筒体；14除反应产物装置上封头；15换热器；16回流物料入口 ；17解吸旁路；18调节阀；19回流物料出口阀；20旁路阀；21换热器与除反应产物装置截止阀；22解吸剂出口阀；23解吸剂入口阀；24动力装置出口阀；25气相原料入口阀；26气相物料出口阀；27恒温炉。具体实施例方式以二氧化碳及甲醇直接催化转化碳酸二甲酯为例，本反应所要移除的非目标产物为水，由于该体系水的分压很低，不宜采取冷凝的方式，因而采用吸附的方式脱除水，本例选用的高效、高选择性吸附剂为3A分子筛。原料反应时，旁路阀20、解吸剂入口阀23、解吸剂出口阀22关闭。本反应中的多孔支撑体筒体8及多孔支撑体上盖9都选用铁丝网。反应物在气相反应器内反应后，由气相物料出口 4排出，经三通分流，部分进入回流物料入口 16，由调节阀18控制回流流量。回流物料经动力装置12，本反应选用气泵，增压后进入除反应装置，本反应本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有分离反应产物及增加扰动功能的反应器，其特征在于，该反应器分为两部分，分别为气相反应器和除产物增扰动循环回流系统；气相反应器由气相反应器筒体（1）和气相反应器上封头（2）组成，采用法兰式或螺纹式连接，形成一个密封容器，被固定在恒温炉（27）内；恒温炉（27）设有温度传感器（7），用以监测反应条件，从而控制换热器（15），保持反应条件恒定；气相反应器的内部设有多个螺杆（10）支撑的多孔支撑体，多孔支撑体由多孔支撑体筒体（8）及多孔支撑体上盖（9）来固定催化剂床层，螺杆（10）用螺母（11）固定，位置可调；气相反应器筒体（1）底部连接气相物料出口（4），气相物料出口（4）由三通分离出回流物料入口（16）及气相物料出口阀（26），回流物料入口（16）连接调节阀（18），并由调节阀（18）控制回流量，经由动力装置（12）连接除反应产物装置；气相反应器上封头（2）上设有气相原料入口（3）、回流物料出口（5）、压力传感器（6）；回流物料出口（5）位置要低于气相原料入口（3），气相原料入口（3）有气相原料入口阀（25）；除产物增扰动循环回流系统由除反应产物装置、动力装置（12）和换热器（15）三部分组成；除反应产物装置由除反应产物装置筒体（13）和除反应产物装置上封头（14）组成，除反应产物装置筒体（13）侧面上端设解吸剂出口阀（22）；除反应产物装置筒体（13）经动力装置出口阀（24）与动力装置（12）相连；除反应产物装置上封头（14）与换热器（15）通过除反应产物装置截止阀（21）相连；除反应产物装置截止阀（21）与换热器（15）之间设解吸剂入口阀（23）；回流物料入口（16）和回流物料出口（5）分别加设调节阀（18）和回流物料出口阀（19）；除反应产物装置筒体（13）设解吸旁路（17）和旁路阀（20）。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李继翔，鲁金明，王菲菲，王金渠，杨建华，张艳，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。