CN110054550B - 一种气相甲醛法生产聚甲氧基二甲醚的工艺系统和方法 - Google Patents

一种气相甲醛法生产聚甲氧基二甲醚的工艺系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种气相甲醛法生产聚甲氧基二甲醚的工艺系统和方法，该方法以甲醇为原料，通过甲醇气化装置得到甲醇气体，并将甲醇气体通入甲醇脱氢反应器，在催化剂的作用下生成甲醛气体和氢气，之后将甲醛气体和氢气的混合气通过降温装置，得到较低温度的甲醛气体；将甲缩醛引入甲缩醛预热装置，得到甲缩醛气体；将甲缩醛气体和甲醛气体引入气体混合器，通过调节进气阀使混合气中甲醛和甲缩醛的摩尔比为1.4:1～1.2:1；将甲醛和甲缩醛混合气导入DMMn反应塔，在DMMn反应塔内在催化剂的作用下反应生成聚甲氧基二甲醚。本发明结构简单，操作方便，避免了水的引入，可消除水对反应的影响。甲醛的反应温度在110℃以上，避免甲醛的缩合成多聚甲醛，引起管道堵塞。

Description

一种气相甲醛法生产聚甲氧基二甲醚的工艺系统和方法
技术领域
本发明属于化工生产工艺及设备技术领域，涉及聚甲氧基二甲醚的生产工艺，尤其是一种甲醛气体的生产和气相甲醛法合成聚甲氧基二甲醚的联合生产装置和方法。
背景技术
我国“富煤、贫油、少气”的能源结构特点决定我们必须发展液体燃料合成技术。现在，我国甲醇产能过剩，因而开发甲醇下游产品，延伸煤化工产业链，具有重要的现实意义。
实验和相关文献表明，在柴油中添加聚甲氧基二甲醚DMMn(n＝3、4)可以有效的减少氮氧化物和烟尘颗粒的排放，缓解现阶段严重的空气污染问题。DMMn可由甲醛和甲缩醛在催化剂的作用下生成。目前在工业生产甲醛的过程中，常常利用甲醛易溶于水的特性来吸收甲醛，然后用浓甲醛作为链节CH2O的供体。导致合成DMMn(聚甲氧基二甲醚)的甲醛源中含有大量的水，这样会使副反应增多，目标产物DMMn(n为3、4)的选择性和收率都大大降低，增大了产物提纯的难度和成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种由气相甲醛法生产DMMn的工艺系统和方法，使用甲醛气体直接与甲缩醛气相合成DMMn，消除了水对反应的影响。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种气相甲醛法生产聚甲氧基二甲醚的工艺系统，包括气相甲醛生成装置、气相甲缩醛生成装置、气体混合器、DMMn反应塔，气相甲醛生成装置及气相甲缩醛生成装置分别连接气体混合器的进气口，气体混合器的出气口连接DMMn反应塔的原料进料口。
而且，DMMn反应塔的塔釜液相采出口连接产物分离装置，DMMn反应塔的塔顶气相采出口连接尾气处理装置。
而且，所述的气相甲醛生成装置包括依次连接的甲醇储罐、甲醇气化装置、甲醇脱氢反应器、甲醛混合气降温装置、甲醛混合气降温装置的出口连接气体混合器的进气口。
而且，所述的气相甲缩醛生成装置包括依次连接的甲缩醛储罐、甲缩醛预热装置，甲缩醛预热装置的出口连接气体混合器的进气口。
一种气相甲醛法生产聚甲氧基二甲醚的工艺方法，步骤如下：
步骤一、以甲醇为原料，通过甲醇气化装置得到甲醇气体，并将甲醇气体通入甲醇脱氢反应器，在催化剂的作用下生成甲醛气体和氢气，之后将甲醛气体和氢气通过甲醛混合气降温装置，得到较低温度的甲醛气体；将甲缩醛引入甲缩醛预热装置，得到甲缩醛气体；
步骤二、将甲缩醛气体和甲醛气体引入气体混合器，通过调节进气阀使混合气中甲醛和甲缩醛的摩尔比为1.4:1～1.2:1；
步骤三、将甲醛和甲缩醛混合气导入DMMn反应塔，在DMMn反应塔内在催化剂的作用下反应生成聚甲氧基二甲醚。
而且，甲醛混合气降温装置的出口温度为120±5℃；甲缩醛预热装置的出口温度为120±5℃。
而且，甲醇脱氢反应器内装填负载型V2O3催化剂，反应管中装填催化剂的床层厚度为10-13cm，脱氢反应温度350℃。
而且，DMMn反应塔的温度为115±10℃℃，压力为3-5MPa。
而且，DMMn反应塔内塔内件为Dixon环。
而且，DMMn反应塔内采用的催化剂为HZSM-5分子筛催化剂，HZSM-5分子筛催化剂和Dixon环按体积比为1:4在反应器内混合装填，装填高度为85cm。
本发明的优点和有益效果：
本发明使用甲醛气体直接与甲缩醛气相合成DMMn，消除了水对反应的影响。此外，由于甲醛的流动和反应温度在110℃以上，避免甲醛的缩合成多聚甲醛，引起管道的堵塞。同时，在反应温度下，DMM和DMM2为气相，降低了DMMn的提纯难度和成本。此外，从节能的角度，利用降温装置中的冷却液去预热液体甲缩醛和气化甲醇，实现能量的回收利用，降低能耗。
附图说明
图1为本发明工艺系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种气相甲醛法生产聚甲氧基二甲醚的工艺系统，包括气相甲醛生成装置、气相甲缩醛生成装置、气体混合器5、DMMn反应塔13，气相甲醛生成装置及气相甲缩醛生成装置分别连接气体混合器的进气口，气体混合器的出气口连接DMMn反应塔的原料进料口，DMMn反应塔的塔釜液相采出口连接产物分离装置14，DMMn反应塔的塔顶气相采出口连接尾气处理装置6。
所述的气相甲醛生成装置包括依次连接的甲醇储罐12、甲醇气化装置9、甲醇脱氢反应器8、甲醛混合气降温装置7、甲醛混合气降温装置的出口连接气体混合器的进气口，在甲醇储罐与甲醇气化装置之间依次连接甲醇进料泵11及甲醇进料控制阀10。
所述的气相甲缩醛生成装置包括依次连接的甲缩醛储罐1、甲缩醛预热装置4，甲缩醛预热装置的出口连接气体混合器的进气口，在甲缩醛储罐与甲缩醛预热装置之间依次连接甲缩醛进料泵2及甲缩醛进料控制阀3。
将预热后的甲缩醛和冷却后的甲醛混合气导入混合器。然后将甲醛、氢气和甲缩醛的混合气导入DMMn反应塔内。DMMn反应塔下部有气相分布器，使得甲醛和甲缩醛混合气体能均匀分布上升。
在甲醇脱氢反应器中装填负载型V2O3催化剂。
其中甲醛混合气降温装置内，冷流体经换热后变成的热流体可用于甲醇的气化和DMMn的预热，实现热能的循环利用。
实施例1
如图1所示，本发明以甲醇和甲缩醛为反应原料。首先，甲醇通过甲醇进料泵进入甲醇气化装置，然后转化为甲醇气体并加热至350℃，将350℃的甲醇气体导入甲醇脱氢反应器(固定床反应器中装填负载型V2O3催化剂)中，在350℃、大气压的反应条件下进行甲醇脱氢，高转化率和选择性的转化为甲醛和氢气混合气，然后导入甲醛混合气降温装置，将混合气温度将为120±5℃，之后将甲醛混合气导入气体混合器。
甲缩醛通过甲缩醛进料泵导入甲缩醛预热装置，将温度升到120±5℃，之后导入气体混合器。调节甲缩醛进料控制阀和甲醇进料控制阀，使得混合气中甲醛和甲缩醛的摩尔比为1.2:1。然后将甲醛和甲缩醛的混合气导入DMMn反应塔，在DMMn反应塔内，反应温度为120℃，压力为3-5MPa下，混合气在分子筛催化剂的作用下发生反应。将液体生成物DMMn(n≥3)从反应塔下部的液体采出口导出，进入产物分离装置；反应剩余气体(包含DMM、DMM2、H2)从反应塔顶部气体采出口采出，进入尾气回收装置。
经上述过程后，DMM的转化率为52.14％，DMM3-8的选择性可以达到43.77％。
实施例2
采用实施例1提供的装置进行。调节甲缩醛进料控制阀和甲醇进料控制阀，使得混合气中甲醛和甲缩醛的摩尔比为1:1。在DMMn反应塔内，反应温度为110℃，压力为3-5MPa下。
经过上述过程后，DMM的转化率为46.95％，DMM3-8的选择性可以达到37.81％。
实施例3
采用实施例1提供的装置进行，调节甲缩醛进料控制阀和甲醇进料控制阀，使得混合气中甲醛和甲缩醛的摩尔比为1.4:1。在DMMn反应塔内，反应温度为120℃，压力为3-5MPa下。
经过上述过程后，DMM的转化率为60.51％，DMM3-8的选择性可以达到50.32％。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种气相甲醛法生产聚甲氧基二甲醚的工艺装置，其特征在于：包括：
气相甲醛生成装置、所述的气相甲醛生成装置包括依次连接的甲醇储罐、甲醇气化装置、甲醇脱氢反应器、甲醛混合气降温装置、甲醛混合气降温装置的出口连接气体混合器的进气口；
气相甲缩醛生成装置、所述的气相甲缩醛生成装置包括依次连接的甲缩醛储罐、甲缩醛预热装置，甲缩醛预热装置的出口连接气体混合器的进气口；
所述气相甲醛生成装置及气相甲缩醛生成装置分别连接气体混合器的进气口，气体混合器的出气口连接DMMn反应塔的原料进料口；
气体混合器、
DMMn反应塔、所述DMMn反应塔内塔内件为Dixon环，催化剂和Dixon环在反应器内混合装填，DMMn反应塔下部有气相分布器，使得甲醛和甲缩醛混合气体能均匀分布上升。
2.根据权利要求1所述的气相甲醛法生产聚甲氧基二甲醚的工艺装置，其特征在于：所述DMMn反应塔的塔釜液相采出口连接产物分离装置，DMMn反应塔的塔顶气相采出口连接尾气处理装置。
3.一种气相甲醛法生产聚甲氧基二甲醚的工艺方法，其特征在于：步骤如下：
步骤一、以甲醇为原料，通过甲醇气化装置得到甲醇气体，并将甲醇气体通入甲醇脱氢反应器，在催化剂的作用下生成甲醛气体和氢气，之后将甲醛气体和氢气通过甲醛混合气降温装置，得到较低温度的甲醛气体；将甲缩醛引入甲缩醛预热装置，得到甲缩醛气体；
所述甲醛混合气降温装置的出口温度为120±5℃；甲缩醛预热装置的出口温度为120±5℃；
所述甲醇脱氢反应器内装填负载型V2O3催化剂，反应管中装填催化剂的床层厚度为10-13cm，脱氢反应温度350℃；
其中甲醛混合气降温装置内，冷流体经换热后变成的热流体可用于甲醇的气化和DMMn的预热，实现热能的循环利用；
步骤二、将甲缩醛气体和甲醛气体引入气体混合器，通过调节进气阀使混合气中甲醛和甲缩醛的摩尔比为1.4:1～1.2:1；
步骤三、将甲醛和甲缩醛混合气导入DMMn反应塔，在DMMn反应塔内在催化剂的作用下反应生成聚甲氧基二甲醚；所述DMMn反应塔的温度为115±10℃，压力为3-5MPa。
4.根据权利要求3所述的气相甲醛法生产聚甲氧基二甲醚的工艺方法，其特征在于：DMMn反应塔内采用的催化剂为HZSM-5分子筛催化剂，HZSM-5分子筛催化剂和Dixon环按体积比为1:4在反应器内混合装填，装填高度为85cm。
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