草酸二甲酯制備過程中物料分離裝置及工藝方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于CO合成草酸二甲酯(DMO)反應工藝中的物料分離裝置及工藝方法，具體涉及對氣液分離罐出來的尾氣體進行再分離的技術，以避免后續工藝單元管道和裝置的堵塞，降低吸收、凈化反應氣體的能耗與成本。
【背景技術】
[0002]CO合成草酸二甲酯技術目前主要作為新興的煤制乙二醇技術路線的一個中間環節，其催化劑性能和工藝設計可大大影響整個技術路線的技術效果和經濟效益。DMO具有特殊的物理性質，其凝固點為54°C，沸點約為164°C，且液態下極易揮發，所以在合成草酸二甲酯的反應器后的反應氣體中含有大量DM0，一般采用換熱后在DMO熔點以上的溫度下經氣液分離后采用甲醇循環吸收的方法分離尾氣和回收DM0。
[0003]安徽淮化股份有限公司申請的專利201210017493.0描述了一種新穎的氣液分離器及其在分離草酸二甲酯中的應用，主要優點在于改良了氣液分離器的內部結構以達到較好的分離效果。但是受物性限制，經過此氣液分離器后還有15%的DMO雖尾氣帶走，后續的吸收或洗氣工藝還造成較大的負荷。
[0004]申請號為201210374944.6的專利描述了一種草酸二甲醋生產設備中的分離方案，主要發明在于在氣液分離器前設計一個換熱器將反應器出來的高溫尾氣預先冷卻到一個較高的溫度，亦能起到改善氣液分離效果的功能。此方案主要改進在于熱量綜合利用方面。但對尾氣吸收塔的負荷和能耗以及氣液分離后管線的防止DMO聚集堵塞所需加熱能耗沒有更多的優化。
[0005]本發明提出一種通過將氣液分離后含DMO較多的反應尾氣冷卻結晶處理得到高純度的DMO以及更低含DMO量的循環氣以降低后續工藝環節負荷的工藝技術。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種草酸二甲酯制備過程中的分離方法及裝置，即是將過程中產生的尾氣中的DMO分離出來的技術及裝置。
[0007]本發明利用DMO凝固點為54°C的特性，將氣液分離器分離后的含DMO較多的反應尾氣通入結晶分離器，降低分離器溫度到DMO凝固點以下使DMO冷卻結晶為固體，當一組分離器結晶到一定程度時通過三通管將尾氣切換到另一組分離器，再對累積了 DMO固體結晶的分離器加溫使DMO熔化成液體進行收集，從達到高效分離和回收的目的。
[0008]本發明所用的裝置如圖1所示，其中包括:固定床反應器(I)，氣液分離罐(2)，三通管(3)，結晶分離器(4)和(5)，DM0產品儲罐(6)，吸收塔(7)，吸收塔儲罐⑶；其中固定床反應器(I)出口與氣液分離罐(2)入口連接，氣液分離罐(2)下方有液體物料出口與產品儲罐6連接，氣液分離罐(2)上方出口與三通管(3)連接，三通管上方兩出口分別與兩組結晶分離器(4)、(5)連接，兩路連接管分別由閥門a、b控制以實現切換；結晶分離器上部為物料出口，分別通過閥門c、d后合并為一路進入尾氣吸收塔7等后續工序；本發明是在現有草酸二甲酯制備裝置(圖2)的基礎上增加了一組由三通管(3)，結晶分離器(4)和(5)組成的分離裝置。
[0009]所述的結晶分離器，對于小型裝置可采用單管式結構，內徑為30mm?100mm，外部帶有加熱夾套，管內壁有螺旋狀擾流板，以增加換熱面積和產物附著面積；結晶分離器的罐體以豎直或以大于45度斜角狀態安裝。對于大型裝置，結晶分離器采用列管式結構，列管內徑為30mm?80mm，列管內壁有螺旋狀擾流板以增加換熱面積和產物附著面積。
[0010]草酸二甲酯制備過程中物料分離方法，具體步驟如下:
[0011]A.由固定床反應器⑴出來的反應尾氣F1，主要成分為CO、麗、N2、NO、DMO，由下面的出口進入氣液分離罐(2)，在60-80°C下使物料中的DMO大部分液化與反應氣分離，液態DMO從氣液分離器下方流到產品儲罐(6)中收集儲存；剩余的氣體F2由氣液儲罐(2)上方出口通過三通管(3)，其中F2中氣態DMO含量約2-3%。
[0012]B.F2經過產物收集器(3)通過閥門a進入結晶分離器(4)，控制結晶分離器內部溫度為20-40°C，使氣相中的DMO冷凝為固體結晶停留在分離器中；當結晶分離器(4)中的DMO固體結晶物累計至一定程度，即阻力增加導致管程壓力降較空管時增加0.01?0.02MPa時，關閉結晶分離器上方出口閥門C，打開閥門b和d將F2氣體切換到結晶分離器
(5)，此時物料F2由結晶分離器(5)下端入口進入分離器，氣相中的DMO冷凝為固體結晶停留在分離器中，經分離處理后的氣體F3經過分離器上方出口進入吸收塔進一步凈化；
[0013]C.當F2氣體切換到結晶分離器(5)之后，升高分離器(4)溫度至60-80°C，使其中的DMO固體熔解為液體并通過閥門a和e經由混合器(3)回流到產品儲罐(6)中；
[0014]D.重復B、C步驟對(4)、(5)兩組結晶分離器的切換操作，可實現連續分離、收集反應尾氣中的DMO的目的。經檢測結晶分離器出口的氣體F3中DMO含量低于0.3%。
[0015]本工藝方法中，各分離罐和管道的溫度控制方法，可采用但不限于:電加熱、空氣冷卻、導熱油循環、經過加熱或冷卻或常溫的普通自來水或軟水循環等方式獨立或共同實現。如在小型實驗裝置中:氣液分離罐可采用電加熱保溫的方法控制工作溫度，管道可采用電加熱帶纏繞進行保溫、控溫，結晶分離罐可采用冰水/溫水循環的方法控制各階段工作溫度，特別是冷凝階段如通過冰水循環冷卻可將尾氣中的DMO含量降低到0.1%以下。在大型工業裝置中，可通過合理的工藝設計充分利用反應廢熱，如結晶分離器的冷凝階段可采用冷水循環降溫，熔融階段可采用換熱器來的熱水循環加熱使DMO融化。裝置和流程示意圖詳見說明書附圖1.
[0016]而現有技術中尾氣分離工藝是:反應器I出來的物料通過氣液分離器2，其中液體向下流入DMO儲罐3，尾氣直接進入吸收塔4。沒有經過本發明所增加的結晶分離單元的尾氣含有較高含量的DMO組分，使得吸收塔4的工作負荷較大，同時在氣液分離器后到吸收塔的管道中，容易因為管道溫度較低產生結晶而發生堵塞現象，影響裝置運行穩定。
[0017]本發明主要用于CO合成草酸二甲酯反應裝置的產品分離環節，同時可用于類似物性如沸點和凝固點在合適范圍的物料體系的分離工作。
[0018]本發明的有益效果是:本發明將氣液分離罐出來的DMO含量約為2-3%的氣體，經過結晶分離器分離之后出來的氣體中DMO含量降低到0.2%以下，一方面最大效率收集產品，提高效益，另一方面使得尾氣在本裝置后期的工藝環節中在不