CN205886832U - 一种聚甲氧基二甲醚合成列管反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种聚甲氧基二甲醚合成列管反应器，所述反应器设有侧线进料管，用于连续补充进料；催化剂床层由一个或多个列管式固定床组成，列管由反应器上管板和反应器下管板固定在反应器内；固体酸催化剂装填在管内部，管外流通低温热载体；每一催化剂床层上部有液体分布器。本实用新型反应器具有催化剂磨损小，床层温度分布均匀，设备投资小的特点，适合聚甲氧基二甲醚大规模工业化生产。

Description

一种聚甲氧基二甲醚合成列管反应器

技术领域

本实用新型涉及一种聚甲氧基二甲醚合成列管反应器，属于能源化工技术领域。

背景技术

聚甲氧基二甲醚（简写DMM_n，n=2~8）是一类多醚类物质的统称，其具有较高的含氧量和十六烷值，可以改善柴油在发动机中的燃烧状况，提高热效率，降低污染物排放。适宜做柴油添加剂的为DMM₃~DMM₆，其十六烷值高达76。在柴油中添加一定比例DMM_n，能够提高柴油十六烷值10~30个单位，柴油发动机尾气颗粒物排放量最高可以降低80%~90%，NO_X和CO排放可以降低50%，并能增加柴油的润滑性能，从而显著提高柴油质量。目前我国的柴油消费量约1.7亿吨，按照15%的添加量，每年DMM_n的需求量可以达到2000万吨以上，DMM_n被认为是一种极具应用前景的新型环保柴油添加组分。DMM_n大规模工业化不但能够大幅度降低我国对进口原油的依赖，也有利于缓解我国日益严重的环境污染问题。

聚甲氧基二甲醚主要以多聚甲醛和甲缩醛或三聚甲醛和甲缩醛为原料，在酸性催化剂的作用下得到。涉及到的是一个非均相催化体系，反应过程是一个多步串联反应，因此反应速率很低，整个反应过程需要维持数个小时才能达到理想的产物收率。

聚甲氧基二甲醚大规模工业化的关键是聚甲氧基二甲醚合成反应器，反应器的设计影响原料转化率，产物选择性，系统处理能力，以及项目投资运行成本。

目前报道的用于聚甲氧基二甲醚合成的反应器包括搅拌床反应器、固定床反应器和流化床反应器。专利CN204395961 U公开了一种用于聚甲氧基二甲醚合成的搅拌式反应器。该反应器内部设有中空、可流通换热介质的换热档板，克服了夹套式和蛇形盘管式换热器传热能力的不足，极大地增加了聚甲氧基二甲醚搅拌式反应器内的传热面积，提高了传热能力。但搅拌式反应器存在设备投资成本过高，搅拌器密封困难，催化剂磨损严重的问题。专利CN 104971667 A公开了一种流化床反应器，该反应器由一段或多段流化床组成，保证了反应物有足够的停留时间，很好的传质传热效果，催化剂分散更加均匀，甲醛传化率更高。然而该反应器结构过于复杂，在流化过程中催化剂磨损严重、易粉化，且流化床存在工业化放大困难的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种聚甲氧基二甲醚列管反应器，以满足聚甲氧基二甲醚大规模工业化生产的需要。

本实用新型采取的技术方案是：一种聚甲氧基二甲醚合成列管反应器，包括反应器壳体、反应器进口、反应器出口，其特征在于：所述反应器壳体内设有至少一个催化剂床层和至少一个液体分布器，所述液体分布器位于催化剂床层的上方，在所述液体分布器上设有侧线进料管，所述催化剂床层由若干垂直并列设置的反应列管组成，该反应列管通过反应器上管板和反应器下管板固定在反应器壳体内，在反应器壳体的上部和下部分别设有热介质进口和热介质出口。

优选的所述催化剂床层数目为两个以上，且第一段的催化剂床层进口上方设有一个液体分布器。

优选的所述催化剂床层数目为两个，分别为第一催化剂床层和第二催化剂床层，所述第一催化剂床层的上方设有第一液体分布器，第一液体分布器上设有第一侧线进料管，所述第一催化剂床层和第二催化剂床层之间设有液体再分布器即第二液体分布器，第二液体分布器上设有第二侧线进料管。

优选的所述反应器上管板和反应器下管板焊接在反应器壳体上，所述反应列管内装填有催化剂，反应列管外通入热水或蒸汽，该热水或蒸汽从热介质进口流入，再从热介质出口流出。

优选的所述反应器上管板和反应器下管板外设置有多层不锈钢丝网，该不锈钢丝网孔径小于固体催化剂颗粒直径。

优选的所述不锈钢丝网通过支撑板固定在反应器上管板和反应器下管板上，并且该支撑板为可拆卸的安装结构。

基于上述的技术方案，本列管反应器适用于甲缩醛和多聚甲醛或三聚甲醛，在固体酸催化剂作用下合成聚甲氧基二甲醚。所述列管反应器设置侧线进料管，部分原料通过侧线进料管进入反应器。在反应体系内有水存在的情况下，甲缩醛会因局部浓度过高而发生水解反应，从而影响目的产物收率。减少入口甲缩醛量，在侧线按照一定的比例补充甲缩醛，可以有效减少甲缩醛水解反应的发生。为了调节控制产物不同聚合度的分布，多聚甲醛或三聚甲醛也可以通过侧线进料的方式进入反应器。

本列管反应器由一个或多个列管式固定床组成，列管由反应器上管板和反应器下管板固定在反应器内部。列管反应器第一段催化剂床层进口设置液体分布器，使液体均匀的进入催化剂床层。液体分布器根据反应器直径、操作要求，可以选择管式、盘式、槽式或槽盘式液体分布器。其中，两段催化剂床层中间设有液体再分布器，收集上一床层的液体，然后均匀分布送至下一催化剂床层。将液体收集器和液体分布器同时使用，构成液体再分布器。

本反应器上固定板和反应器下固定板焊接在壳体上。在固定板外侧设置多层不锈钢丝网，要求丝网孔径远远小于固体催化剂颗粒直径。丝网起到过滤作用，防止催化剂发生泄漏。不锈钢丝网用支撑板固定在固定板上，保证丝网有足够的强度，能够克服催化剂的重量和流体的冲击而不变形损坏。支撑板用螺栓固定在固定板上，方便不锈钢丝网的安装和更换。

三聚甲醛或多聚甲醛的解聚过程为吸热过程，聚甲氧基二甲醚的合成过程为吸热过程，综合整个反应过程，需要提供部分热量维持反应进行。列管间通入热水或蒸汽，用于升温或是维持系统温度在合适范围。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的列管反应器根据聚甲氧基二甲醚合成过程中的动力学和系统热效应特点而设计。相对于搅拌床反应器和流化床反应器，大大减少投资和运行费用，具有操作弹性大、适应性强的特点，能够满足大规模工业生产的需要。

本实用新型的列管反应器采用侧线进料的方式连续补充原料，控制反应平衡，进一步增加反应推动力，提高原料的转化率提高和目的产物DMM₃、DMM₄、DMM₅、DMM₆收率，还可以有效抑制高聚合物DMM₇、DMM₈等的生成。

本实用新型的列管反应器，反应温度易于实现调整控制，每根列管内温度趋于一致，管内的化学反应平稳，副反应少，产物收率大大提高。

本实用新型的列管反应器由一个或多个列管式固定床组成，设置多个催化剂床层的目的在于避免换热管过长，造成列管底部催化剂被过度压实，影响反应效果，增加床层阻力。

本反应器每段催化剂床层进口设有液体分布器，保证催化剂床层内物料能够均匀分布，能够有很好的传热传质效果。

本反应器上下管板两侧设置多层不锈钢丝网，防止催化剂发生泄漏。催化剂被固定，避免了随反应物料一起流动而造成的磨损，能够有效延长催化剂的使用寿命， 能够保证系统的长周期的运行。

本反应器结构简单，制造加工容易。

附图说明

图1为本实用新型催化剂床层数目为一的结构示意图。

图2为本实用新型催化剂床层数目为二的结构示意图。

图3为液体分布器结构示意图。

图4为反应器布管示意图。

图1中所示附图标记为：100—反应器壳体，101—反应器入口，102—反应器出口，103—反应列管，104—侧线进料管，105—液体分布器，106—热介质进口，107—热介质出口。

图2中所示附图标记为：200—反应器壳体，201—反应器入口，202—反应器出口，203—第一反应列管，204—第二反应列管，205—第一侧线进料管，206—第一液体分布器，207—第二侧线进料管，208—第二液体分布器，209—热介质进口，210—热介质出口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，一种聚甲氧基二甲醚合成列管反应器，包括反应器壳体100、反应器进口101、反应器出口102，所述反应器壳体6内设有一个催化剂床层和一个液体分布器105，所述液体分布器105位于催化剂床层的上方，在所述液体分布器105上设有侧线进料管104，所述催化剂床层由若干垂直并列设置的反应列管103组成，该反应列管103通过反应器上管板和反应器下管板固定在反应器壳体100内，在反应器壳体100的上部和下部分别设有热介质进口106和热介质出口107。

如图2所示，所述催化剂床层数目为两个，分别为第一催化剂床层和第二催化剂床层，所述第一催化剂床层的上方设有第一液体分布器206，第一液体分布器206上设有第一侧线进料管205，所述第一催化剂床层和第二催化剂床层之间设有液体再分布器即第二液体分布器208，第二液体分布器208上设有第二侧线进料管207。

本实用新型中，所述反应器上管板和反应器下管板焊接在反应器壳体100上，所述反应列管103内装填有催化剂，反应列管103外通入热水或蒸汽，该热水或蒸汽从热介质进口106流入，再从热介质出口107流出。所述反应器上管板和反应器下管板外设置有多层不锈钢丝网，该不锈钢丝网孔径小于固体催化剂颗粒直径。所述不锈钢丝网通过支撑板固定在反应器上管板和反应器下管板上，并且该支撑板为可拆卸的安装结构。

针对本实用新型的应用如下：

应用实例1：所用反应器结构如图1所示。以甲缩醛和三聚甲醛为原料，两者的摩尔比为1.3:1。催化剂选用阳离子交换树脂。反应压力1.0MPa，反应温度90℃，反应体积空速2h^-1（质量）。原料由反应器入口101进入反应器，由液体分布器105分布均匀后进入反应列管103发生反应，反应后液体经过反应器出口102出反应器。侧线进料管104关闭。反应器管间通入低温热水，保持反应温度维持在90℃。在该条件下，反应产物DMM_3~6收率为10%，甲醛转化率65%。

应用实例2：所用反应器结构如图2所示。应用实例2采用与应用实例1相同的工艺条件。原料由反应器入口201进入反应器，由液体分布器205均匀分布后进入第一反应列管203发生反应，反应后液体进入液体再分布器208，分布均匀后进入第二反应列管204反应，反应后液体经过反应器出口202出反应器。第一侧线进料管205、第二侧线进料管207全部关闭。二段列管式反应器与一段列管式反应器相比较，传质效果更好，可以使三聚甲醛的单程转化率进一步提高。但催化剂床层数目的增加，相应地装置结构也变的更加复杂，成本也会增加，且催化剂装填和卸料也比较困难。反应器管间通入低温热水，保持反应温度维持在90℃。在该条件下，反应产物DMM_3~6收率为11%，甲醛转化率70%。

应用实例3：应用实例3采用与应用实例2相同的工艺条件和反应其结构。原料大部分从反应器进口201进入，其余20%的原料通过侧线205、207进入反应器。应用实例3与应用实例2相比较，增加侧线进料后，反应产物DMM_3~6收率增加0.5%，同时高聚物DMM₇、DMM₈的含量下降0.2%。

应用实例4：以甲缩醛和三聚甲醛为原料，两者的摩尔比为1.3:1。催化剂选用阳离子交换树脂。反应空速 1h^-1（质量），其余条件与应用实例2相同。在该条件下，反应产物DMM_3~6收率为12%，甲醛转化率75%。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本实用新型的保护范围内。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种聚甲氧基二甲醚合成列管反应器，包括反应器壳体（100、200）、反应器进口（101、201）、反应器出口（102、202），其特征在于：所述反应器壳体（6）内设有至少一个催化剂床层和至少一个液体分布器（105、206），所述液体分布器（105、206）位于催化剂床层的上方，在所述液体分布器（105、206）上设有侧线进料管（104、205、207），所述催化剂床层由若干垂直并列设置的反应列管（103、203、204）组成，该反应列管（103、203、204）通过反应器上管板和反应器下管板固定在反应器壳体（100、200）内，在反应器壳体（100、200）的上部和下部分别设有热介质进口（106、209）和热介质出口（107、210）。

2.根据权利要求1所述的一种聚甲氧基二甲醚合成列管反应器，其特征在于：所述催化剂床层数目为两个以上，且第一段的催化剂床层（103、203）进口上方设有一个液体分布器（105、206）。

3.根据权利要求2所述的一种聚甲氧基二甲醚合成列管反应器，其特征在于：所述催化剂床层数目为两个，分别为第一催化剂床层和第二催化剂床层，所述第一催化剂床层的上方设有第一液体分布器（206），第一液体分布器（206）上设有第一侧线进料管（205），所述第一催化剂床层和第二催化剂床层之间设有液体再分布器即第二液体分布器（208），第二液体分布器（208）上设有第二侧线进料管（207）。

4.根据权利要求1所述的一种聚甲氧基二甲醚合成列管反应器，其特征在于：所述反应器上管板和反应器下管板焊接在反应器壳体（100、200）上，所述反应列管（103、203、204）内装填有催化剂，反应列管（103、203、204）外通入热水或蒸汽，该热水或蒸汽从热介质进口（106、209）流入，再从热介质出口（107、210）流出。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种聚甲氧基二甲醚合成列管反应器，其特征在于：所述反应器上管板和反应器下管板外设置有多层不锈钢丝网，该不锈钢丝网丝网孔径小于固体催化剂颗粒直径。

6.根据权利要求5任一项所述的一种聚甲氧基二甲醚合成列管反应器，其特征在于：所述不锈钢丝网通过支撑板固定在反应器上管板和反应器下管板上，并且该支撑板为可拆卸的安装结构。