[发明专利]一种高效制备亚硝酸甲酯的微反应系统和方法

说明书

本发明公开了一种高效制备亚硝酸甲酯的微反应系统和方法，所述微反应系统包括微型预反应器、微型气液反应器、旋风分离器和甲醇回收塔，微型预反应器为逆流换热型结构，微型气液反应器为错流换热型结构。所述方法包括：(a)原料气NO和O₂首先在微型预反应器中预反应，生成含氮氧化合物的混合气体；(b)混合气体和甲醇在微型气液反应器内进行硝化反应；(c)硝化反应产物经旋风分离器进行气液分离，得到亚硝酸甲酯。原料气中N₂含量40～70％，NO和O₂体积比4～7，甲醇和NO摩尔比1～2。本发明反应工艺物料停留时间短，反应产物亚硝酸甲酯基于O₂的收率大于70％，有效抑制了副产物HNO₃等的生成，使微型反应器设备不易腐蚀，并具有较好的操作安全性。

技术领域

本发明涉及一种亚硝酸甲酯的制备方法，具体为利用新型高效的微反应器和相应连续制备系统。

背景技术

乙二醇主要用于生产聚酯纤维、塑料和橡胶等，也广泛应用于溶剂、润滑剂、增塑剂和防冻剂等方面，是一种重要的有机化工原料，。我国乙二醇目前进口依存度高达70％，主要来源于中东和北美。鉴于聚酯工业的强劲需求，预计未来我国乙二醇的需求量将进一步增加。

现有乙二醇生产工艺主要通过石油路线，由石油加工的乙烯氧化制环氧乙烷后再水合生产乙二醇。随着石油价格一路高涨，且石油资源逐渐短缺，发展煤基路线生产乙二醇，符合我国煤多油少的能源结构近年来，煤基路线发展迅速，其经济性也逐渐提高。例如，新疆生产的煤制乙二醇的生产成本在2500-3000元/吨，无论从绝对利润率还是与其他供给国家的相对成本比较，都有一定的竞争力。

煤基乙二醇路线主要通过CO气相催化偶联法制草酸甲酯然后加氢合成乙二醇。其中偶联反应生成的NO与产品分离后，与氧气和甲醇反应再次生成亚硝酸甲酯并返回偶联过程循环使用，即亚硝酸甲酯再生反应。此反应为气液两相硝化反应，反应速度快和放热量大。目前工业上多使用填料鼓泡床进行反应，气液接触面积低(200～2000m^-1)，传质能力较低。因而反应器设备体积往往较大以增加反应时间，反应器的运行效率较低。另外，塔式反应器中物料停留时间长(Li等Ind.Eng.Chem.Res,2013,52:2814-2823)，易生成较大量的硝酸(2％～4％甚至更高，CN201310416056)，对设备产生严重的腐蚀。

微型反应器是一类以微尺度通道为基本单元的新型反应器，具有大比表面积和高热质传递速率，非常适用于强化亚硝酸甲酯再生反应(CN107793316A)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种短停留时间的、保证反应安全进行的亚硝酸甲酯反应器。基于以上背景技术，本发明提出了一种适用于大规模生产亚硝酸甲酯的微反应器，以及与之配套的连续生产系统。

本发明所要解决的另外一个技术问题是提供与微反应器配套使用的连续生产亚硝酸甲酯的系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供的一种亚硝酸甲酯再生反应系统，所述系统包括通过管道依次连接的微型预反应器、微型气液反应器、旋风分离器、甲醇回收塔。所述微型预反应器，采用换热流体与反应流体流向相反的逆流换热型结构；所述微型气液反应器，采用换热流体与反应流体流向交叉的错流换热型结构。

基于以上技术方案，优选的，微型预反应器中反应通道宽度在1000～3000微米，深度为100～1000微米，长度10～20厘米，通道间距离为1～2厘米，换热通道深度为100～2000微米，换热通道与反应通道间距离为200～400微米；微型预反应器空速为2000～50000h^-1，反应温度为80～120℃。