專利名稱：：一種甲醇合成裝置的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種甲醇合成反應器，特別是適用于同位素標記甲醇的合成，具體涉及利用催化合成的方法，高收率地制備同位素標記的甲醇。
背景技術：
：碳-13(簡稱"C，下同)是碳元素的穩(wěn)定同位素，可以用作示蹤劑，廣泛應用于生物化學、醫(yī)學、藥物學、農業(yè)科學等領域，尤其對生命科學研究和食品安全領域有極為重大的意義。由于此類產品產量小，對化學純度和元素豐度要求高，因此價格昂貴，產品附加值高。甲醇又名木醇，是一種基本的有機醇類原料和溶劑。穩(wěn)定同位素"C標記甲醇是一種重要的基礎有機試劑，由此作為前體出發(fā)可以得到一系列同位素13C標記的有機化合物。甲醇的合成方法很多，除早期采用木材干餾制備外，還可通過有機合成的方法，用包括氫化鋁鋰在內的強還原劑將C02還原得到甲醇。隨著合成氨工業(yè)的發(fā)展，用合成氣(氫和一氧化碳)生產則成為主要方法，即以煤或天然氣石腦油含碳原料，在變換催化劑的作用下，生成含CO和H2的合成氣，再經(jīng)催化作用，合成得到甲醇。C02也可以在催化劑的作用下，直接加氫合成得到甲醇。目前在工業(yè)上甲醇的合成有許多成熟工藝，包括高壓、中亞和低壓工藝流程，典型工藝可分為英國ICI公司的低壓和中亞法，德國魯奇公司的低壓和中亞法，日本三菱化學公司的MGC低壓法，德國巴斯夫公司的高壓法等。這些合成工藝一般都具有生產設備投資大，生產工藝復雜，以及由于受反應化學平衡影響，產物甲醇的單程轉化率低等特點，不適合實驗室規(guī)模穩(wěn)定同位素標記甲醇的合成。穩(wěn)定同位素13C甲醇的合成通?？梢苑譃橛袡C化學試劑還原法和催化加氫的方法，其中前者采用包括氫化鋁鋰在內的強還原劑，在高沸點溶劑如二乙二醇二乙3醚中，將13(:02還原為"c標記的甲醇。該方法需要消耗大量昂貴的還原劑和高沸點溶劑，反應要求在嚴格的無水無氧條件下進行，反應進程和收率受操作者的經(jīng)驗和手法影響很大，這些條件使得實驗室制備甲醇的收率常常大大低于文獻所報道的(1)C。2UA1H4>CH3OH(2)C02+3H2"陽Z"1>CH3OH+H20一些研究者對工業(yè)合成甲醇的方法進行了改進，已使其適合實驗室規(guī)模穩(wěn)定同位素13(:甲醇的合成。其中，與co相比，以co2作為原料進行催化加氫具有如下優(yōu)點可以在較低的壓力下進行(低于3.0Mpa);C02沸點較高(-78。C)，使用中易于轉移儲存和原料回收；使用C02為原料對催化劑的壽命有利。一些研究者采用二氧化碳催化加氫制備穩(wěn)定同位素13C標記甲醇的方法進行的研究。如D.G.Ott采用自制的Cu-Zn催化劑，在自制不銹鋼催化劑反應器中，獲得了98%的甲醇粗收率，產物經(jīng)分子篩聯(lián)球減壓轉移，得到無水甲醇。采用上述方法合成甲醇雖然可以獲得良好的收率，但通常要增設包括高壓循環(huán)泵等在內的附加設備，以促進反應器內氣體循環(huán)，以加強反應器內部的傳質作用，縮短反應時間，提高同位素收率。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種提高反應釜合成效率，同位素元素收率高，適用于同位素標記甲醇合成的甲醇合成裝置。本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):一種甲醇合成裝置，其特征在于，該裝置包括反應器、催化劑床層、加熱裝置、冷凝水夾套、氣體回流擋板、產品收集器、氣體分布器，所述的催化劑床層設置在反應器中間，所述的加熱器設置在催化劑床層中間，所述的反應器外設冷凝水夾套，所述的氣體回流擋板設在反應器內的催化劑床層外，所述的產品收集器連接反應器底部，所述的反應器頂部設有合成氣入口和合成氣出口，所述的合成氣入口通過管道連接氣體分布器，該氣體分布器設置在反應器底部催化劑床層下，合成氣由反應器頂部的合成氣入口進入反應器底部，通過氣體分布器分布后流至催化劑床層加熱進行反應，剩余氣體流向反應器頂，遇冷后回流，產物甲醇收集在產品收集器中。所述的反應器為固定床反應釜。所述的氣體回流擋板為倒U字型氣體回流擋板，該倒U字型氣體回流擋板設置在催化劑床層上，與催化劑床層間留有l(wèi)-5mm的間隙。所述的產品收集器為不銹鋼冷阱收集器，該不銹鋼冷阱收集器通過管道連接反應器底部，捕獲反應中生成的甲醇和水。所述的加熱裝置為加熱棒，設置在反應器內，所述的冷凝水夾套設置在反應器外，使反應器內生產溫差，合成氣從反應器底部進入催化劑床層，經(jīng)加熱棒加入后流向反應器頂部，遇冷后順外壁下沉。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明在催化劑填充的甲醇合成釜中，增設了氣體回流擋板和產品收集器，通過在密閉體系中對傳質過程進行強化，同時不斷移去反應產物，這樣使得甲醇合成反應的化學平衡向生成甲醇產物的方向移動，在固定床反應器中獲得超過90%的甲醇單程收率，特別適用于同位素標記甲醇的合成。圖l為本發(fā)明甲醇合成裝置的結構示意圖。圖中1-合成氣入口、2-合成氣出口、3-冷凝水夾套、4-加熱棒、5-倒U字型氣體回流擋板、6-催化劑床層、7-氣體分布器，8-產品收集器。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例1如圖1所示，一種甲醇合成裝置，該裝置包括固定床反應釜、催化劑床層6、加熱棒4、冷凝水夾套3、倒U字型氣體回流擋板5、產品收集器8、氣體分布器7，所述的催化劑床層6設置在固定床反應釜中間，所述的加熱棒4設置在催化劑床層6中間，所述的固定床反應釜外設冷凝水夾套3，所述的倒U字型氣體回流擋板5設在固定床反應釜內的催化劑床層6外，該倒U字型氣體回流擋板5設置在催化劑床層上，與催化劑床層6間留有l(wèi)-5mm的間隙，所述的產品收集器8連接固定床反應釜底部，所述的固定床反應釜頂部設有合成氣入口1和合成氣出口2，所述的合成氣入口1通過管道連接氣體分布器7，該氣體分布器7設置在固定床反應釜底部催化劑床層6下，合成氣由固定床反應釜頂部的合成氣入口l進入固定床反應釜底部，通過氣體分布器7分布后流至催化劑床層6加熱進行反應，剩余氣體流向固定床反應釜頂，遇冷后回流，通過氣體回流擋板5增強氣體的對流，產物甲醇收集在產品收集器8中。合成氣由上部入口進入反應器，由氣體分布器到達反應器釜底，再流經(jīng)催化劑固定床層，在適宜的溫度和壓力條件下進行甲醇的合成反應。在密閉體系中，合成氣從釜底經(jīng)過催化劑床層經(jīng)加熱后流向釜頂，遇冷后順外壁下沉，釜內氣體的溫差由于催化劑加熱棒和夾套產生，形成的氣體流動則通過固定床外倒U字型氣體回流擋板實現(xiàn)強化，傳質效率得以顯著提高。釜底通過管道與不銹鋼冷阱聯(lián)通，反應中生成的水和甲醇不斷被冷阱捕獲，使得反應不斷向生成產物的方向移動。反應結束后，關閉閥，目標產物甲醇存在于不銹鋼冷阱收集器中。為了進一步說明本發(fā)明的作用效果，在不同反應條件下，在本裝置上進行了甲醇的催化加氫合成實驗，見表l:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>反應釜有效容積3.5升，反應時間4小時，催化劑為自制Cu-Zn-Al系，裝填量70克，催化劑粒徑23mm。從表1的結果可以看出，使用本發(fā)明的甲醇合成反應器，能有效提高甲醇合成反應的收率。所得到的產物為摩爾比1:1的甲醇水溶液，在自制微型高效精餾器上進一步純化可得到純度99.9%以上的甲醇。綜上所述，使用本發(fā)明的甲醇合成反應器，能夠有效強化密閉體系中的氣體傳質過程，無需增設外置的強制循環(huán)設備。使得甲醇合成反應得以突破化學平衡的限制，在固定床反應器中獲得超過90%的甲醇單程收率，特別適用于同位素標記甲醇的合成。權利要求1.一種甲醇合成裝置，其特征在于，該裝置包括反應器、催化劑床層、加熱裝置、冷凝水夾套、氣體回流擋板、產品收集器、氣體分布器，所述的催化劑床層設置在反應器中間，所述的加熱器設置在催化劑床層中間，所述的反應器外設冷凝水夾套，所述的氣體回流擋板設在反應器內的催化劑床層外，所述的產品收集器連接反應器底部，所述的反應器頂部設有合成氣入口和合成氣出口，所述的合成氣入口通過管道連接氣體分布器，該氣體分布器設置在反應器底部催化劑床層下，合成氣由反應器頂部的合成氣入口進入反應器底部，通過氣體分布器分布后流至催化劑床層加熱進行反應，剩余氣體流向反應器頂，遇冷后回流，產物甲醇收集在產品收集器中。2.根據(jù)權利要求l所述的一種甲醇合成裝置，其特征在于，所述的反應器為固定床反應釜。3.根據(jù)權利要求l所述的一種甲醇合成裝置，其特征在于，所述的氣體回流擋板為倒U字型氣體回流擋板，該倒U字型氣體回流擋板設置在催化劑床層上，與催化劑床層間留有l(wèi)-5mm的間隙。4.根據(jù)權利要求l所述的一種甲醇合成裝置，其特征在于，所述的產品收集器為不銹鋼冷阱收集器，該不銹鋼冷阱收集器通過管道連接反應器底部，捕獲反應中生成的甲醇和水。5.根據(jù)權利要求l所述的一種甲醇合成裝置，其特征在于，所述的加熱裝置為加熱棒，設置在反應器內，所述的冷凝水夾套設置在反應器外，使反應器內生產溫差，合成氣從反應器底部進入催化劑床層，經(jīng)加熱棒加入后流向反應器頂部，遇冷后順外壁下沉。全文摘要本發(fā)明涉及一種甲醇合成裝置，該裝置包括反應器、催化劑床層、加熱裝置、冷凝水夾套、氣體回流擋板、產品收集器、氣體分布器，所述的催化劑床層設置在反應器中間，所述的加熱器設置在催化劑床層中間，所述的反應器外設冷凝水夾套，所述的氣體回流擋板設在反應器內的催化劑床層外，所述的產品收集器連接反應器底部，所述的反應器頂部設有合成氣入口和合成氣出口，所述的合成氣入口通過管道連接氣體分布器，該氣體分布器設置在反應器底部催化劑床層下。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明裝置使得甲醇合成反應的化學平衡向生成甲醇產物的方向移動，在固定床反應器中獲得超過90％的甲醇單程收率，特別適用于同位素標記甲醇的合成。文檔編號C07C31/04GK101643389SQ200910194569公開日2010年2月10日申請日期2009年8月25日優(yōu)先權日2009年8月25日發(fā)明者呂待清,赟孟,宋家龍,勇羅,陸平曄申請人:上?；ぱ芯吭?