[发明专利]一种甲醇合成装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种甲醇合成反应器，特别是适用于同位素标记甲醇的合成，具体 涉及利用催化合成的方法，高收率地制备同位素标记的甲醇。

背景技术

碳-13(简称¹³C，下同)是碳元素的稳定同位素，可以用作示踪剂，广泛应用 于生物化学、医学、药物学、农业科学等领域，尤其对生命科学研究和食品安全领 域有极为重大的意义。

由于此类产品产量小，对化学纯度和元素丰度要求高，因此价格昂贵，产品附 加值高。

甲醇又名木醇，是一种基本的有机醇类原料和溶剂。稳定同位素¹³C标记甲醇 是一种重要的基础有机试剂，由此作为前体出发可以得到一系列同位素¹³C标记的 有机化合物。

甲醇的合成方法很多，除早期采用木材干馏制备外，还可通过有机合成的方 法，用包括氢化铝锂在内的强还原剂将CO₂还原得到甲醇。随着合成氨工业的发 展，用合成气(氢和一氧化碳)生产则成为主要方法，即以煤或天然气石脑油含碳 原料，在变换催化剂的作用下，生成含CO和H₂的合成气，再经催化作用，合成 得到甲醇。CO₂也可以在催化剂的作用下，直接加氢合成得到甲醇。

目前在工业上甲醇的合成有许多成熟工艺，包括高压、中亚和低压工艺流程， 典型工艺可分为：英国ICI公司的低压和中亚法，德国鲁奇公司的低压和中亚法， 日本三菱化学公司的MGC低压法，德国巴斯夫公司的高压法等。这些合成工艺一 般都具有生产设备投资大，生产工艺复杂，以及由于受反应化学平衡影响，产物甲 醇的单程转化率低等特点，不适合实验室规模稳定同位素标记甲醇的合成。

稳定同位素¹³C甲醇的合成通常可以分为有机化学试剂还原法和催化加氢的 方法，其中前者采用包括氢化铝锂在内的强还原剂，在高沸点溶剂如二乙二醇二乙 醚中，将¹³CO₂还原为¹³C标记的甲醇。该方法需要消耗大量昂贵的还原剂和高沸 点溶剂，反应要求在严格的无水无氧条件下进行，反应进程和收率受操作者的经验 和手法影响很大，这些条件使得实验室制备甲醇的收率常常大大低于文献所报道的 结果。

一些研究者对工业合成甲醇的方法进行了改进，已使其适合实验室规模稳定 同位素¹³C甲醇的合成。其中，与CO相比，以CO₂作为原料进行催化加氢具有如 下优点：可以在较低的压力下进行(低于3.0Mpa)；CO₂沸点较高(-78℃)，使用 中易于转移储存和原料回收；使用CO₂为原料对催化剂的寿命有利。

一些研究者采用二氧化碳催化加氢制备稳定同位素¹³C标记甲醇的方法进行 的研究。如D.G.Ott采用自制的Cu-Zn催化剂，在自制不锈钢催化剂反应器中，获 得了98％的甲醇粗收率，产物经分子筛联球减压转移，得到无水甲醇。采用上述 方法合成甲醇虽然可以获得良好的收率，但通常要增设包括高压循环泵等在内的附 加设备，以促进反应器内气体循环，以加强反应器内部的传质作用，缩短反应时间， 提高同位素收率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高反应釜 合成效率，同位素元素收率高，适用于同位素标记甲醇合成的甲醇合成装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种甲醇合成装置，其特征在于， 该装置包括反应器、催化剂床层、加热装置、冷凝水夹套、气体回流挡板、产品收 集器、气体分布器，所述的催化剂床层设置在反应器中间，所述的加热器设置在催 化剂床层中间，所述的反应器外设冷凝水夹套，所述的气体回流挡板设在反应器内 的催化剂床层外，所述的产品收集器连接反应器底部，所述的反应器顶部设有合成 气入口和合成气出口，所述的合成气入口通过管道连接气体分布器，该气体分布器 设置在反应器底部催化剂床层下，合成气由反应器顶部的合成气入口进入反应器底 部，通过气体分布器分布后流至催化剂床层加热进行反应，剩余气体流向反应器顶， 遇冷后回流，产物甲醇收集在产品收集器中。

所述的反应器为固定床反应釜。