本發(fā)明涉及煤化工應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及生產(chǎn)聚甲氧基二甲醚的制備方法和裝置，具體為中等濃度甲醛與甲縮醛合成聚甲氧基二甲醚的裝置和方法。
背景技術(shù)：
：煤炭能源作為我國能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對(duì)于確保我國能源供應(yīng)安全具有至關(guān)重要的作用，而煤化工產(chǎn)業(yè)作為實(shí)現(xiàn)煤炭能源高效利用的有效手段。發(fā)展新型煤化工可以部分替代石化產(chǎn)品，對(duì)于保證國家能源安全具有重要的戰(zhàn)略意義。聚甲氧基二甲醚（其通式為CH3O(CH2O)nCH3，其中，n≥1的整數(shù)，一般取值小于8，下文用DMMn表示）是一種不含硫、不含芳烴的清潔柴油組分，也是新型煤化工的一種高附加值產(chǎn)物。DMMn物性與柴油相近，調(diào)和到柴油中使用不需要對(duì)在用車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)進(jìn)行任何改動(dòng)。在柴油中添加10%~20%，可降低20~50%的尾氣污染物，大幅度減少CO、未燃盡HC化合物，尤其是顆粒物PM的排放，是目前世界上公認(rèn)的環(huán)保型燃油組分。目前生產(chǎn)聚甲氧基二甲醚主要有漿態(tài)床反應(yīng)器和固定床反應(yīng)器：利用漿態(tài)床反應(yīng)器生產(chǎn)聚甲氧基二甲醚時(shí)存在以下缺點(diǎn)：1、漿態(tài)床反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)接近于全混流，反應(yīng)達(dá)到平衡后，很難向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，DMMn的平衡組成只能達(dá)到38-53%之間；2、間歇性漿態(tài)床反應(yīng)加料排料時(shí)間長，不利工業(yè)化生產(chǎn)；3、使用連續(xù)性漿態(tài)床反應(yīng)器，若使用串聯(lián)釜數(shù)少，則必定有一定數(shù)量的未反應(yīng)物料直接從最后一個(gè)釜中流出，由于此反應(yīng)的特殊性，反應(yīng)原料若未反應(yīng)直接排出，則會(huì)對(duì)后續(xù)過濾及精制工序帶來很大的麻煩；若使用串聯(lián)釜數(shù)多，則會(huì)大大的增大投資及運(yùn)行成本，不利于工業(yè)化；4、由于漿態(tài)床反應(yīng)器的攪拌槳對(duì)催化劑的磨損嚴(yán)重，會(huì)直接造成催化劑成本的提高。利用固定床反應(yīng)器生產(chǎn)聚甲氧基二甲醚時(shí)存在以下缺點(diǎn)：1、傳統(tǒng)內(nèi)置結(jié)構(gòu)的固定床熱傳遞差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于檢修，且對(duì)于后續(xù)分離過程帶來負(fù)擔(dān)；2、傳統(tǒng)生產(chǎn)聚甲氧基二甲醚采用濃甲醛、三聚甲醛或者多聚甲醛為原料與甲縮醛或者其他原料制備，其原料的制備工藝復(fù)雜，能耗較高，裝置規(guī)模較大，工業(yè)化生產(chǎn)投資較大。目前工業(yè)合成聚甲氧基二甲醚的工藝方法均采用濃甲醛、三聚甲醛、多聚甲醛為原料，因甲醛濃縮蒸發(fā)，不可避免的提高了生產(chǎn)成本，同時(shí)還導(dǎo)致產(chǎn)物中有大量的高聚物產(chǎn)生，目標(biāo)產(chǎn)物聚甲氧基二甲醚得率降低。由此可見，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、便于維護(hù)、投資小、裝置規(guī)模適中、能耗低、能夠連續(xù)排料、產(chǎn)物得率高、適合工業(yè)化連續(xù)化生產(chǎn)的聚甲氧基二甲醚的裝置和工藝方法是十分有必要的。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明解決現(xiàn)有的生產(chǎn)聚甲氧基二甲醚的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行維護(hù)成本高、能耗高、得率低、不利于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)的問題，提供一種中等濃度甲醛與甲縮醛合成聚甲氧基二甲醚的裝置和方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：中等濃度甲醛與甲縮醛合成聚甲氧基二甲醚的裝置，包括水平設(shè)置的管式靜態(tài)混合器，所述靜態(tài)混合器一端頭連接有兩根原料輸入管，所述靜態(tài)混合器一端上部設(shè)有蒸汽入口，另一端下部設(shè)有冷卻液出口，所述靜態(tài)混合器另一端頭連接有各管沿水平方向設(shè)置的由下至上排列的多管并聯(lián)管道反應(yīng)器，所述靜態(tài)混合器與管道反應(yīng)器的下口部連接，所述管道反應(yīng)器與靜態(tài)混合器的連接端下部設(shè)有冷卻液出口，所述管道反應(yīng)器另一端的上部設(shè)有蒸汽入口，所述管道反應(yīng)器的另一端連接有精煉分離設(shè)備。水平設(shè)置的管式靜態(tài)混合器使得反應(yīng)物充分混合。反應(yīng)物的分子在管式反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間相等，反應(yīng)器內(nèi)任何一點(diǎn)上的反應(yīng)物濃度和化學(xué)反應(yīng)速度都不隨時(shí)間變化，只隨管長變化。中等濃度甲醛與甲縮醛合成聚甲氧基二甲醚的方法，包括以下操作步驟：a、在管道反應(yīng)器的直管段填充超強(qiáng)固體酸催化劑；b、將中等濃度的甲醛水溶液與甲縮醛通過兩根原料輸入管分別加入到靜態(tài)混合器中混合均勻；c、將混合均勻的反應(yīng)原料通過管道輸送進(jìn)入管道反應(yīng)器中，控制管道反應(yīng)器各處溫度恒定為70~150℃，反應(yīng)壓力為0.1~1.0MPa，調(diào)節(jié)進(jìn)料流速使管道反應(yīng)器中液體體積空速為0.2~0.5h-1；d、物料經(jīng)管道反應(yīng)器反應(yīng)后由管道反應(yīng)器上口部輸送至精制分離設(shè)備進(jìn)行分離和精制。所述B步驟輸入靜態(tài)混合器中的中等濃度的甲醛水溶液濃度為55%質(zhì)量分?jǐn)?shù)。所述b步驟輸入靜態(tài)混合器中的甲縮醛與中等濃度的甲醛水溶液中甲醛的摩爾比為1~4:1。使用超強(qiáng)固體酸催化劑可大大降低催化劑的磨損率，容易與液體反應(yīng)體系分離、不腐蝕設(shè)備、后續(xù)處理簡單、很少污染環(huán)境、選擇性高。以55%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的甲醛水溶液為原料制備聚甲氧基二甲醚，不僅減少大規(guī)模甲醛濃縮蒸發(fā)帶來的高生產(chǎn)成本問題，同時(shí)解決在合成聚甲氧基二甲醚過程中高聚合度聚合物的出現(xiàn)，解決分離精制過程中的高能耗問題。本發(fā)明的生產(chǎn)裝置及工藝方法與現(xiàn)有的生產(chǎn)聚甲氧基二甲醚裝置和工藝方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、管式反應(yīng)器容積小、比表面大、單位容積的傳熱面積大、能耗更低；2、反應(yīng)物在管式反應(yīng)器中反應(yīng)速度快、流速快、生產(chǎn)能力高；3、管式反應(yīng)器更適用于大型化和連續(xù)化的工業(yè)生產(chǎn)；4、與釜式反應(yīng)器相比較、其返混較??；5、管式反應(yīng)器既適用于液相反應(yīng)，又適用于氣相反應(yīng)，用于加壓反應(yīng)尤為合適；6、管式反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)分段溫度控制；7、使用超強(qiáng)固體酸催化劑可大大降低催化劑的磨損率，容易與液體反應(yīng)體系分離、不腐蝕設(shè)備、后續(xù)處理簡單、很少污染環(huán)境、選擇性高；8、使用中等濃度的甲醛溶液為原料，減少大規(guī)模甲醛濃縮蒸發(fā)帶來的高生產(chǎn)成本問題，同時(shí)解決在合成聚甲氧基二甲醚過程中高聚合度聚合物的出現(xiàn)，解決分離精制過程中的高能耗問題。附圖說明圖1為發(fā)明合成聚甲氧基二甲醚裝置反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡圖；圖中：1-靜態(tài)混合器，2-原料輸入管，3-管道反應(yīng)器。具體實(shí)施方式中等濃度甲醛與甲縮醛合成聚甲氧基二甲醚的裝置，包括水平設(shè)置的管式靜態(tài)混合器1，所述靜態(tài)混合器1一端頭連接有兩根原料輸入管2，所述靜態(tài)混合器1一端上部設(shè)有蒸汽入口，另一端下部設(shè)有冷卻液出口，所述靜態(tài)混合器1另一端頭連接有各管沿水平方向設(shè)置的由下至上排列的多管并聯(lián)管道反應(yīng)器3，所述靜態(tài)混合器1與管道反應(yīng)器3的下口部連接，所述管道反應(yīng)器3與靜態(tài)混合器1的連接端下部設(shè)有冷卻液出口，所述管道反應(yīng)器3另一端的上部設(shè)有蒸汽入口，所述管道反應(yīng)器3的另一端連接有精煉分離設(shè)備。實(shí)施例一：中等濃度甲醛與甲縮醛合成聚甲氧基二甲醚的方法，包括以下操作步驟：a、在管道反應(yīng)器的直管段填充超強(qiáng)固體酸催化劑；b、將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%的甲醛水溶液與甲縮醛按照摩爾比1:1通過兩根原料輸入管分別加入到靜態(tài)混合器中混合均勻；c、將混合均勻的反應(yīng)原料通過管道輸送進(jìn)入管道反應(yīng)器中，控制管道反應(yīng)器各處溫度恒定為100℃，反應(yīng)壓力為1.0MPa，調(diào)節(jié)進(jìn)料流速使管道反應(yīng)器中液體體積空速為0.3h-1；d、物料經(jīng)管道反應(yīng)器反應(yīng)后由管道反應(yīng)器上口部輸送至精制分離設(shè)備進(jìn)行分離和精制。對(duì)分離精制后的產(chǎn)物進(jìn)行分析，檢測(cè)平衡產(chǎn)物中各聚合度聚甲氧基二甲醚的含量，結(jié)果見表1。實(shí)施例二：中等濃度甲醛與甲縮醛合成聚甲氧基二甲醚的方法，包括以下操作步驟：a、在管道反應(yīng)器的直管段填充超強(qiáng)固體酸催化劑；b、將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%的甲醛水溶液與甲縮醛按照摩爾比1:2通過兩根原料輸入管分別加入到靜態(tài)混合器中混合均勻；c、將混合均勻的反應(yīng)原料通過管道輸送進(jìn)入管道反應(yīng)器中，控制管道反應(yīng)器各處溫度恒定為150℃，反應(yīng)壓力為0.4MPa，調(diào)節(jié)進(jìn)料流速使管道反應(yīng)器中液體體積空速為0.4h-1；d、物料經(jīng)管道反應(yīng)器反應(yīng)后由管道反應(yīng)器上口部輸送至精制分離設(shè)備進(jìn)行分離和精制。對(duì)分離精制后的產(chǎn)物進(jìn)行分析，檢測(cè)平衡產(chǎn)物中各聚合度聚甲氧基二甲醚的含量，結(jié)果見表1。實(shí)施例三：中等濃度甲醛與甲縮醛合成聚甲氧基二甲醚的方法，包括以下操作步驟：a、在管道反應(yīng)器的直管段填充超強(qiáng)固體酸催化劑；b、將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%的甲醛水溶液與甲縮醛按照摩爾比1:4通過兩根原料輸入管分別加入到靜態(tài)混合器中混合均勻；c、將混合均勻的反應(yīng)原料通過管道輸送進(jìn)入管道反應(yīng)器中，控制管道反應(yīng)器各處溫度恒定為70℃，反應(yīng)壓力為0.7MPa，調(diào)節(jié)進(jìn)料流速使管道反應(yīng)器中液體體積空速為0.2h-1；d、物料經(jīng)管道反應(yīng)器反應(yīng)后由管道反應(yīng)器上口部輸送至精制分離設(shè)備進(jìn)行分離和精制。對(duì)分離精制后的產(chǎn)物進(jìn)行分析，檢測(cè)平衡產(chǎn)物中各聚合度聚甲氧基二甲醚的含量，結(jié)果見表1。實(shí)施例四：中等濃度甲醛與甲縮醛合成聚甲氧基二甲醚的方法，包括以下操作步驟：a、在管道反應(yīng)器的直管段填充超強(qiáng)固體酸催化劑；b、將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%的甲醛水溶液與甲縮醛按照摩爾比1:3通過兩根原料輸入管分別加入到靜態(tài)混合器中混合均勻；c、將混合均勻的反應(yīng)原料通過管道輸送進(jìn)入管道反應(yīng)器中，控制管道反應(yīng)器各處溫度恒定為120℃，反應(yīng)壓力為0.1MPa，調(diào)節(jié)進(jìn)料流速使管道反應(yīng)器中液體體積空速為0.5h-1；d、物料經(jīng)管道反應(yīng)器反應(yīng)后由管道反應(yīng)器上口部輸送至精制分離設(shè)備進(jìn)行分離和精制。對(duì)反應(yīng)除水后的平衡產(chǎn)物進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。表1產(chǎn)物組成（%）組分實(shí)施例一實(shí)施例二實(shí)施例三實(shí)施例四甲醇3.663.232.032.95甲醛7.156.985.567.11甲縮醛35.3333.8322.4123.39DMM221.0522.1425.8727.10DMM313.981419.3417.68DMM47.668.3210.639.04DMM54.284.425.795.49DMM63.713.784.833.90DMM72.012.012.192.11DMM81.171.291.351.23∑DMM2-853.8655.967066.55當(dāng)前第1頁1 2 3