煤制乙二醇装置联产碳酸二甲酯的生产装置的制作方法

本实用新型涉及化工技术领域，具体为一种煤制乙二醇装置联产碳酸二甲酯的生产装置。

背景技术：

煤制乙二醇装置在煤气化产一氧化碳，并且经过变压吸附后，有大量的高纯度一氧化碳气体原料；在乙二醇合成之前要先用甲醇和氧气和一氧化氮(no)合成亚硝酸甲酯，亚硝酸甲酯是生产乙二醇的原料。为了适应市场的变化，保持装置安全稳定长周期满负荷运行，延长产品链是稳妥的解决办法。

cn101462961a中公开了一种生产乙二醇联产碳酸二甲酯的工艺流程，是由一氧化碳和亚硝酸甲酯为初始原料合成乙二醇并联产碳酸二甲酯的联系工艺过程。但实际上，其为乙二醇装置副产碳酸二甲酯，乙二醇装置本身就副产碳酸二甲酯，并且主要产物比例是草酸二甲酯33.6wt％,碳酸二甲酯17.9wt％，甲醇48.1wt％，该碳酸二甲酯的生成是气相氧化偶联反应，反应中使用的催化剂选择性差，碳酸二甲酯的产量和纯度低。

技术实现要素：

本实用新型提供一种煤制乙二醇装置联产碳酸二甲酯的生产装置，碳酸二甲酯能够安全稳定长周期满负荷运行；延长乙二醇生产中的产品链，增加碳酸二甲酯产品；使装置系统节能降耗。

本实用新型的技术方案是，一种煤制乙二醇装置联产碳酸二甲酯的生产装置，包括煤制乙二醇装置，煤制乙二醇装置中设有亚硝酸甲酯生产系统和煤气化生产一氧化碳系统，一氧化碳系统的一氧化碳管道经过变压吸附设备后连接氮气管道，然后与亚硝酸甲酯生产系统的亚硝酸甲酯管道连接，再连接氯化氢气体管道，最后连接至合成反应器，合成反应器的出料口通过管道连接至精馏塔的进料口，精馏塔上部的气体出口连接至亚硝酸甲酯生产系统的进气口；精馏塔还设有循环系统，精馏塔底部的排液口通过管道及泵连接至循环系统的回液口；循环系统上设有排出支管。

进一步地，所述合成反应器为立式结构，包括固定式管板，设计了至少2000根列管；其中管程装填催化剂，作为物料合成反应的空间；壳程为换热介质，设有折流板。

进一步地，合成反应器前端的管道上还设有换热器；精馏塔循环系统的管道上还设有加热器。

进一步地，所述变压吸附设备后的一氧化碳管道、亚硝酸甲酯管道上均安装有调节阀；循环系统的排出支管上及排出支管后的循环系统管道上均安装有阀门。

进一步地，合成反应器和精馏塔中的受压力零部件为双相不锈钢零部件。

亚硝酸甲酯在常温常压下是一种无色、无味气体，熔点-17℃，沸点-12℃，密度d150.991g/cm³；易水解释放出亚硝酸，受热均易分解，有发生爆炸的危险。一氧化氮+氧气+甲醇反应生成亚硝酸甲酯。一氧化碳+亚硝酸甲酯(mn)在催化剂条件下反应生成草酸二甲酯；本实用新型利用一氧化碳(co)和亚硝酸甲酯(mn)在复合催化剂作用下生成碳酸二甲酯(dmc)和一氧化氮(no)这一原理，通过甲醇气相氧化羟基化，延长乙二醇装置的产品链，可以联产碳酸二甲酯，其中碳酸二甲酯合成原理的化学方程式为：

co+2mn→dmc+2no。

1、本实用新型提供的乙二醇装置联产碳酸二甲酯的生产装置具备合理的工艺路线，乙二醇和碳酸二甲酯两者原料相似，可以根据市场或者其他需要灵活的调整乙二醇装置和碳酸二甲酯装置的负荷。同时碳酸二甲酯装置生产过程中产生的一氧化氮(no)可以返回到乙二醇装置综合循环使用，节能降耗效果明显。

2、本实用新型在引入合成反应器之前设置氯化氢管道，向合成反应中加入少量的氯化氢能确保使催化剂长期保持其高活性，能够实现dmc装置长期稳定的工业生产。

3、关于合成反应器，本实用新型中合成反应器采用固定式管板，设计了至少2000根列管，通过在程装填催化剂，并且作为物料合成反应的空间；壳程设计流动的换热介质，换热介质可以水，并且设计了折流板，保证水的流动状态，把合成反应过程中产生的热量及时带走。立式列管固定管板式反应器和常规固定床反应器不同，能够有效的避免合成放热反应过程中热量聚集问题，能够及时的把热量带走，保证反应过程中温度均衡稳定。另外，由于反应中加入了微量氯化氢，容易对设备造成腐蚀，本实用新型中严控氯化氢气体中的水分，同时将反应器中受压力零部件采用双相不锈钢制备，可以解决腐蚀问题，同时，相比其他采用搪瓷等其他材料，单套设备能够大型化，突破产能瓶颈，发明人所在公司的单套装置的生产能力已经大于10万吨/年。

附图说明

图1是本实用新型提供装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本实用新型，而不应视为限定本实用新型的范围。

实施例1：

如图1所示，一种煤制乙二醇装置联产碳酸二甲酯的生产装置，包括煤制乙二醇装置，煤制乙二醇装置中设有亚硝酸甲酯生产系统1和煤气化生产一氧化碳系统2，一氧化碳系统的一氧化碳管道经过变压吸附设备后连接氮气管道，然后与亚硝酸甲酯生产系统的亚硝酸甲酯管道连接，再连接氯化氢气体管道，最后连接至合成反应器3，合成反应器的出料口通过管道连接至精馏塔4的进料口，精馏塔4上部的气体出口连接至亚硝酸甲酯生产系统1的进气口；精馏塔还设有循环系统，精馏塔底部的排液口通过管道及泵5连接至循环系统的回液口；循环系统上设有排出支管6。

优选地，合成反应器3前端的管道上还设有换热器7。精馏塔循环系统的管道上还设有加热器8。

优选地，所述合成反应器包括固定式管板，为立式结构，设计了至少2000根列管；其中管程装填催化剂，作为物料合成反应的空间；壳程为换热介质，设有折流板。

优选地，所述变压吸附设备后的一氧化碳管道、亚硝酸甲酯管道上均安装有调节阀。调节阀可以为自动控制调节阀。循环系统的排出支管上及排出支管后的循环系统管道上均安装有阀门。另外，为了方便控制温度，合成反应器3、换热器7、加热器8均可以安装温控系统，实现系统的自动化控制。

具体采用上述装置进行煤制乙二醇联产碳酸二甲酯的生产时，包括以下步骤：

1)乙二醇生产装置包含亚硝酸甲酯生产部分，可以连续不断地提供亚硝酸甲酯(mn)原料；

2)乙二醇生产装置还包括煤气化生产一氧化碳部分，一氧化碳经变压吸附后生产高纯度一氧化碳气体原料，纯度为99％～99.5％；将其与氮气混合；再与亚硝酸甲酯混合，其中一氧化碳与亚硝酸甲酯的摩尔比为2-3：1，氮气占总气体体积的40％以上；

3)将步骤2)混合得到的气体通过换热器加热到100℃-145℃，加入少量氯化氢气体，氯化氢＜200ppm，然后送入合成反应器内进行碳酸二甲酯的合成，合成反应的过程中伴随着放热反应，大量的反应热量通过列管壳体内流动的热水把反应热量带走，反应器的反应温度控制在100℃-145℃范围内，压力控制在0.3mpa以下，反应器内的催化剂以尖晶石结构多孔铝酸锂为载体，负载1wt％的氯化钯、3wt％的氯化铜和0.1wt％的纳米级氧化铈，反应生成的物料从合成反应器底部排出。

4)物料进入分离精馏塔，经过气液分离精馏，气体物料主要为一氧化氮(no)和氮气(n2)从分离精馏塔顶部排出，引入到乙二醇生产装置亚硝酸甲酯生产部分循环使用；液体物料碳酸二甲酯从分离精馏塔底部排出，部分物料通过泵输送到精制工序，部分物料通过加热器再加热后输送回分离精馏塔循环使用，精制及循环的比例为20～40％，维持连续运行。

该实施例中，组合催化剂的选择性为98.7％，催化剂保持连续的长期活性，使用寿命可达2年以上，保证了装置能够连续运行2年不停产。经过精制后的碳酸二甲酯，纯度在99.9wt％-99.98wt％，产率可达99％。

合成反应时，加入氯化氢气体后容易对合成反应器造成腐蚀，研究发现，如果控制氯化氢气体中的水分，采用双相不锈钢，可以很好的解决腐蚀问题，如下表1所示，unss32750的双相不锈钢材料，在不同含水量的氯化氢气体作用下，腐蚀效果存在很大区别。进一步地，通过控制氯化氢气体的水分含量，并将合成反应器和精馏塔部分采用了特种双向不锈钢和搪玻璃材料，可以有效的防止腐蚀情况发生。

表1

本实用新型中涉及的碳酸二甲酯反应为：

co+2mn→dmc+2no，该反应伴随释放出大量的热量。这一部分热量必须及时带走，否则会引起催化剂失效。合成反应器是核心设备，采用固定式管板，设计了5000多根列管。因为合成反应是有机反应，也是重排反应。管程装填催化剂，作为物料合成反应的空间；壳程中为流动换热介质——水，并且设计了折流板，保证水的流动状态，把合成反应过程中产生的热量及时带走。控制反应温度100℃～145℃；压力0.3mpa。采用上述设备和工艺参数控制，成功减少了副反应，副产品＜1.8％。精制后产品质量纯度可达99.98％；装置产量达到15吨/小时，12万吨/年，设计的装置其小时产量和年产量都是世界最高水平，目前同类装置单套年产量只有3万吨/年和5万吨/年。

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