CN205575963U - 一种气体甲醛制备聚甲氧基二甲醚的专用工艺装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气体甲醛制备聚甲氧基二甲醚的专用工艺装置，所述合成聚甲氧基二甲醚的原料为甲醛气体和甲缩醛溶液，所述专用工艺装置包括依次连接的流化床反应器、萃取及回收单元和精制单元，所述流化床反应器从下至上包括至少两层反应段，每层反应段装填有催化剂，且每层反应段的底部均开设气体分布器直接通入反应段，同时每层反应段还设有降液管将相邻的反应段联通，所述降液管的顶端还设置有丝网；所述流化床反应器的底部设有甲醛气体入口，流化床反应器的顶部设置甲缩醛溶液入口。本实用新型降低了成本，并提高了合成转化率及收率低，且本实用新型具有良好移热效果，能高效的促进反应进行，转化程度实现了可控性。

Description

一种气体甲醛制备聚甲氧基二甲醚的专用工艺装置

技术领域

本发明属于化工生产工艺及设备技术领域，主要涉及专用气体甲醛制备聚甲氧基二甲醚的工艺装置。

背景技术

我国能源结构的特点是：富煤、贫油、少气，经济的持续较快增长对能源需求越来越大，社会、经济的发展与石油供应的矛盾日益突出。2009年以来，我国原油对外依存度连续6年超过警戒线(50％)，严重影响我国的能源战略安全。从我国能源战略安全出发，结合我国一次能源结构特点，发展煤基液体燃料合成技术无疑具有战略重要性。另外，我国甲醇产能严重过剩，开发甲醇下游产品、延伸煤化工产业链，都具有现实意义。

随着科技和经济的进步，城市内的汽车数量明显增多，而汽车尾气排放物已成为城市雾霾的重要原因之一。相比于汽油，柴油具有更高的沸点，H/C质量比低，因此柴油燃烧过程中排放的废气CO、氮氧化合物、颗粒物等更多，造成的污染比汽油更严重。因此，提高柴油燃烧效率，减少污染排放，改善城市空气质量是目前重要的环保任务。

聚甲氧基二甲醚是一种世界公认的清洁柴油组份，它的十六烷值≥70、不含硫、不含芳烃。按5％-20％比例添加到柴油中，能够提高柴油十六烷值，促进燃烧，明显地降低汽车尾气中PM2.5、PM10、NOx、CO等有害气体的排放。由于聚甲氧基二甲醚的优异性能，其合成工艺已成为国内外研究的热门课题。

目前，聚甲氧基二甲醚大多是以甲醇或甲缩醛中的一种或几种与甲醛水溶液/三聚甲醛/多聚甲醛在酸性催化剂的催化作用下反应生成的。而此反应为放热反应，温度高造成反应逆向进行，因此需要撤走热量。而不论是多聚甲醛还是三聚甲醛均首先需加热解析出单体甲醛才能参与反应，因此体系反应温度很高，一般在110℃以上，且必须采用加压的方式防止沸点较低甲缩醛和甲醇气化，因此导致能耗高、设备要求高。另外，在如此的高温环境下，单体甲醛具有很高的活性，容易发生歧化反应生产大量的甲酸，如果不将体系中甲酸分离出去，甲酸会越积越多并对聚甲氧基二甲醚的反应平衡带来严重负面影响，造成反应的收率降低，因此只能采用吸附或者碱中和脱酸方法分离甲酸，造成工艺复杂，且目标产 物收率低，合成成本高。反应产物DMMn3-8的选择性与催化剂的量有着密切的关系，普通固定床无法实现调整产物聚合度，因此造成n值过小或者过大，影响产品质量。试验证明最适合做柴油添加剂的聚合度为DMMn3-5的产品。

发明内容

发明目的：针对上述存在的问题和缺陷，本发明提供了一种气体甲醛制备聚甲氧基二甲醚的专用工艺装置，解决了目前以多聚甲醛/三聚生产过程中带来的成本高、合成转化率及收率低的问题，且本发明具有良好移热效果，能高效的促进反应进行，转化程度实现了可控性。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种气体甲醛制备聚甲氧基二甲醚的专用工艺装置，所述合成聚甲氧基二甲醚的原料为甲醛气体和甲缩醛溶液，所述专用工艺装置包括依次连接的流化床反应器、萃取及回收单元和精制单元，所述流化床反应器从下至上包括至少两层反应段，每层反应段装填有催化剂，且每层反应段的底部均开设气体分布器直接与下层反应段联通，同时每层反应段还设有降液管将相邻的反应段联通，所述降液管的顶端还设置有丝网；所述流化床反应器的底部设有甲醛气体入口，流化床反应器的顶部设置甲缩醛溶液入口。

作为优选，所述每层反应段均设有催化剂装填口和催化剂卸料口。

作为优选，所述流化床反应器的每层反应段还设有填充丝网模块，所述填充丝网模块为笼状结构丝网并设在气体分布器上方。

作为优选，所述填充丝网模块由多根不锈钢钢丝构成，所述不锈钢钢丝为扭转螺旋钢丝。本发明中的填充丝网模块中扭转螺旋钢丝构成多层的笼状结构，使得反应原料在模块中能获得最大化的接触(尤其是多层结构和扭转螺旋结构钢丝，加速反应原料的混合接触，并能快速移走反应热)，并使反应原料和催化剂基本固化在反应段反应，降低催化剂随液流在降液管顶端丝网堆积。

作为优选，所述流化床反应器的底部设有反应液出料口，且该反应液出料口设置丝网。

作为优选，所述萃取剂回收单元包括依次连接的脱轻塔、萃取塔和萃取剂回收塔，所述脱轻塔的进口与流化床反应器的反应液出料口连接，脱轻塔的顶部设有冷凝回流装置。

作为优选，所述萃取塔为填料塔或板式塔，萃取塔的塔顶设有反应液进料 口，塔底设有萃取剂进料口，反应液与萃取剂为逆流接触。

作为优选，所述萃取剂回收塔为填料塔或板式塔，塔顶连接有冷凝器和回流罐并与萃取剂回收塔形成循环。

作为优选，所述流化床反应器设有4～6层反应段。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：解决了目前以多聚甲醛/三聚生产过程中带来的成本高、合成转化率及收率低的问题，且本发明具有良好移热效果，能高效的促进反应进行，转化程度实现了可控性。本发明中，甲缩醛溶液进入到最上层反应段时填充丝网模块中的甲缩醛浓度较高，在与经过多层反应段甲醛气体的鼓泡接触时能有效降低甲缩醛的参与聚合程度，从而控制上层反应段的聚合度，进而使得通过多层反应后的DMMn产品聚合度达到预期。

本发明中的流化床反应器的反应具有比固定床反应器更好的传热性能，不论是径向还是轴向温度温度分布都十分均匀，由于床层的剧烈运动，消除了传热面附近的层流边界层，使得其移热效率远高于固定床和空管等其他类型反应器。

附图说明

图1为本发明所述专用工艺装置的结构示意图。

其中，流化床反应器1、脱轻塔2、萃取塔3、萃取剂回收塔4、DMM2产品塔5、DMM3～5产品塔6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明中气体甲醛的制备引用专利104710292A全部内容，本专利申请中不再赘述。

如图1所示，本发明聚甲氧基二甲醚合成和分离提纯装置，包括填流化床反应器、脱轻塔、萃取塔、萃取剂回收塔、DMM2产品塔、DMM3～5产品塔。其中：

所述流化床反应器从上至下包括至少两层反应段，优选为4～6层。每层反应段的下部入口设置气体分布器，使气体均匀分布进入床层。降液管入口设置丝网，防止催化剂颗粒随液体一起流进下一反应段。每段反应器均需设置催化剂装料口和催化剂卸料口。所述流化床反应器原料采用液体甲缩醛和气体甲醛。液体甲缩醛由流化床反应器第一反应段顶部加入，依次经过降液管到达最后一反应 段。气体甲醛由所述流化床反应器反应段内可设置移热设施如采用增加冷却管，但这不是必须的，优选不设置移热设施。所述流化床反应器最下一段底部留有反应液出料口，出料口设置丝网，防止出料是催化剂流失。

本发明的流化床反应器从下至上包括至少两层反应段，每层反应段装填有催化剂，且每层反应段的底部均开设气体分布器直接与下层反应段联通，同时每层反应段还设有降液管将相邻的反应段联通，所述降液管的顶端还设置有丝网；所述流化床反应器的底部设有甲醛气体入口，流化床反应器的顶部设置甲缩醛溶液入口。所述流化床反应器的每层反应段还设有填充丝网模块，所述填充丝网模块为笼状结构丝网并设在气体分布器上方。所述填充丝网模块由多根不锈钢钢丝构成，所述不锈钢钢丝为扭转螺旋钢丝。本发明中的填充丝网模块中扭转螺旋钢丝构成多层的笼状结构，使得反应原料在模块中能获得最大化的接触(尤其是多层结构和扭转螺旋结构钢丝，加速反应原料的混合接触，并能快速移走反应热)，并使反应原料和催化剂基本固化在反应段反应，降低催化剂随液流在降液管顶端丝网堆积。

所述脱轻塔进料口连接流化床反应器底部反应液出料口，反应液在脱轻塔中脱除甲缩醛。该塔顶常压操作，塔顶设置冷凝器和回流罐，回流比优选1～2.塔顶得到纯组分甲缩醛。塔釜得到不含甲缩醛的反应液。所述脱轻塔为常压精馏塔，采用填料或者板式塔。反应液进入脱轻塔首先分离甲缩醛，从塔釜得到几乎不含甲缩醛的反应液。釜液出口连接萃取塔进口，萃取塔塔釜进料萃取剂，使得萃取塔内产生分相现象，通过控制相界面高度采出上下层液体，下层得到甲醛溶液，上层得到含萃取剂的产品溶液。上层液体进入萃取剂回收塔，回收萃取剂。当然，根据采用萃取剂沸点的不同，萃取剂回收塔的位置可以相对改变，针对沸点较高的萃取剂，可以在分离产品后回收萃取剂。作为优选，萃取剂回收塔作为第三个分离塔。塔顶回收得到的萃取剂可以循环利用，塔釜到的为DMM2～8的产品。

所述萃取塔采用填料或者板式结构，优选填料，反应液由萃取塔上部加入，萃取剂有萃取塔下部加入，反应液和萃取剂逆流接触，反应液中的以DMMn为主的有机物溶解于萃取剂，反应液中的水和甲醛无法溶解于萃取剂中，由于它们之间存在着明显的密度差，故在塔内产生分相现象，通过相界面高度控制采出上层液和下层液。除去甲醛水溶液的釜液主要含有DMM2～8组分和萃取剂组分。

所述萃取剂回收塔进料接萃取塔上层液进料。需要说明的是萃取剂回收的分离次序并不是固定的，它与采用的萃取剂种类有关，对于高沸点的萃取剂可以将萃取剂回收放在产品塔之后。优选萃取剂回收塔在萃取塔之后。萃取剂回收塔采用填料或者板式塔，常压操作，塔顶采用冷凝器和回流罐，优选回流比1～4.塔顶采出萃取剂物料，釜液得到产品物料DMM2～8。

根据所述，釜液产品送入DMM2产品。该塔采用填料或者板式塔，常压操作，塔顶采用冷凝器和回流罐，通过控制回流比0.5～2，采出符合质量要求的DMM2产品。对于不符合质量要求的产品将送入该塔进料重新精致，也可以增大回流比提高产品质量。

根据所述，DMM2产品塔釜液为DMM3～8产品。该釜液送入DMM3～5产品塔。该塔采用填料或者板式塔，减压操作，优选操作压力2～20kPa(绝对压力)，塔顶采用冷凝器和回流罐，优选回流比为0.5～2.塔顶得到DMM3～5产品。需要注意的是，塔顶产品并不是一定的，不同地区可以控制采出品质不同的产品，例如在南方冬天温度较高的地区，最低气温还远高于DMM6的凝点，可以适当采出部分DMM6，更好的调和柴油组分。对于北方地区，则相反，需要控制产品中含有尽量少的DMM6，避免其中含有高凝点调和组分。

Claims (9)

1.一种气体甲醛制备聚甲氧基二甲醚的专用工艺装置，其特征在于：所述专用工艺装置包括依次连接的流化床反应器、萃取及回收单元和精制单元，所述流化床反应器从下至上包括至少两层反应段，每层反应段装填有催化剂，且每层反应段的底部均开设气体分布器直接与下层反应段联通，同时每层反应段还设有降液管将相邻的反应段联通，所述降液管的顶端还设置有丝网；所述流化床反应器的底部设有甲醛气体入口，流化床反应器的顶部设置甲缩醛溶液入口。

2.根据权利要求1所述气体甲醛制备聚甲氧基二甲醚的专用工艺装置，其特征在于：所述每层反应段均设有催化剂装填口和催化剂卸料口。

3.根据权利要求1所述气体甲醛制备聚甲氧基二甲醚的专用工艺装置，其特征在于：所述流化床反应器的每层反应段还设有填充丝网模块，所述填充丝网模块为笼状结构丝网并设在气体分布器上方。

4.根据权利要求3所述气体甲醛制备聚甲氧基二甲醚的专用工艺装置，其特征在于：所述填充丝网模块由多根不锈钢钢丝构成，所述不锈钢钢丝为扭转螺旋钢丝。

5.根据权利要求1所述气体甲醛制备聚甲氧基二甲醚的专用工艺装置，其特征在于：所述流化床反应器的底部设有反应液出料口，且该反应液出料口设置丝网。

6.根据权利要求1所述气体甲醛制备聚甲氧基二甲醚的专用工艺装置，其特征在于：所述萃取剂回收单元包括依次连接的脱轻塔、萃取塔和萃取剂回收塔，所述脱轻塔的进口与流化床反应器的反应液出料口连接，脱轻塔的顶部设有冷凝回流装置。

7.根据权利要求4所述气体甲醛制备聚甲氧基二甲醚的专用工艺装置，其特征在于：所述萃取塔为填料塔或板式塔，萃取塔的塔顶设有反应液进料口，塔底设有萃取剂进料口，反应液与萃取剂为逆流接触。

8.根据权利要求4所述气体甲醛制备聚甲氧基二甲醚的专用工艺装置，其特征在于：所述萃取剂回收塔为填料塔或板式塔，塔顶连接有冷凝器和回流罐并与萃取剂回收塔形成循环。

9.据权利要求1所述气体甲醛制备聚甲氧基二甲醚的专用工艺装置，其特征在于：所述流化床反应器设有4～6层反应段。