发明内容

本发明的第一目的在于提供一种用于制备DMC的系统，该系统通过将反应罐设置在精馏塔内，利用精馏塔内的温度加热反应罐，提高了温度的利用率，降低了能耗；通过在反应器内设置微界面发生器将甲醇和合成气分别分散破碎后再进行羰基化反应，增大了甲醇和合成气的气液传质面积，提高了反应速率，降低了反应能耗。

本发明的第二目的在于提供一种应用上述系统制备DMC的制备方法，该制备方法操作简单，能够显著降低能耗，提高DMC的产率和甲醇转化率。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种用于制备DMC的系统，包括：反应罐和精馏塔，所述反应罐设置在所述精馏塔内的中部，所述精馏塔侧壁上由上至下设置有甲醇管路和混合气管路；所述甲醇管路和所述混合气管路均穿透所述精馏塔侧壁进入所述反应罐中；甲醇和混合气在所述反应罐中反应，反应产物从所述反应罐顶部进入所述精馏塔中；

所述反应罐内由上至下依次设置有两个微界面发生器，两个所述微界面发生器的出口相对设置；位于上方的所述微界面发生器与所述甲醇管路相连；位于下方的所述微界面发生器与所述混合气管路相连；甲醇和混合气分别经所述微界面发生器分散破碎成微米级别的微气泡后，在所述反应罐内反应。

现有技术中，DMC生产工艺主要问题为：原料混合气在反应器底部经过分布器初始分布后鼓泡进入液相。由于分布器开孔为毫米级别(φ5mm)，所产生的气泡直径偏大(8～15mm)，气液相界面积偏小，且初始分布的气泡在上升过程中容易聚并，反应器内气泡分布不均匀，加之液体循环采用密度差环流方式，流速较慢(＜0.1m/s)，使得气液传质速率偏低，导致宏观反应速率严重低于设计预期值；且甲醇转化率低，原料浪费严重，这些都严重限制了DMC的收率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于制备DMC的系统，该反应系统通过使用微界面发生器将甲醇和混合气分别破碎成为微米级别的微气泡，增大了甲醇和混合气间的传质面积，提高了传质效果，大幅度提高传质速率，降低了反应需要的温度与压力；通过将两个微界面发生器的出口相对设置，促进了微气泡在反应罐内的均匀分布；通过将反应罐与精馏塔结合在一个塔釜内，利用精馏塔内的温度加热反应罐，提高了温度的利用率，降低了能耗。

优选的，所述反应罐侧壁连接有循环管路，所述反应罐顶部设置有喷淋器；所述循环管路与所述喷淋器相连，反应罐中的液相沿所述循环管路进入所述喷淋器，经所述喷淋器喷淋回所述反应罐中。通过将液相从反应罐的顶部喷淋，能够与未反应完的气体进行反应，促进CO等的转化，从而提高DMC的产率。

优选的，所述循环管路与所述反应罐的连接口沿竖直方向的高度不低于位于上方的所述微界面发生器；所述循环管路上设置有循环泵、止回阀和流量阀。反应时，位于上方的微界面发生器至反应罐底部为反应的高压区，反应较为剧烈，为全混流；顶部为低压区，为平推流。低压区的液相中基本没有混合气，主要为大量的未反应的甲醇，将这些甲醇通过喷淋的形式淋降，从而能够中和未反应完的气体，使其继续反应，从而提高原料的转化率。

优选的，两个所述微界面发生器均为气动式微界面发生器。

优选的，两个所述微界面发生器的出口处均设置有导向圆盘，所述导向圆盘上均匀设置有多个导向圆孔。通过设置导向圆盘，使微气泡分布更加均匀，从而有利于反应的进行。

本发明的反应罐内设置有两个微界面发生器分别对甲醇和混合气进行分散破碎，反应时，甲醇和混合气分别经微界面发生器分散破碎为微米级别的微气泡后进行羰基化反应，提高了甲醇和混合气的相界传质面积；将两个微界面发生器的出口相对，能够起到对冲效果，以实现微气泡的均匀分布。在微界面发生器的出口处设置分布器，也是为了促进微气泡的均匀分布。

需要注意的是，本发明在对微界面发生器进行排布时，位于上方的微界面发生器与甲醇管路连接，位于下方的微界面发生器与合成气管路连接，合成气相对来说气源需要预先合成，而且和合成气原料中的CO本身可燃，和O₂反应易发生爆炸，所以为了提高其安全性，尽量将其进气口设置的位置比较低一些，同时鉴于其进入反应器内部后更容易朝着反应器顶部流动，所以用于破碎甲醇的微界面发生器设置在上部，破碎合成气的微界面发生器设置在下部，这样的排布方式也是充分考虑了安全性、反应效率等多方面的因素，合成气通过微界面发生器充分破碎分散后，也会更加大概率的通过位于微界面发生器上部的分布器以实现更为均匀的分布。

另外，本发明还设置有循环管路和喷淋器，通过将液相从反应罐的顶部喷淋，与未反应完的气体进行反应，促进CO等的转化，从而提高DMC的产率。可见，本发明通过将分布器、微界面发生器、以及喷淋器结合应用，提高了微界面发生器本身的应用效果。

本领域所属技术人员可以理解的是，本发明所采用的微界面发生器在本发明人在先专利中已有体现，如申请号CN201610641119.6、CN201610641251.7、CN201710766435.0、CN106187660、CN105903425A、CN109437390A、CN205833127U及CN207581700U的专利。在先专利CN201610641119.6中详细介绍了微米气泡发生器(即微界面发生器)的具体产品结构和工作原理，该申请文件中记载了“微米气泡发生器包括本体和二次破碎件、本体内具有空腔，本体上设有与空腔连通的进口，空腔的相对的第一端和第二端均敞开，其中空腔的横截面积从空腔的中部向空腔的第一端和第二端减小；二次破碎件设在空腔的第一端和第二端中的至少一个处，二次破碎件的一部分设在空腔内，二次破碎件与空腔两端敞开的通孔之间形成一个环形通道。微米气泡发生器还包括进气管和进液管。”从该申请文件中公开的具体结构可以知晓其具体工作原理为：液体通过进液管切向进入微米气泡发生器内，超高速旋转并切割气体，使气体气泡破碎成微米级别的微气泡，从而提高液相与气相之间的传质面积，而且该专利中的微米气泡发生器属于气动式微界面发生器。

另外，在先专利201610641251.7中有记载一次气泡破碎器具有循环液进口、循环气进口和气液混合物出口，二次气泡破碎器则是将进料口与气液混合物出口连通，说明气泡破碎器都是需要气液混合进入，另外从后面的附图中可知，一次气泡破碎器主要是利用循环液作为动力，所以其实一次气泡破碎器属于液动式微界面发生器，二次气泡破碎器是将气液混合物同时通入到椭圆形的旋转球中进行旋转，从而在旋转的过程中实现气泡破碎，所以二次气泡破碎器实际上是属于气液联动式微界面发生器。其实，无论是液动式微界面发生器，还是气液联动式微界面发生器，都属于微界面发生器的一种具体形式，然而本发明所采用的微界面发生器并不局限于上述几种形式，在先专利中所记载的气泡破碎器的具体结构只是本发明微界面发生器可采用的其中一种形式而已。

此外，在先专利201710766435.0中记载到“气泡破碎器的原理就是高速射流以达到气体相互碰撞”，并且也阐述了其可以用于微界面强化反应器，验证本身气泡破碎器与微界面发生器之间的关联性；而且在先专利CN106187660中对于气泡破碎器的具体结构也有相关的记载，具体见说明书中第[0031]-[0041]段，以及附图部分，其对气泡破碎器S-2的具体工作原理有详细的阐述，气泡破碎器顶部是液相进口，侧面是气相进口，通过从顶部进来的液相提供卷吸动力，从而达到粉碎成超细气泡的效果，附图中也可见气泡破碎器呈锥形的结构，上部的直径比下部的直径要大，也是为了液相能够更好的提供卷吸动力。

由于在先专利申请的初期，微界面发生器才刚研发出来，所以早期命名为微米气泡发生器(CN201610641119.6)、气泡破碎器(201710766435.0)等，随着不断技术改进，后期更名为微界面发生器，现在本发明中的微界面发生器相当于之前的微米气泡发生器、气泡破碎器等，只是名称不一样。综上所述，本发明的微界面发生器属于现有技术。

优选的，所述精馏塔顶部设置有冷凝器，所述精馏塔顶部的气体经冷凝器冷凝后排出。

优选的，所述精馏塔上部设置有侧线采出口，所述侧线采出口连接有侧线采出泵，所述侧线采出泵与所述甲醇管路相连。

优选的，还包括吸附塔；所述精馏塔底部设置有产物出口，所述产物出口连接有再沸器，所述精馏塔中的产物经所述再沸器分成气液两相物流，气相物流进入所述精馏塔中，液相物流流入所述吸附塔中。

优选的，所述吸附塔数量为两个，两个所述吸附塔并列设置。使用时，既可以同时使用，又可以只使用其中一个，且在其中一个需要检修时，另一个能够直接使用，能够保证生产不间断。

优选的，所述甲醇管路上设置有蒸发器；所述反应罐与所述精馏塔同心设置。

本发明还提供了一种采用上述的用于制备DMC的系统的制备方法，包括如下步骤：

将甲醇和合成气分别经微界面破碎后，与催化剂混合进行羰基化反应，得到产物DMC；所述催化剂为氯化亚铜。

优选的，所述羰基化反应温度为110-115℃，压力为1.5-2.0MPa。

采用本发明的反应方法得到的DMC产品品质好、收率高。且该制备方法本身反应温度低、压力大幅度下降，成本显著降低。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明的用于制备DMC的系统通过使用微界面发生器将甲醇和混合气分别破碎成为微米级别的微气泡，增大了甲醇和混合气间的传质面积，提高了传质效果，大幅度提高传质速率，降低了反应需要的温度与压力；

(2)通过将两个微界面发生器的出口相对设置，促进了微气泡在反应罐内的均匀分布；

(3)通过将反应罐与精馏塔结合在一个塔釜内，利用精馏塔内的温度加热反应罐，提高了温度的利用率，降低了能耗。