一種氣體甲醛制備聚甲氧基二甲醚的專用工藝裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種氣體甲醛制備聚甲氧基二甲醚的專用工藝裝置，所述合成聚甲氧基二甲醚的原料為甲醛氣體和甲縮醛溶液，所述專用工藝裝置包括依次連接的流化床反應(yīng)器、萃取及回收單元和精制單元，所述流化床反應(yīng)器從下至上包括至少兩層反應(yīng)段，每層反應(yīng)段裝填有催化劑，且每層反應(yīng)段的底部均開設(shè)氣體分布器直接通入反應(yīng)段，同時(shí)每層反應(yīng)段還設(shè)有降液管將相鄰的反應(yīng)段聯(lián)通，所述降液管的頂端還設(shè)置有絲網(wǎng)；所述流化床反應(yīng)器的底部設(shè)有甲醛氣體入口，流化床反應(yīng)器的頂部設(shè)置甲縮醛溶液入口。本實(shí)用新型降低了成本，并提高了合成轉(zhuǎn)化率及收率低，且本實(shí)用新型具有良好移熱效果，能高效的促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，轉(zhuǎn)化程度實(shí)現(xiàn)了可控性。
【專利說明】
一種氣體甲醛制備聚甲氧基二甲醚的專用工藝裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于化工生產(chǎn)工藝及設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及專用氣體甲醛制備聚甲氧基二甲醚的工藝裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]我國能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是:富煤、貧油、少氣，經(jīng)濟(jì)的持續(xù)較快增長對能源需求越來越大，社會、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與石油供應(yīng)的矛盾日益突出。2009年以來，我國原油對外依存度連續(xù)6年超過警戒線(50% )，嚴(yán)重影響我國的能源戰(zhàn)略安全。從我國能源戰(zhàn)略安全出發(fā)，結(jié)合我國一次能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，發(fā)展煤基液體燃料合成技術(shù)無疑具有戰(zhàn)略重要性。另外，我國甲醇產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，開發(fā)甲醇下游產(chǎn)品、延伸煤化工產(chǎn)業(yè)鏈，都具有現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]隨著科技和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，城市內(nèi)的汽車數(shù)量明顯增多，而汽車尾氣排放物已成為城市霧霾的重要原因之一。相比于汽油，柴油具有更高的沸點(diǎn)，H/C質(zhì)量比低，因此柴油燃燒過程中排放的廢氣C0、氮氧化合物、顆粒物等更多，造成的污染比汽油更嚴(yán)重。因此，提高柴油燃燒效率，減少污染排放，改善城市空氣質(zhì)量是目前重要的環(huán)保任務(wù)。
[0004]聚甲氧基二甲醚是一種世界公認(rèn)的清潔柴油組份，它的十六烷值2 70、不含硫、不含芳烴。按5%_20%比例添加到柴油中，能夠提高柴油十六烷值，促進(jìn)燃燒，明顯地降低汽車尾氣中PM2.5、PM10、N0x、C0等有害氣體的排放。由于聚甲氧基二甲醚的優(yōu)異性能，其合成工藝已成為國內(nèi)外研究的熱門課題。
[0005]目前，聚甲氧基二甲醚大多是以甲醇或甲縮醛中的一種或幾種與甲醛水溶液/三聚甲醛/多聚甲醛在酸性催化劑的催化作用下反應(yīng)生成的。而此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度高造成反應(yīng)逆向進(jìn)行，因此需要撤走熱量。而不論是多聚甲醛還是三聚甲醛均首先需加熱解析出單體甲醛才能參與反應(yīng)，因此體系反應(yīng)溫度很高，一般在ll〇°C以上，且必須采用加壓的方式防止沸點(diǎn)較低甲縮醛和甲醇?xì)饣?，因此?dǎo)致能耗高、設(shè)備要求高。另外，在如此的高溫環(huán)境下，單體甲醛具有很高的活性，容易發(fā)生歧化反應(yīng)生產(chǎn)大量的甲酸，如果不將體系中甲酸分離出去，甲酸會越積越多并對聚甲氧基二甲醚的反應(yīng)平衡帶來嚴(yán)重負(fù)面影響，造成反應(yīng)的收率降低，因此只能采用吸附或者堿中和脫酸方法分離甲酸，造成工藝復(fù)雜，且目標(biāo)產(chǎn)物收率低，合成成本高。反應(yīng)產(chǎn)物DMMn3-8的選擇性與催化劑的量有著密切的關(guān)系，普通固定床無法實(shí)現(xiàn)調(diào)整產(chǎn)物聚合度，因此造成n值過小或者過大，影響產(chǎn)品質(zhì)量。試驗(yàn)證明最適合做柴油添加劑的聚合度為DMMn3-5的產(chǎn)品。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:針對上述存在的問題和缺陷，本發(fā)明提供了一種氣體甲醛制備聚甲氧基二甲醚的專用工藝裝置，解決了目前以多聚甲醛/三聚生產(chǎn)過程中帶來的成本高、合成轉(zhuǎn)化率及收率低的問題，且本發(fā)明具有良好移熱效果，能高效的促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，轉(zhuǎn)化程度實(shí)現(xiàn)了可控性。
[0007]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種氣體甲醛制備聚甲氧基二甲醚的專用工藝裝置，所述合成聚甲氧基二甲醚的原料為甲醛氣體和甲縮醛溶液，所述專用工藝裝置包括依次連接的流化床反應(yīng)器、萃取及回收單元和精制單元，所述流化床反應(yīng)器從下至上包括至少兩層反應(yīng)段，每層反應(yīng)段裝填有催化劑，且每層反應(yīng)段的底部均開設(shè)氣體分布器直接與下層反應(yīng)段聯(lián)通，同時(shí)每層反應(yīng)段還設(shè)有降液管將相鄰的反應(yīng)段聯(lián)通，所述降液管的頂端還設(shè)置有絲網(wǎng);所述流化床反應(yīng)器的底部設(shè)有甲醛氣體入口，流化床反應(yīng)器的頂部設(shè)置甲縮醛溶液入口。
[0008]作為優(yōu)選，所述每層反應(yīng)段均設(shè)有催化劑裝填口和催化劑卸料口。
[0009]作為優(yōu)選，所述流化床反應(yīng)器的每層反應(yīng)段還設(shè)有填充絲網(wǎng)模塊，所述填充絲網(wǎng)模塊為籠狀結(jié)構(gòu)絲網(wǎng)并設(shè)在氣體分布器上方。
[0010]作為優(yōu)選，所述填充絲網(wǎng)模塊由多根不銹鋼鋼絲構(gòu)成，所述不銹鋼鋼絲為扭轉(zhuǎn)螺旋鋼絲。本發(fā)明中的填充絲網(wǎng)模塊中扭轉(zhuǎn)螺旋鋼絲構(gòu)成多層的籠狀結(jié)構(gòu)，使得反應(yīng)原料在模塊中能獲得最大化的接觸(尤其是多層結(jié)構(gòu)和扭轉(zhuǎn)螺旋結(jié)構(gòu)鋼絲，加速反應(yīng)原料的混合接觸，并能快速移走反應(yīng)熱)，并使反應(yīng)原料和催化劑基本固化在反應(yīng)段反應(yīng)，降低催化劑隨液流在降液管頂端絲網(wǎng)堆積。
[0011]作為優(yōu)選，所述流化床反應(yīng)器的底部設(shè)有反應(yīng)液出料口，且該反應(yīng)液出料口設(shè)置絲網(wǎng)。
[0012]作為優(yōu)選，所述萃取劑回收單元包括依次連接的脫輕塔、萃取塔和萃取劑回收塔，所述脫輕塔的進(jìn)口與流化床反應(yīng)器的反應(yīng)液出料口連接，脫輕塔的頂部設(shè)有冷凝回流裝置。
[0013]作為優(yōu)選，所述萃取塔為填料塔或板式塔，萃取塔的塔頂設(shè)有反應(yīng)液進(jìn)料口，塔底設(shè)有萃取劑進(jìn)料口，反應(yīng)液與萃取劑為逆流接觸。
[0014]作為優(yōu)選，所述萃取劑回收塔為填料塔或板式塔，塔頂連接有冷凝器和回流罐并與萃取劑回收塔形成循環(huán)。
[0015]作為優(yōu)選，所述流化床反應(yīng)器設(shè)有4?6層反應(yīng)段。
[0016]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):解決了目前以多聚甲醛/三聚生產(chǎn)過程中帶來的成本高、合成轉(zhuǎn)化率及收率低的問題，且本發(fā)明具有良好移熱效果，能高效的促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，轉(zhuǎn)化程度實(shí)現(xiàn)了可控性。本發(fā)明中，甲縮醛溶液進(jìn)入到最上層反應(yīng)段時(shí)填充絲網(wǎng)模塊中的甲縮醛濃度較高，在與經(jīng)過多層反應(yīng)段甲醛氣體的鼓泡接觸時(shí)能有效降低甲縮醛的參與聚合程度，從而控制上層反應(yīng)段的聚合度，進(jìn)而使得通過多層反應(yīng)后的DMMn產(chǎn)品聚合度達(dá)到預(yù)期。
[0017]本發(fā)明中的流化床反應(yīng)器的反應(yīng)具有比固定床反應(yīng)器更好的傳熱性能，不論是徑向還是軸向溫度溫度分布都十分均勻，由于床層的劇烈運(yùn)動(dòng)，消除了傳熱面附近的層流邊界層，使得其移熱效率遠(yuǎn)高于固定床和空管等其他類型反應(yīng)器。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明所述專用工藝裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]其中，流化床反應(yīng)器1、脫輕塔2、萃取塔3、萃取劑回收塔4、DMM2產(chǎn)品塔5、MM3?5
產(chǎn)品塔6?！揪唧w實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0021]本發(fā)明中氣體甲醛的制備引用專利104710292A全部內(nèi)容，本專利申請中不再贅述。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明聚甲氧基二甲醚合成和分離提純裝置，包括填流化床反應(yīng)器、 脫輕塔、萃取塔、萃取劑回收塔、DMM2產(chǎn)品塔、DMM3?5產(chǎn)品塔。其中:
[0023]所述流化床反應(yīng)器從上至下包括至少兩層反應(yīng)段，優(yōu)選為4?6層。每層反應(yīng)段的下部入口設(shè)置氣體分布器，使氣體均勻分布進(jìn)入床層。降液管入口設(shè)置絲網(wǎng)，防止催化劑顆粒隨液體一起流進(jìn)下一反應(yīng)段。每段反應(yīng)器均需設(shè)置催化劑裝料口和催化劑卸料口。所述流化床反應(yīng)器原料采用液體甲縮醛和氣體甲醛。液體甲縮醛由流化床反應(yīng)器第一反應(yīng)段頂部加入，依次經(jīng)過降液管到達(dá)最后一反應(yīng)段。氣體甲醛由所述流化床反應(yīng)器反應(yīng)段內(nèi)可設(shè)置移熱設(shè)施如采用增加冷卻管，但這不是必須的，優(yōu)選不設(shè)置移熱設(shè)施。所述流化床反應(yīng)器最下一段底部留有反應(yīng)液出料口，出料口設(shè)置絲網(wǎng)，防止出料是催化劑流失。
[0024]本發(fā)明的流化床反應(yīng)器從下至上包括至少兩層反應(yīng)段，每層反應(yīng)段裝填有催化劑，且每層反應(yīng)段的底部均開設(shè)氣體分布器直接與下層反應(yīng)段聯(lián)通，同時(shí)每層反應(yīng)段還設(shè)有降液管將相鄰的反應(yīng)段聯(lián)通，所述降液管的頂端還設(shè)置有絲網(wǎng)；所述流化床反應(yīng)器的底部設(shè)有甲醛氣體入口，流化床反應(yīng)器的頂部設(shè)置甲縮醛溶液入口。所述流化床反應(yīng)器的每層反應(yīng)段還設(shè)有填充絲網(wǎng)模塊，所述填充絲網(wǎng)模塊為籠狀結(jié)構(gòu)絲網(wǎng)并設(shè)在氣體分布器上方。所述填充絲網(wǎng)模塊由多根不銹鋼鋼絲構(gòu)成，所述不銹鋼鋼絲為扭轉(zhuǎn)螺旋鋼絲。本發(fā)明中的填充絲網(wǎng)模塊中扭轉(zhuǎn)螺旋鋼絲構(gòu)成多層的籠狀結(jié)構(gòu)，使得反應(yīng)原料在模塊中能獲得最大化的接觸(尤其是多層結(jié)構(gòu)和扭轉(zhuǎn)螺旋結(jié)構(gòu)鋼絲，加速反應(yīng)原料的混合接觸，并能快速移走反應(yīng)熱)，并使反應(yīng)原料和催化劑基本固化在反應(yīng)段反應(yīng)，降低催化劑隨液流在降液管頂端絲網(wǎng)堆積。
[0025]所述脫輕塔進(jìn)料口連接流化床反應(yīng)器底部反應(yīng)液出料口，反應(yīng)液在脫輕塔中脫除甲縮醛。該塔頂常壓操作，塔頂設(shè)置冷凝器和回流罐，回流比優(yōu)選1?2.塔頂?shù)玫郊兘M分甲縮醛。塔釜得到不含甲縮醛的反應(yīng)液。所述脫輕塔為常壓精餾塔，采用填料或者板式塔。反應(yīng)液進(jìn)入脫輕塔首先分離甲縮醛，從塔釜得到幾乎不含甲縮醛的反應(yīng)液。釜液出口連接萃取塔進(jìn)口，萃取塔塔釜進(jìn)料萃取劑，使得萃取塔內(nèi)產(chǎn)生分相現(xiàn)象，通過控制相界面高度采出上下層液體，下層得到甲醛溶液，上層得到含萃取劑的產(chǎn)品溶液。上層液體進(jìn)入萃取劑回收塔，回收萃取劑。當(dāng)然，根據(jù)采用萃取劑沸點(diǎn)的不同，萃取劑回收塔的位置可以相對改變，針對沸點(diǎn)較高的萃取劑，可以在分離產(chǎn)品后回收萃取劑。作為優(yōu)選，萃取劑回收塔作為第三個(gè)分離塔。塔頂回收得到的萃取劑可以循環(huán)利用，塔釜到的為DMM2?8的產(chǎn)品。
[0026]所述萃取塔采用填料或者板式結(jié)構(gòu)，優(yōu)選填料，反應(yīng)液由萃取塔上部加入，萃取劑有萃取塔下部加入，反應(yīng)液和萃取劑逆流接觸，反應(yīng)液中的以DMMn為主的有機(jī)物溶解于萃取劑，反應(yīng)液中的水和甲醛無法溶解于萃取劑中，由于它們之間存在著明顯的密度差，故在塔內(nèi)產(chǎn)生分相現(xiàn)象，通過相界面高度控制采出上層液和下層液。除去甲醛水溶液的釜液主要含有DMM2?8組分和萃取劑組分。
[0027]所述萃取劑回收塔進(jìn)料接萃取塔上層液進(jìn)料。需要說明的是萃取劑回收的分離次序并不是固定的，它與采用的萃取劑種類有關(guān)，對于高沸點(diǎn)的萃取劑可以將萃取劑回收放在產(chǎn)品塔之后。優(yōu)選萃取劑回收塔在萃取塔之后。萃取劑回收塔采用填料或者板式塔，常壓操作，塔頂采用冷凝器和回流罐，優(yōu)選回流比I?4.塔頂采出萃取劑物料，釜液得到產(chǎn)品物料0麗2?80
[0028]根據(jù)所述，釜液產(chǎn)品送入DMM2產(chǎn)品。該塔采用填料或者板式塔，常壓操作，塔頂采用冷凝器和回流罐，通過控制回流比0.5?2，采出符合質(zhì)量要求的DMM2產(chǎn)品。對于不符合質(zhì)量要求的產(chǎn)品將送入該塔進(jìn)料重新精致，也可以增大回流比提高產(chǎn)品質(zhì)量。
[0029 ] 根據(jù)所述，DMM2產(chǎn)品塔釜液為DMM3?8產(chǎn)品。該釜液送入DMM3?5產(chǎn)品塔。該塔采用填料或者板式塔，減壓操作，優(yōu)選操作壓力2?20kPa(絕對壓力)，塔頂采用冷凝器和回流罐，優(yōu)選回流比為0.5?2.塔頂?shù)玫紻MM3?5產(chǎn)品。需要注意的是，塔頂產(chǎn)品并不是一定的，不同地區(qū)可以控制采出品質(zhì)不同的產(chǎn)品，例如在南方冬天溫度較高的地區(qū)，最低氣溫還遠(yuǎn)高于DMM6的凝點(diǎn)，可以適當(dāng)采出部分DMM6，更好的調(diào)和柴油組分。對于北方地區(qū)，則相反，需要控制產(chǎn)品中含有盡量少的DMM6，避免其中含有高凝點(diǎn)調(diào)和組分。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣體甲醛制備聚甲氧基二甲醚的專用工藝裝置，其特征在于:所述專用工藝裝置包括依次連接的流化床反應(yīng)器、萃取及回收單元和精制單元，所述流化床反應(yīng)器從下至上包括至少兩層反應(yīng)段，每層反應(yīng)段裝填有催化劑，且每層反應(yīng)段的底部均開設(shè)氣體分布器直接與下層反應(yīng)段聯(lián)通，同時(shí)每層反應(yīng)段還設(shè)有降液管將相鄰的反應(yīng)段聯(lián)通，所述降液管的頂端還設(shè)置有絲網(wǎng)；所述流化床反應(yīng)器的底部設(shè)有甲醛氣體入口，流化床反應(yīng)器的頂部設(shè)置甲縮醛溶液入口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣體甲醛制備聚甲氧基二甲醚的專用工藝裝置，其特征在于:所述每層反應(yīng)段均設(shè)有催化劑裝填口和催化劑卸料口。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣體甲醛制備聚甲氧基二甲醚的專用工藝裝置，其特征在于:所述流化床反應(yīng)器的每層反應(yīng)段還設(shè)有填充絲網(wǎng)模塊，所述填充絲網(wǎng)模塊為籠狀結(jié)構(gòu)絲網(wǎng)并設(shè)在氣體分布器上方。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述氣體甲醛制備聚甲氧基二甲醚的專用工藝裝置，其特征在于:所述填充絲網(wǎng)模塊由多根不銹鋼鋼絲構(gòu)成，所述不銹鋼鋼絲為扭轉(zhuǎn)螺旋鋼絲。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣體甲醛制備聚甲氧基二甲醚的專用工藝裝置，其特征在于:所述流化床反應(yīng)器的底部設(shè)有反應(yīng)液出料口，且該反應(yīng)液出料口設(shè)置絲網(wǎng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣體甲醛制備聚甲氧基二甲醚的專用工藝裝置，其特征在于:所述萃取劑回收單元包括依次連接的脫輕塔、萃取塔和萃取劑回收塔，所述脫輕塔的進(jìn)口與流化床反應(yīng)器的反應(yīng)液出料口連接，脫輕塔的頂部設(shè)有冷凝回流裝置。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述氣體甲醛制備聚甲氧基二甲醚的專用工藝裝置，其特征在于:所述萃取塔為填料塔或板式塔，萃取塔的塔頂設(shè)有反應(yīng)液進(jìn)料口，塔底設(shè)有萃取劑進(jìn)料口，反應(yīng)液與萃取劑為逆流接觸。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述氣體甲醛制備聚甲氧基二甲醚的專用工藝裝置，其特征在于:所述萃取劑回收塔為填料塔或板式塔，塔頂連接有冷凝器和回流罐并與萃取劑回收塔形成循環(huán)。9.據(jù)權(quán)利要求1所述氣體甲醛制備聚甲氧基二甲醚的專用工藝裝置，其特征在于:所述流化床反應(yīng)器設(shè)有4?6層反應(yīng)段。
【文檔編號】C07C41/58GK205575963SQ201620199647
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月15日
【發(fā)明人】葉子茂, 向家勇
【申請人】江蘇凱茂石化科技有限公司