CN110128398A - 用于三聚甲醛浓缩的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于三聚甲醛浓缩的系统及方法，系统包括：反应器，使甲醛聚合产生三聚甲醛，并自顶部得到包含三聚甲醛、甲醛和水的汽相混合物料；冷凝器，用于对一部分汽相混合物料冷凝，得到液相混合物料；浓缩塔，包括上塔、中塔和下塔，上塔和中塔内分别设置有填料和分布器，且浓缩塔上分别设置有位于上塔的液相入口以及位于中塔或下塔的汽相入口；液相入口和冷凝器之间通过液相进料管连通；汽相入口和反应器之间连接有汽相进料管，且汽相进料管伸入浓缩塔内，汽相进料管的出料口位于下塔的上部；浓缩塔用于对送入的汽、液相混合物料进行蒸馏，并自塔底分离出甲醛，自塔顶得到三聚甲醛。该系统及方法能够实现对三聚甲醛的稳定浓缩。

Description

用于三聚甲醛浓缩的系统及方法

技术领域

本发明属于煤化工领域，特别是用于三聚甲醛浓缩的系统及方法。

背景技术

三聚甲醛是聚合反应工段的主要反应物，其连续稳定浓缩直接影响着聚合反应工段主反应的连续性、转化效率，以及终产品的品质。三聚甲醛浓缩工艺是将三聚甲醛反应器内反应后得到的包含三聚甲醛、甲醛、水的汽相混合物料(汽相混合物料的组成：来自三聚甲醛反应器中未反应完的65wt％浓甲醛，含量约50wt％；来自三聚甲醛反应器中反应得到的三聚甲醛，含量约17wt％；水和/或水蒸气，含量约30wt％)在浓缩塔内进行连续的汽液相交换，利用不断蒸馏的方式将大部分未反应甲醛与三聚甲醛分离，提高三聚甲醛的浓度，从而实现对三聚甲醛的浓缩。

其浓缩过程如下：从三聚甲醛反应器出来的汽相混合物料分成两股，一股作为汽相进料从浓缩塔的中塔进入塔内提供蒸馏热量，一股出反应器后进入反应器塔顶汽相冷凝器冷凝后作为液相进料从浓缩塔上塔进入塔内提供蒸馏冷量，从而实现气液相的交换。经过浓缩后的物料分汽液两相(汽相的组成：三聚甲醛，含量约65wt％；水和/或水蒸气，含量约35wt％；液相的组成：65wt％浓甲醛。)，汽相从浓缩塔顶部出料进入后工段继续萃取、分离、精制，最终得到纯度99.99wt％的三聚甲醛产品，液相从浓缩塔底部出料返流至三聚甲醛反应器作为部分反应物继续参与反应，循环利用。

而进入浓缩塔的汽相进料与液相进料中的65wt％浓甲醛在进入浓缩塔的过程中，会出现以下问题：①汽相进料中浓甲醛因遇到浓缩塔的真空塔压发生低压闪蒸，甲醛浓度瞬间提高产生自聚，导致三聚甲醛浓缩塔规整填料堵塞，填料与分布器损坏；②液相进料中的甲醛自聚主要发生在三聚甲醛反应器顶部汽相冷凝器内和三聚甲醛浓缩塔塔底出料的浓醛输送泵体内及其进出口管线，导致冷凝器、输送泵、出口管线堵塞，致使装置被迫频繁停工、检修、再开工，造成人工和经济损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于三聚甲醛浓缩的系统及方法，该系统及方法能够减少系统堵塞，实现对三聚甲醛的稳定、连续浓缩，系统及方法简单，容易操作。

为实现本发明的第一个目的，采用以下的技术方案：

一种用于三聚甲醛浓缩的系统，包括：

反应器，用于使经进料管线输入的甲醛发生聚合反应产生三聚甲醛，并自反应器顶部得到包含三聚甲醛、甲醛和水的汽相混合物料；

冷凝器，用于对来自所述反应器顶部的一部分所述汽相混合物料进行冷凝，得到液相混合物料；

浓缩塔，所述浓缩塔由上至下依次包括上塔、中塔和下塔，所述上塔和所述中塔内分别设置有填料，且所述上塔和所述中塔的底部分别设有分布器分布器；所述浓缩塔上分别设置有位于上塔的液相入口以及位于中塔或下塔的汽相入口；所述液相入口和所述冷凝器之间通过液相进料管连通，用于将来自所述冷凝器的液相混合物料作为液相进料送入所述浓缩塔以提供蒸馏冷量；所述汽相入口和所述反应器之间连接有汽相进料管，且所述汽相进料管伸入所述浓缩塔内，所述汽相进料管的出料口位于所述下塔的上部，所述汽相进料管用于将来自所述反应器的未经所述冷凝器冷凝的汽相混合物料作为汽相进料送入所述浓缩塔以提供蒸馏热量；所述浓缩塔用于对送入的所述汽相混合物料和所述液相混合物料进行蒸馏，并自塔底分离出甲醛，自塔顶得到三聚甲醛。

优选地，所述汽相进料管的出料口与所述下塔的顶部之间的距离大于0、且不大于所述下塔塔高的1/3，比如为所述下塔塔高的1/4、1/5、1/6、1/10。

优选地，所述下塔内不设置填料和分布器。

优选地，所述汽相入口设置于所述中塔上；所述汽相入口至所述中塔底部的距离为所述中塔塔高的0-1/3，优选0-1/4，进一步优选0-1/5，比如1/6、1/7、1/8、1/9、1/10。

优选地，所述汽相进料管包括顺次连接的进料端管和出料端管，所述进料端管经所述汽相入口伸入所述中塔，所述出料端管向下延伸至所述下塔内的上部，且所述出料端管的出料口位于所述浓缩塔的中心轴上。

优选地，所述进料端管经所述汽相入口沿垂直于所述浓缩塔的中心轴方向伸入所述中塔，所述出料端管沿所述浓缩塔的中心轴向下延伸至所述下塔内的上部。

优选地，所述液相入口至所述上塔底部的距离为所述上塔塔高的1/3-2/3，优选2/5-2/3，比如1/2或3/5。

优选地，所述液相进料管上还设置有保温夹套，优选为0.2-0.8Mpa蒸汽保温夹套，优选为0.3-0.6Mpa蒸汽保温夹套，比如为0.4Mpa蒸汽保温夹套。

优选地，所述汽相进料管设置为铜管缠绕式伴热，优选为0.2-0.8Mpa蒸汽铜管缠绕式伴热，优选为0.3-0.6Mpa蒸汽铜管缠绕式伴热，比如为0.4Mpa蒸汽铜管缠绕式伴热。

优选地，所用铜管的管径为φ5-20mm，优选为φ8-12mm，比如为φ10mm、φ12mm；

优选地，所用铜管的缠绕管间距为2-8cm，比如3cm、5cm、7cm，且在所述汽相进料管上位于相邻缠绕管之间的外壁上涂覆有导热胶泥层。

优选地，所述导热胶泥层的厚度为5-20mm，优选为8-12mm，比如为10mm、12mm。

优选地，所述汽相进料管上还连接有喷淋管，所述喷淋管设置于所述汽相进料管上位于所述浓缩塔外的部分，用于向所述汽相进料管中通入第一喷淋介质以降低汽相进料中甲醛的浓度至其小于65wt％；优选所述喷淋管与所述汽相进料管垂直设置。

优选地，所述第一喷淋介质为喷淋水或喷淋蒸汽，优选为喷淋水。

优选地，所述第一喷淋介质为喷淋蒸汽，所述喷淋蒸汽为0.2-0.8MPa蒸汽，优选为0.3-0.6MPa蒸汽，比如0.4MPa蒸汽；流量为2-5m³/h，优选3-4m³/h，比如3.5m³/h。

优选地，所述第一喷淋介质为喷淋水，所述喷淋水的温度为80-95℃，优选85-90℃，比如88℃、90℃；流量为0.5-3m³/h，优选1-2.5m³/h，比如1.5m³/h、2m³/h。

优选地，所述浓缩塔的塔底还设置有输送泵，用于将来自所述浓缩塔塔底的甲醛输出；所述输送泵的出口管线的管径为DN30-DN70，比如DN40、DN50、DN60。

优选地，所述系统还包括循环管线，所述循环管线的一端连接至所述输送泵的出口管线，另一端连接至所述反应器的进料管线，用于将来自所述浓缩塔的甲醛返回至所述反应器以继续发生聚合反应。

优选地，所述循环管线的管径与所述输送泵出口管线的管径相同。

优选地，所述冷凝器内设置有喷淋装置，用于通入第二喷淋介质对来自所述反应器顶部的一部分所述汽相混合物料进行喷淋换热以使其冷凝；所述第二喷淋介质为喷淋水，所述第二喷淋介质的温度为80-95℃，优选85-90℃，比如88℃、90℃；流量为10-40m³/h，优选15-35m³/h，比如20m³/h、25m³/h、30m³/h。

优选地，所述浓缩塔的回流比为0.5-2.2，优选为1.3-1.9，比如1.4、1.6、1.8。

为实现本发明的第二个目的，本发明还提供一种利用前述的系统进行三聚甲醛浓缩的方法。

本发明的用于三聚甲醛浓缩的系统及方法，具有以下有益效果：

(1)通过将所述汽相进料管伸入浓缩塔内且其出料口位于所述下塔上部，使汽相进料的位置下移，即使汽相进料进入浓缩塔时先进入下塔上部，然后依次上升至中塔和上塔，增长汽相进料与液相进料的接触时间，并提高二者的接触均匀性，从而提高蒸馏效果，进一步实现对甲醛和三聚甲醛的有效分离，提高三聚甲醛的浓缩效果和浓缩效率；

相对于原设计中汽相入口至中塔底部的距离为中塔塔高的1/2-2/3，且汽相进料管输入的汽相进料直接从汽相入口进料至中塔，本发明以上设置使得浓缩塔内的甲醛分布更均匀，且其浓度分布也整体下移，从而使得在汽相进料中甲醛遇到浓缩塔的真空塔压发生低压闪蒸时，降低甲醛在中塔下段填料内自聚的概率和自聚量，提高了浓缩塔的运行周期，提高了对三聚甲醛的浓缩效率；

(2)相对于原设计中将液相入口设置于上塔与中塔的分界面处(即液相入口至上塔底部的距离为0)，从而液相进料管输入的液相进料直接从液相入口进料至上塔，本申请通过将所述液相入口设置在其至所述上塔底部的距离为所述上塔塔高的1/3-2/3，进一步增长汽相进料与液相进料的接触时间，并提高二者的接触均匀性，从而提高蒸馏效果，从而实现对甲醛和三聚甲醛的有效分离，提高三聚甲醛的浓缩效率；

(3)原设计中，上、中、下塔内均设置有填料，汽相进料中的甲醛在遇到浓缩塔的真空塔压发生低压闪蒸而在下塔内自聚时，会导致下塔内填料堵塞，从而造成下塔内填料损坏、中塔下段和下塔内压差升高，且下塔压差比中塔下段压差上涨快，造成装置被迫停车；

本发明通过在下塔不设置填料，使得汽相进料中的甲醛在遇到浓缩塔的真空塔压发生低压闪蒸而在下塔内自聚时，能够避免下塔堵塞，从而避免下塔内的压差升高，进而避免装置被迫停车；下塔内不设置填料，浓缩塔塔底的三聚甲醛浓度可以控制在1.5wt％以内，满足生产需要；

(4)相对于原设计的DN80，本申请将所述输送泵的出口管线的管径设置为DN30-DN70，从而提高来自所述浓缩塔塔底的甲醛在所述输送泵的出口管线内的流速，进而缩短其在所述输送泵的出口管线内的滞留时间，避免甲醛在出口管线及泵体内自聚而堵塞出口管线，降低了员工的劳动强度，可保证装置的连续稳定运行；

(5)原设计中，液相进料管设置为80℃热水夹套保温，汽相进料管设置为0.4Mpa蒸汽铜管平行伴热，伴热保温效果不理想，造成高浓度甲醛在低温情况下自聚堵塞管道及设备，严重时造成装置被迫停车，且堵塞后的管线处理难度较大；

相对于原设计，本申请将液相进料管设置为0.2-0.8Mpa蒸汽保温夹套保温，汽相进料管设置为铜管缠绕式伴热，优选0.2-0.8Mpa蒸汽铜管缠绕式伴热，并对所用铜管的管径及缠绕管间距进行了限定，且在所述汽相进料管上位于相邻缠绕管之间的外壁上涂覆有导热胶泥层，从而提高了保温效果，有效防止汽、液相进料管内物料温度的降低，从而避免了汽、液相进料中甲醛自聚而堵塞管道及设备，有助于系统稳定长周期运行；

(6)通过在汽相进料管上连接喷淋管，对汽相进料进行稀释，降低经汽相进料管进入浓缩塔内的汽相进料中的甲醛浓度，使塔内的甲醛浓度分布整体下移，降低了甲醛在塔内的自聚速度和自聚量，有助于系统稳定长周期运行；

(7)原设计中，冷凝器中喷淋装置的喷淋介质流量较小，为5m³/h，冷凝器内容易发生甲醛自聚而堵塞，造成进入浓缩塔内的汽相进料量和液相进料量波动，汽液相平衡不断被打破，加速了甲醛的闪蒸自聚的速度，同时因甲醛自聚造成堵塞会引起甲醛在冷凝器内滞留聚集，造成塔压不断上涨；同时，冷凝器内自聚的甲醛颗粒也会不断地随冷凝器出口的液相混合物料输送至浓缩塔内，使得在浓缩塔内，甲醛以甲醛颗粒为中心不断聚集，最终造成填料堵塞，填料与分布器损坏，浓缩塔压差升高，装置被迫停车；

本申请通过将冷凝器中喷淋装置的第二喷淋介质流量设置为10-40m³/h，从而增大了第二喷淋介质对冷凝器的冲刷量和冲刷强度，改善了甲醛在冷凝器内自聚的问题，及因甲醛自聚造成堵塞而引起的甲醛在冷凝器内滞留聚集的问题，保证冷凝器出口的液相混合物料出料的同时，有效控制进入浓缩塔的汽相量与液相量，维持汽液相平衡，进一步降低甲醛在浓缩塔内的自聚速度和自聚量，防止浓缩塔压差升高，保证装置稳定长周期运行；

(8)本申请通过将浓缩塔的回流比设置为0.5-2.2，优选1.3-1.9，加大了三聚甲醛浓缩塔内的汽液相的交换量，利用塔顶大量下降液体(即回流液)的冲刷作用，减少甲醛在填料中的滞留时间、降低甲醛在填料中聚集的不良工况，有效降低了甲醛颗粒在填料中的聚集速度，延长了系统的稳定运行周期；

(9)通过对本申请用于三聚甲醛浓缩的系统进行结构及工艺的上述设置，解决了三聚甲醛浓缩系统的技术瓶颈问题，使浓缩塔的在线运行周期由原来的30天提高至现在的180天以上，实现了系统的长周期稳定运行；极大地降低了员工清堵及拆装填料等检维修的劳动强度，减轻了不必要的工作量；提高了装置的能效，避免了检修过程中甲醛对环境的污染及对人身安全健康的影响，切实提高了企业的经济效益；浓缩塔产出的产品指标在要求范围内，能够满足生产需要。

附图说明

图1是本发明的用于三聚甲醛浓缩的系统在一种实施方式中的流程图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明的技术方案及其效果做进一步说明。以下实施方式仅用于说明本发明的内容，本发明并不仅限于下述实施方式或实施例。应用本发明的构思对本发明进行的简单改变都在本发明要求保护的范围内。

如图1所示，本发明的用于三聚甲醛浓缩的系统包括：

反应器1，用于使经进料管线9输入的甲醛发生聚合反应产生三聚甲醛，并自反应器1顶部得到包含三聚甲醛、甲醛和水的汽相混合物料；

冷凝器2，用于对来自所述反应器1顶部的一部分所述汽相混合物料进行冷凝，得到液相混合物料；

浓缩塔3，所述浓缩塔3由上至下依次包括上塔31、中塔32和下塔33，所述上塔31和所述中塔32内分别设置有填料，且所述上塔31和所述中塔32的底部分别设有分布器；所述浓缩塔3上分别设置有位于上塔31的液相入口以及位于中塔32或下塔33的汽相入口；所述液相入口和所述冷凝器2之间通过液相进料管4连通，用于将来自所述冷凝器2的液相混合物料作为液相进料送入所述浓缩塔3以提供蒸馏冷量；所述汽相入口和所述反应器1之间连接有汽相进料管5，且所述汽相进料管5伸入所述浓缩塔3内，汽相进料管5的出料口位于所述下塔33的上部，所述汽相进料管5用于将来自所述反应器1的未经所述冷凝器2冷凝的汽相混合物料作为汽相进料送入所述浓缩塔3以提供蒸馏热量；所述浓缩塔3用于对送入的所述汽相混合物料和所述液相混合物料进行蒸馏，并自塔底分离出甲醛，自塔顶得到三聚甲醛。

本领域技术人员可以理解，进料管线9连接至反应器1上以进料原料甲醛；自反应器1的顶部出口至冷凝器2的进料口设置有管线，用于使来自所述反应器1顶部的一部分所述汽相混合物料输送至所述冷凝器2内进行冷凝。

上塔31和中塔32内的分布器可以为格栅式分布器，也可以为其他分布器，比如网孔状分布器，分布器主要有两个用途：①支撑上塔和中塔内的填料②用于将流经的汽液两相分布均匀，以使二者更好地接触和热交换。

本发明通过将所述汽相进料管伸入浓缩塔内且将其出料口设置于所述下塔内的上部，使汽相进料的位置下移，即使汽相进料进入浓缩塔时先进入下塔上部，然后依次上升至中塔和上塔，增长了汽相进料管的出料端与液相进料管的出料端的距离，从而增长了汽相进料与液相进料的接触时间，并提高了二者的接触均匀性，从而了提高蒸馏效果，从而实现了对甲醛和三聚甲醛的有效分离，提高了三聚甲醛的浓缩效果和浓缩效率。

相对于原设计中汽相入口至中塔底部的距离为中塔塔高的1/2-2/3，且汽相进料管的出口端连接至汽相入口，汽相进料直接从汽相入口进料至中塔，本发明以上设置使得浓缩塔内的甲醛浓度分布整体下移，从而使得在汽相进料中甲醛遇到浓缩塔的真空塔压发生低压闪蒸时，降低甲醛在中塔下段填料内自聚的概率和自聚量，提高了浓缩塔的运行周期，提高了对三聚甲醛的浓缩效率。

在一种实施例方式中，反应器1的进料为50-65wt％浓度(比如65wt％浓度)的甲醛；

反应器1顶部得到的包含三聚甲醛、甲醛和水的汽相混合物料中，甲醛来自反应器1中未反应完的50-65wt％浓度的甲醛，含量约50wt％；三聚甲醛来自反应器1中反应得到的三聚甲醛，含量约17wt％；水，含量约30wt％；即，反应器1顶部得到的包含三聚甲醛、甲醛和水的汽相混合物料中，三聚甲醛的浓度为17wt％；

而经浓缩塔3浓缩后得到的三聚甲醛浓度为50-80wt％(比如65wt％)。

利用本发明系统能够实现对三聚甲醛的有效浓缩。

在一种实施方式中，所述汽相进料管5的出料口与所述下塔33的顶部之间的距离大于0、且不大于所述下塔33塔高的1/3，比如为所述下塔塔高的1/4、1/5、1/6、1/7、1/8、1/9、1/10，从而延长汽、液相进料之间的初始距离，进而延长汽、液相进料的接触时间，提高了浓缩效率。

在一种实施方式中，所述下塔33内不设置填料和分布器。

原设计中，上、中、下塔内均设置有填料，且上、中塔内设置有分布器，汽相进料中的甲醛在遇到浓缩塔3的真空塔压发生低压闪蒸而在下塔33内自聚时，会导致下塔33内填料堵塞，从而造成设置有填料损坏、中塔32下段和下塔33内压差升高，且下塔33压差比中塔32下段压差上涨快，造成装置被迫停车。

为了促进进料和汽液交换，一般浓缩塔内会设置一定的真空度，即前面说的真空塔压。

本发明通过在下塔33不设置填料和分布器，使得汽相进料中的甲醛在遇到浓缩塔3的真空塔压发生低压闪蒸而在下塔内自聚时，能够避免下塔33堵塞，从而避免下塔33内的压差升高，进而避免装置被迫停车。下塔33内不设置填料和分布器，浓缩塔3塔底的三聚甲醛浓度可以控制在1.5wt％以内，满足生产需要。

在一种实施方式中，所述汽相入口设置于所述中塔32上；所述汽相入口至所述中塔32底部的距离为所述中塔32塔高的0-1/3，优选0-1/4，进一步优选0-1/5，比如1/6、1/7、1/8、1/9、1/10。

由于上塔31和中塔32中设有填料，下塔33不设置填料，所以汽相入口的上述设置，能够在安装汽相进料管5时对其起到支撑。

在一种实施方式中，所述汽相进料管5包括顺次连接的进料端管51和出料端管52，所述进料端管51经所述汽相入口伸入所述中塔32，所述出料端管52向下延伸至所述下塔33内的上部，且所述出料端管52的出料口位于所述浓缩塔33的中心轴上。

汽相进料管5的这种设置，使汽相进料进入浓缩塔3并直接进料至下塔33后再依次上升至中塔32和上塔31，进一步增长汽相进料与液相进料的接触时间，并提高二者的接触均匀性，从而提高蒸馏效果，实现对甲醛和三聚甲醛的有效分离，提高三聚甲醛的浓缩效果和浓缩效率。

在一种实施方式中，所述进料端管经所述汽相入口沿垂直于所述浓缩塔的中心轴方向伸入所述中塔，所述出料端管沿所述浓缩塔的中心轴向下延伸至所述下塔内的上部。

这种设置便于汽相进料管在浓缩塔内安装。

在一种实施方式中，所述液相入口至所述上塔31底部的距离为所述上塔31塔高的1/3-2/3，优选2/5-2/3，比如1/2或3/5。

相对于原设计中将液相入口设置于上塔中塔的分界面处(即液相入口至上塔底部的距离为0)，本申请通过将所述液相入口设置在其至所述上塔底部的距离为所述上塔塔高的1/3-2/3，进一步增长汽相进料与液相进料的接触时间，并提高二者的接触均匀性，从而提高蒸馏效果，从而实现对甲醛和三聚甲醛的有效分离，提高三聚甲醛的浓缩效率。

在一种实施方式中，所述液相进料管4上还设置有保温夹套，优选为0.2-0.8Mpa蒸汽保温夹套，优选为0.3-0.6Mpa蒸汽保温夹套，比如为0.4Mpa蒸汽保温夹套。

原设计中，液相进料管4设置为80中热水夹套保温，保温效果不理想，造成高浓度甲醛在低温情况下自聚堵塞管道及设备，严重时造成装置被迫停车，且堵塞后的管线处理难度较大。

本发明通过将所述液相进料管4设置为0.2-0.8Mpa蒸汽保温夹套保温，能够提高对液相进料管4中液相进料的保温效果，避免液相进料温度下降较多致使其中的甲醛在低温下自聚产生甲醛颗粒而堵塞管道及设备，从而促进系统的稳定长周期运行，提高系统对三聚甲醛的浓缩效率。

0.2-0.8Mpa蒸汽是指保温夹套内水蒸汽的压力在0.2-0.8Mpa范围内，至于温度并不重要，既然是蒸汽，其温度肯定是大于或等于100℃，但是不管其具体温度是多少，只要其压力在0.2-0.8Mpa范围内，就可以达到相应的保温效果。

在一种实施方式中，所述汽相进料管5设置为铜管缠绕式伴热，优选为0.2-0.8Mpa蒸汽铜管缠绕式伴热，优选为0.3-0.6Mpa蒸汽铜管缠绕式伴热，比如为0.4Mpa蒸汽铜管缠绕式伴热。

原设计中，汽相进料管5设置为0.4Mpa蒸汽铜管平行伴热，伴热保温效果不理想，造成高浓度甲醛在低温情况下自聚而堵塞管道及设备，严重时造成装置被迫停车，且堵塞后的管线处理难度较大。

本发明通过将汽相进料管5设置为铜管缠绕式伴热，优选0.2-0.8Mpa蒸汽铜管缠绕式伴热，从而提高了对汽相进料管5中汽相进料的保温效果，避免了汽相进料温度下降较多致使其中的甲醛在低温下自聚产生甲醛颗粒而堵塞管道及设备，从而进一步促进系统的稳定长周期运行，提高系统对三聚甲醛的浓缩效率。

在一种实施方式中，所用铜管的管径为φ5-20mm，优选为φ8-12mm，比如为φ10mm、φ12mm，以进一步提高对汽相进料管5的保温效果。

φ是指管子的外径，本发明中，φ5-20mm是指所用铜管的外径为5-20mm。

在一种实施方式中，所用铜管的缠绕管间距为2-8cm，优选3-6cm，比如3cm、5cm、7cm，且在所述汽相进料管上位于相邻缠绕管之间的外壁上涂覆有导热胶泥层；优选所述导热胶泥层的厚度为5-20mm，优选为8-12mm，比如为10mm、12mm，从而进一步提高对汽相进料管5的保温效果。

所述导热胶泥层的厚度与所用铜管的管径基本相同，但不大于所用铜管的管径即可。

在一种实施方式中，所述汽相进料管5上还连接有喷淋管7，所述喷淋管7设置于所述汽相进料管5上位于所述浓缩塔3外的部分，用于向所述汽相进料管5中通入第一喷淋介质以降低汽相进料中甲醛的浓度至其小于65wt％；优选所述喷淋管7与所述汽相进料管5垂直设置，以便于安装。

本发明通过在汽相进料管5上连接喷淋管7，对汽相进料进行稀释，降低经汽相进料管5进入浓缩塔3内的汽相进料中的甲醛浓度至其小于65wt％，使浓缩塔3内的甲醛浓度分布整体下移，降低了甲醛在浓缩塔3内的自聚速度和自聚量，有助于系统稳定长周期运行。由于甲醛浓度在65wt％及以上时，很容易发生自聚，所以将其浓度将至低于65wt％能够很好地降低其自聚速度和自聚量。

在一种实施方式中，所述第一喷淋介质为喷淋水或喷淋蒸汽，优选为喷淋水。

在一种实施方式中，所述第一喷淋介质为喷淋蒸汽，所述喷淋蒸汽为0.2-0.8MPa蒸汽，优选为0.3-0.6MPa蒸汽，比如0.4MPa蒸汽；所述喷淋蒸汽的流量为2-5m³/h，优选3-4m³/h，比如3.5m³/h。

在一种实施方式中，所述第一喷淋介质为喷淋水，所述喷淋水的温度为80-95℃，优选85-90℃，比如88℃、90℃；流量为0.5-3m³/h，优选1-2.5m³/h，比如1.5m³/h、2m³/h。

在一种实施方式中，所述浓缩塔3的塔底还设置有输送泵8，用于将来自所述浓缩塔3塔底的甲醛输出；所述输送泵8的出口管线81的管径为DN30-DN70，比如DN40、DN50、DN60。

DN是指管子的公称通径，也就是平均直径，指管子的(外径+内径)/2的值。本发明中，DN30-DN70是指出口管线81的公称通径为30-70mm。

相对于原设计的DN80，本申请将所述输送泵的出口管线的管径设置为DN30-DN70，从而提高来自所述浓缩塔塔底的甲醛在所述输送泵的出口管线内的流速，进而缩短其在所述输送泵的出口管线内的滞留时间，避免甲醛在出口管线及泵体内自聚而堵塞出口管线，降低了员工的劳动强度，可保证装置的连续稳定运行，提高系统对三聚甲醛的浓缩效率。

在一种实施方式中，所述系统还包括循环管线6，所述循环管线6的一端连接至所述输送泵8的出口管线81，另一端连接至所述反应器1的进料管线9，用于将来自所述浓缩塔3的甲醛返回至所述反应器1以继续发生聚合反应，从而提高原料利用率。

在一种实施方式中，所述循环管线6的管径与所述输送泵8的出口管线81的管径相同，以利于物料的顺利输送。

在一种实施方式中，所述冷凝器2内设置有喷淋装置，用于通入第二喷淋介质对来自所述反应器1顶部的一部分所述汽相混合物料进行喷淋换热以使其冷凝；所述第二喷淋介质为喷淋水，所述第二喷淋介质的温度为80-95℃，优选85-90℃，比如88℃、90℃；流量为10-40m³/h，优选15-35m³/h，比如20m³/h、25m³/h、30m³/h。

原设计中，冷凝器2中喷淋装置的喷淋介质流量较小，为5m³/h，冷凝器2内容易发生甲醛自聚而堵塞，造成进入浓缩塔3内的汽相进料量和液相进料量波动，汽液相平衡不断被打破，加速了甲醛的闪蒸自聚速度，同时因甲醛自聚造成堵塞会引起甲醛在冷凝器2内滞留聚集，造成塔压不断上涨；同时，冷凝器2内自聚的甲醛颗粒也会不断地随冷凝器2出口的液相混合物料输送至浓缩塔3内，使得在浓缩塔3内，甲醛以甲醛颗粒为中心不断聚集，最终造成填料堵塞，填料与分布器损坏，浓缩塔压差升高，装置被迫停车.

本申请通过将冷凝器2中喷淋装置的第二喷淋介质流量设置为10-40m³/h，从而增大了第二喷淋介质的流速，增大了对冷凝器2内部的冲刷量和冲刷强度，改善了甲醛在冷凝器2内自聚的问题，及因甲醛自聚造成堵塞而引起的甲醛在冷凝器2内滞留聚集的问题，保证冷凝器2出口的液相混合物料正常出料的同时，有效控制进入浓缩塔3的汽相进料量与液相进料量，维持汽液相平衡，进一步降低甲醛在浓缩塔3内的自聚速度和自聚量，防止浓缩塔3内压差升高，保证装置稳定长周期运行，提高系统对三聚甲醛的浓缩效率。

在一种实施方式中，所述浓缩塔3的回流比为0.5-2.2，优选1.3-1.9，比如1.4、1.6、1.8。

本申请通过将浓缩塔3的回流比设置为0.5-2.2，优选1.3-1.9，加大了浓缩塔3内的汽液相的交换量和交换速度，利用塔顶大量下降液体(即回流液)的冲刷作用，减少甲醛在填料中的滞留时间、降低甲醛在填料中聚集的不良工况，有效降低了甲醛颗粒在填料中的聚集速度，延长了系统的稳定运行周期，提高了系统对三聚甲醛的浓缩效率。

本发明用于三聚甲醛浓缩的系统，解决了三聚甲醛浓缩系统的技术瓶颈问题，使浓缩塔3的在线运行周期由原来的30天提高至现在的180天以上，实现了系统的长周期稳定运行；极大地降低了员工清堵及拆装填料等检维修的劳动强度，减轻了不必要的工作量；提高了装置的能效，避免了检修过程中甲醛对环境的污染及对人身安全健康的影响，切实提高了企业的经济效益；浓缩塔3产出的产品指标在要求范围内，能够满足生产需要。

如图1所示，本发明的用于三聚甲醛浓缩的系统的运行过程如下：

经进料管线9向所述反应器1中通入原料甲醛发生聚合反应产生三聚甲醛，自反应器1的顶部得到包含三聚甲醛、甲醛和水的汽相混合物料；来自所述反应器1顶部的一部分所述汽相混合物料输出至所述冷凝器2中进行冷凝，得到液相混合物料；来自所述冷凝器2的液相混合物料通过液相进料管4输送至所述浓缩塔3的所述上塔31内以提供蒸馏冷量，来自所述反应器1的未经所述冷凝器2冷凝的汽相混合物料通过汽相进料管5输送至所述浓缩塔3的所述下塔33内以提供蒸馏热量；所述浓缩塔3对输入的所述汽相混合物料和所述液相混合物料进行蒸馏浓缩，自塔底分离出甲醛，自塔顶得到三聚甲醛，实现三聚甲醛的浓缩；来自所述浓缩塔3的甲醛通过所述循环管线6返回至所述反应器1以继续发生聚合反应。

为实现本发明的第二个目的，本发明还提供一种利用前述的系统进行三聚甲醛浓缩的方法。

在一种实施方式中，所述方法包括：

利用所述反应器1以经进料管线9输入的甲醛(浓度为50-65wt％)为原料发生聚合反应产生三聚甲醛，自反应器1的顶部得到包含三聚甲醛、甲醛和水的汽相混合物料(汽相混合物料中，三聚甲醛的浓度为14-20wt％)；

利用所述冷凝器2，对来自所述反应器1顶部的一部分所述汽相混合物料进行冷凝，得到液相混合物料；

利用液相进料管4将来自所述冷凝器2的液相混合物料作为液相进料输送至所述浓缩塔3的所述上塔31内以提供蒸馏冷量，利用汽相进料管5将来自所述反应器1的未经所述冷凝器2冷凝的汽相混合物料作为汽相进料输送至所述浓缩塔3的所述下塔33内以提供蒸馏热量；

利用所述浓缩塔3对输入的所述汽相混合物料和所述液相混合物料进行蒸馏，自塔底分离出甲醛(浓度为50-80wt％)，自塔顶得到三聚甲醛(浓度50-80wt％)；利用所述循环管线6将来自所述浓缩塔3的甲醛溶液返回至所述反应器1以继续发生聚合反应。

在一种优选实施方式中，所述方法包括：

利用所述反应器1以经进料管线9输入的甲醛(浓度为65wt％)为原料发生聚合反应产生三聚甲醛，自反应器1的顶部得到包含三聚甲醛、甲醛和水的汽相混合物料(汽相混合物料中，三聚甲醛的浓度为17wt％)；

利用所述冷凝器2，对来自所述反应器1顶部的一部分所述汽相混合物料进行冷凝，得到液相混合物料；

利用液相进料管4将来自所述冷凝器2的液相混合物料作为液相进料输送至所述浓缩塔3的所述上塔31内以提供蒸馏冷量，利用汽相进料管5将来自所述反应器1的未经所述冷凝器2冷凝的汽相混合物料作为汽相进料输送至所述浓缩塔3的所述下塔33内以提供蒸馏热量；

利用所述浓缩塔3对输入的所述汽相混合物料和所述液相混合物料进行蒸馏，自塔底分离出甲醛(浓度为65wt％)，自塔顶得到三聚甲醛(浓度为65wt％)；利用所述循环管线6将来自所述浓缩塔3的甲醛溶液返回至所述反应器1以继续发生聚合反应。

在一种实施方式中，所述方法包括利用喷淋管7向所述汽相进料管5中通入第一喷淋介质以降低汽相进料中甲醛的浓度。

在一种实施方式中，所述第一喷淋介质为喷淋蒸汽，所述喷淋蒸汽为0.2-0.8MPa蒸汽，优选为0.3-0.6MPa蒸汽，比如0.4MPa蒸汽；流量为2-5m³/h，优选3-4m³/h，比如3.5m³/h。

在一种实施方式中，所述第一喷淋介质为喷淋水，所述喷淋水的温度为80-95℃，优选85-90℃，比如88℃、90℃；流量为0.5-3m³/h，优选1-2.5m³/h，比如1.5m³/h、2m³/h；

在一种实施方式中，所述浓缩塔的回流比为0.5-2.2，优选为1.3-1.9，比如1.4、1.6、1.8。

本发明的用于三聚甲醛浓缩的系统及方法，解决了三聚甲醛浓缩系统的技术瓶颈问题，使浓缩塔的在线运行周期由原来的30天提高至现在的180天以上，实现了系统的长周期稳定运行；极大地降低了员工清堵及拆装填料等检维修的劳动强度，减轻了不必要的工作量；提高了装置的能效，避免了检修过程中甲醛对环境的污染及对人身安全健康的影响，切实提高了企业的经济效益；浓缩塔产出的产品指标在要求范围内，能够满足生产需要。

实施例1

利用本发明如图1所示的系统和本发明的方法对三聚甲醛进行浓缩，其中，

作为反应器1进料的甲醛为浓度为65wt％的甲醛，进料量为15m³/h，自反应器1顶部得到的汽相混合物料中，三聚甲醛的浓度为17wt％；

所述汽相进料管5包括顺次连接的进料端管51和出料端管52，所述进料端管51经所述汽相入口伸入所述中塔32，所述出料端管52向下延伸至所述下塔33内的上部，且所述出料端管52的出料口位于所述浓缩塔3的中心轴上；

所述汽相进料管5的出料口与所述下塔33的顶部之间的距离为所述下塔33塔高的1/10；所述汽相入口设置于所述中塔32上，且所述汽相入口至所述中塔32底部的距离为所述中塔32塔高的1/10；

所述液相进料管4的出料口至所述上塔31底部的距离为所述上塔31塔高的1/2；所述液相入口设置于所述上塔31上，且所述液相入口至所述上31塔底部的距离也为所述上塔31塔高的1/2；

浓缩塔3的汽相进料量和液相进料量均为15m³/h；

上塔31和中塔32均设置有填料和分布器，填料为Y型，材质为317L不锈钢，填料在上塔31内有22层，中塔32内有25层；下塔33内未设置填料和分布器；

所述液相进料管4上还设置有0.4Mpa蒸汽保温夹套；所述汽相进料管5设置为0.4Mpa蒸汽铜管缠绕式伴热，所用铜管的管径为φ12mm，所用铜管的缠绕管间距为5cm，且在所述汽相进料管5上位于相邻缠绕管之间的外壁上涂覆有厚度为12mm的导热胶泥层；

所述第一喷淋介质为喷淋水，且温度为90℃、流量为1m³/h；

所述输送泵的出口管线的管径为DN50；

冷凝器内所述第二喷淋介质为喷淋水，且温度为90℃，流量为30m³/h，

所述浓缩塔的回流比为1.8。

结果：

浓缩塔的在线运行周期为180天以上，至多每180天清堵及维修一次；

浓缩塔运行16h后，其塔顶三聚甲醛的浓度即可达到65wt％；

下塔不设置填料，因此不用更换填料；中塔填料也几乎不用更换，至少在第一年内不需要更换。

对比例1

利用原设计的系统对三聚甲醛进行浓缩，其中，原设计与实施例1的系统相比，同样，作为反应器1进料的甲醛为浓度为65wt％的甲醛，进料量为15m³/h，自反应器1顶部得到的汽相混合物料中，三聚甲醛的浓度为17wt％；浓缩塔3的汽相进料量和液相进料量也均为15m³/h；

而不同之处在于，

汽相入口至中塔底部的距离为中塔塔高的1/2，且汽相进料管的出料端连接至汽相入口，汽相进料直接从汽相入口进料至中塔；未设置喷淋管；

液相入口设置于上塔与中塔的分界面处(即液相入口至上塔底部的距离为0)，且液相进料管的出料端连接至液相入口，液相进料直接从液相入口进料至上塔；

上塔、中塔和下塔32内均设置有填料和分布器，填料为Y型，材质为317L不锈钢，填料在上塔内有22层，中塔内有25层，下塔内有25层；

液相进料管为80料热水夹套保温；汽相进料管为0.4Mpa蒸汽铜管平行伴热，所用铜管的管径为φ12mm；

输送泵的出口管线的管径为DN80；

冷凝器内第二喷淋介质为喷淋水，且温度为90℃，流量为5m³/h，

所述浓缩塔的回流比为1.2。

结果：

浓缩塔的在线运行周期仅为30天，每30天就需要清堵及维修一次；

浓缩塔运行16h后，其塔顶三聚甲醛的浓度只能达到60wt％；

浓缩塔的中、下塔填料年平均更换4次。

根据实施例1和对比例1的比较可知：

1、本发明的用于三聚甲醛浓缩的系统，相对于原设计，能够将浓缩塔的在线运行周期由30天延长至180天以上，实现了三聚甲醛浓缩系统长周期稳定运行，一方面极大地降低了员工清堵及拆装填料等检维修的劳动强度，减轻了不必要的工作量；另一方面也提高了装置的能效，提高了系统对三聚甲醛的浓缩效率，避免了检修过程中甲醛对环境的污染及对人身安全健康的影响，切实提高了企业的经济效益；本发明方法实施后，三聚甲醛浓缩塔的产品指标控制在要求范围内，能够满足生产需要。

2、关于浓缩塔，其在同样进料量和运行时间下，本发明的用于三聚甲醛浓缩的系统将浓度为17wt％的三聚甲醛浓缩至65wt％，当其进入后续工段依次进行萃取、分离和精制时，能够得到纯度为99.99wt％的三聚甲醛产品；原设计中，只能将浓度为17wt％的三聚甲醛浓缩至60wt％，且由于只能将三聚甲醛浓缩至浓度为60wt％，使得其进入后续工段依次进行萃取、分离和精制时，得不到纯度为99.99wt％的三聚甲醛产品，因此相对于原设计本发明系统对三聚甲醛的浓缩效率较高，浓缩效果较好。

3、对比例1中，浓缩塔的中、下塔填料共计50层，每层填料费用7300元，每更换一次填料的费用与设备维护成本较高，而实施例1中几乎不用更换填料；实施例1中本发明的用于三聚甲醛浓缩的系统，相对于对比例1中原设计，年平均能节省很大一笔费用，具体为：7300(元/层·次)×50(层)×4(次/年)＝1460000(元/年)。

Claims (10)

1.一种用于三聚甲醛浓缩的系统，其特征在于，包括：

反应器，用于使经进料管线输入的甲醛发生聚合反应产生三聚甲醛，并自反应器顶部得到包含三聚甲醛、甲醛和水的汽相混合物料；

冷凝器，用于对来自所述反应器顶部的一部分所述汽相混合物料进行冷凝，得到液相混合物料；

浓缩塔，所述浓缩塔由上至下依次包括上塔、中塔和下塔，所述上塔和所述中塔内分别设置有填料，且所述上塔和所述中塔的底部分别设有分布器；所述浓缩塔上分别设置有位于上塔的液相入口以及位于中塔或下塔的汽相入口；所述液相入口和所述冷凝器之间通过液相进料管连通，用于将来自所述冷凝器的液相混合物料作为液相进料送入所述浓缩塔以提供蒸馏冷量；所述汽相入口和所述反应器之间连接有汽相进料管，且所述汽相进料管伸入所述浓缩塔内，所述汽相进料管的出料口位于所述下塔的上部，所述汽相进料管用于将来自所述反应器的未经所述冷凝器冷凝的汽相混合物料作为汽相进料送入所述浓缩塔以提供蒸馏热量；所述浓缩塔用于对送入的所述汽相混合物料和所述液相混合物料进行蒸馏，并自塔底分离出甲醛，自塔顶得到三聚甲醛。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述汽相进料管的出料口与所述下塔的顶部之间的距离大于0、且不大于所述下塔塔高的1/3；

优选地，所述下塔内不设置填料和分布器；

优选地，所述汽相入口设置于所述中塔上；所述汽相入口至所述中塔底部的距离为所述中塔塔高的0-1/3；

优选地，所述汽相进料管包括顺次连接的进料端管和出料端管，所述进料端管经所述汽相入口伸入所述中塔，所述出料端管向下延伸至所述下塔内的上部，且所述出料端管的出料口位于所述浓缩塔的中心轴上；

优选地，所述进料端管经所述汽相入口沿垂直于所述浓缩塔的中心轴方向伸入所述中塔，所述出料端管沿所述浓缩塔的中心轴向下延伸至所述下塔内的上部。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述液相入口至所述上塔底部的距离为所述上塔塔高的1/3-2/3。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述液相进料管上还设置有保温夹套，优选为0.2-0.8Mpa蒸汽保温夹套。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述汽相进料管设置为铜管缠绕式伴热，优选为0.2-0.8Mpa蒸汽铜管缠绕式伴热；

优选地，所用铜管的管径为φ5-20mm；

优选地，所用铜管的缠绕管间距为2-8cm，且在所述汽相进料管上位于相邻缠绕管之间的外壁上涂覆有导热胶泥层；

优选地，所述导热胶泥层的厚度为5-20mm。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于，所述汽相进料管上还连接有喷淋管，所述喷淋管设置于所述汽相进料管上位于所述浓缩塔外的部分，用于向所述汽相进料管中通入第一喷淋介质以降低汽相进料中甲醛的浓度至其小于65wt％；优选所述喷淋管与所述汽相进料管垂直设置；

优选地，所述第一喷淋介质为喷淋水或喷淋蒸汽，优选为喷淋水；

优选地，所述第一喷淋介质为喷淋蒸汽，所述喷淋蒸汽为0.2-0.8MPa蒸汽、流量为2-5m³/h；

优选地，所述第一喷淋介质为喷淋水，所述喷淋水的温度为80-95℃、流量为0.5-3m³/h。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述浓缩塔的塔底还设置有输送泵，用于将来自所述浓缩塔塔底的甲醛输出；所述输送泵的出口管线的管径为DN30-DN70；

优选地，所述系统还包括循环管线，所述循环管线的一端连接至所述输送泵的出口管线，另一端连接至所述反应器的进料管线，用于将来自所述浓缩塔的甲醛返回至所述反应器以继续发生聚合反应；

优选地，所述循环管线的管径与所述输送泵出口管线的管径相同。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其特征在于，所述冷凝器内设置有喷淋装置，用于通入第二喷淋介质对来自所述反应器顶部的一部分所述汽相混合物料进行喷淋换热以使其冷凝；所述第二喷淋介质为喷淋水，所述第二喷淋介质的温度为80-95℃，流量为10-40m³/h。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其特征在于，所述浓缩塔的回流比为0.5-2.2，优选1.3-1.9。

10.利用如权利要求1-9中任一项所述的系统进行三聚甲醛浓缩的方法。