一種用于聚甲氧基二甲醚原料生產(chǎn)的工藝裝置及工藝方法
【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，主要涉及聚甲氧基二甲醚的生產(chǎn)工藝方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]聚甲氧基二甲醚(中文名稱也可以為聚甲醛二甲醚，聚甲醛二甲基醚，聚甲氧基甲縮酸，聚氧亞甲基二甲釀等)，即polyoxymethylene dimethyl ethers (PODE)，它是一類物質(zhì)的通稱，其分子結(jié)構(gòu)式為CH3O (CH2O) nCH3，具有較高的十六燒值(cetane number, CN0 η=3?8時(shí)，CN>76)和氧含量(42?49%)。當(dāng)η的取值為3?8時(shí)，其物理化學(xué)性能、燃燒性能與柴油非常接近，可作為柴油添加劑，在柴油中的添加量可達(dá)30%(ν/ν)，同時(shí)保持較高的十六烷值和燃燒性能?？商岣卟裼偷臐?rùn)滑性，減少燃燒煙霧生成，可以改善柴油在發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒狀況，提高熱效率，降低燃燒尾氣中的顆粒物以及NOx的排放。也可能替代柴油，直接作為柴油機(jī)燃料。
[0003]目前聚甲氧基二甲醚主要采用的原料為多聚甲醛、濃甲醛溶液或三聚甲醛與甲縮醛。由于多聚甲醛及三聚甲醛均為固體甲醛，反應(yīng)條件比較苛刻，反應(yīng)壓力相對(duì)比較高一般控制在1~2.5MPa，因而造成設(shè)備成本高，并且固體甲醛與甲縮醛的反應(yīng)一般采用懸浮床和流化床反應(yīng)器，催化劑使用周期短，損耗大而且三聚甲醛及多聚甲醛原料成本高；濃甲醛溶液為原料，由于反應(yīng)過程中水的存在導(dǎo)致以濃甲醛為原料反應(yīng)聚甲氧基二甲醚的轉(zhuǎn)化率相對(duì)比較低，對(duì)產(chǎn)品分離比較困難和產(chǎn)品分離能耗也較高，并且上述反應(yīng)對(duì)于DMM3~8產(chǎn)品的選擇性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:針對(duì)上述存在的問題和缺陷，本發(fā)明提供了一種用于聚甲氧基二甲醚原料生產(chǎn)的工藝裝置及工藝方法，以更為低廉的37?50%甲醛溶液為基本原料，制備聚甲氧基二甲醚生產(chǎn)的原料。并且根據(jù)該工藝得到的原料與甲縮醛混合后通過固定床反應(yīng)器，轉(zhuǎn)化率高，并且對(duì)于DMM3~8產(chǎn)品的選擇性高。
[0005]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:一種用于聚甲氧基二甲醚原料生產(chǎn)的工藝裝置，包括依次連接的脫酸裝置、反應(yīng)分層裝置、脫水塔和原料塔，其中:所述脫酸裝置和反應(yīng)分層裝置之間設(shè)有預(yù)熱器，所述脫水塔的頂部設(shè)有抽真空設(shè)備；所述原料塔的下部為提餾反應(yīng)分解段，上部為回料混合段并設(shè)有聚甲氧基二甲醚反應(yīng)原料回流入口，所述提餾反應(yīng)分解段的底部通過管道與反應(yīng)分層裝置連接。
[0006]作為優(yōu)選，所述脫酸裝置為離子交換塔。
[0007]作為優(yōu)選，所述脫酸裝置中填充的交換介質(zhì)為硅膠或弱堿性陰離子交換樹脂。
[0008]本發(fā)明還提供了一種基于上述工藝裝置的聚甲氧基二甲醚原料生產(chǎn)工藝方法，包括以下步驟:
(O以甲醛溶液作為原料，并經(jīng)過脫酸處理，控制溶液中酸含量低于1ppm; (2)將脫酸后的甲醛溶液預(yù)熱至60?100°C后送入反應(yīng)分層裝置中，加入輔助劑并混合，使甲醛與輔助劑反應(yīng)得到不溶于水且密度小于水的原料中間體，并靜置分層；
(3)抽出靜置液的上層液體送入脫水塔，并經(jīng)過真空脫水處理，去除上層液體中的水分;
(4)脫水后的液體再送入原料塔中部入口，并在流經(jīng)提餾反應(yīng)分解段的過程中，在160?220°C下原料中間體分解還原成甲醛氣體和輔助劑液體，甲醛氣體向上流動(dòng)并與聚甲氧基二甲醚原料回流入口進(jìn)入的回流料接觸并發(fā)生傳質(zhì)傳熱作用，從而攜帶回流料得到聚甲氧基二甲醚的反應(yīng)原料，從反應(yīng)體系中脫離。
[0009]進(jìn)一步的，步驟(2)中所述輔助劑為一元醇、二元醇或酚類物質(zhì)。
[0010]進(jìn)一步的，所述輔助劑為一元飽和醇或二元飽和醇。
[0011]進(jìn)一步的，所述輔助劑為異丁醇、4-甲基-2-戊醇或環(huán)己醇中一種或多種的混合物。
[0012]作為優(yōu)選，所述反應(yīng)分層裝置中的反應(yīng)溫度為80?100°C，反應(yīng)停留時(shí)間為I?5h0
[0013]作為優(yōu)選，所述脫水塔中壓力為20?lOOKPa，操作溫度為60?100°C。
[0014]作為優(yōu)選，所述原料塔為蒸餾塔，塔下部的溫度為160?220°C，并采用回流料稀釋甲醛。
[0015]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明直接使用常見的37?50%濃度的甲醛為原料配制，利用輔助劑與甲醛反應(yīng)的特點(diǎn)，配置聚甲氧基二甲醚的原料。由于原料為市場(chǎng)最普遍的甲醛溶液，簡(jiǎn)單易得，成本低廉。該方案在進(jìn)行反應(yīng)之前進(jìn)行脫酸處理，降低了酸度對(duì)輔助劑在反應(yīng)中的消耗。并且該方案嚴(yán)格控制了原料塔內(nèi)的溫度，并且采用該發(fā)明的原料塔，大大增加了輔助系統(tǒng)與甲醛溶液的逆反應(yīng)時(shí)間，從而再次降低了輔助劑的消耗。該原料裝置并非采用常規(guī)的塔頂液回流的方式，而是采用大量DMM或者聚甲氧基二甲醚反應(yīng)產(chǎn)物中的DMM2或反應(yīng)液進(jìn)行回流，大大增大了該裝置的操作安全性。并且本發(fā)明的配料直接僅含有甲醛及DMM或者DMM2，PPM級(jí)含量的水，該原料制備聚甲氧基二甲醚反應(yīng)轉(zhuǎn)化率及選擇性極尚。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明所述聚甲氧基二甲醚原料生產(chǎn)工藝方法的流程圖。
[0017]其中，脫酸裝置1、預(yù)熱器2、反應(yīng)分層裝置3、脫水塔4、抽真空裝置5、原料塔6、液泵7。
【具體實(shí)施方式】
[0018]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(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的用于聚甲氧基二甲醚原料生產(chǎn)的工藝裝置，包括依次連接的脫酸裝置、反應(yīng)分層裝置、脫水塔和原料塔，其中:所述脫酸裝置和反應(yīng)分層裝置之間設(shè)有預(yù)熱器，所述脫水塔的頂部設(shè)有抽真空設(shè)備；所述原料塔的下部為提餾反應(yīng)分解段，上部為回料混合段并設(shè)有聚甲氧基二甲醚反應(yīng)原料回流入口，所述提餾反應(yīng)分解段的底部通過管道與反應(yīng)分層裝置連接。主要工藝方法如下:
市場(chǎng)上購買或者生產(chǎn)的37~50%甲醛溶液，經(jīng)過硅膠或者大孔弱堿陰離子交換樹脂進(jìn)行脫酸處理，經(jīng)脫酸處理后，溶液酸含量為(l~10ppm)。脫酸處理后的甲醛溶液通過預(yù)熱到60~100°C后，在反應(yīng)分層裝置(采用塔或者貯罐內(nèi))中與輔助劑進(jìn)行充分混合反應(yīng)，反應(yīng)后的組分由于密度比水小，經(jīng)靜置后，上層液體經(jīng)過泵輸送至脫水塔。其中所述輔助劑為一元飽和醇或二元飽和醇及醚類物質(zhì)，優(yōu)選異丁醇、4-甲基-2-戊醇或環(huán)己醇中的一種，實(shí)際上碳原子數(shù)在3?9之間的一元飽和醇均具能與甲醛形成不溶于水的但易熱分解的反應(yīng)產(chǎn)物，但在具體熱分解溫度和轉(zhuǎn)化率方面存在差異。
[0020]在反應(yīng)分層裝置中得到的反應(yīng)產(chǎn)物具有熱分解效應(yīng)，脫水塔控制在真空操作，水分由脫水塔頂脫出，脫水塔底部由泵送入原料塔，脫水塔中的操作壓力為20?lOOKPa。原料塔內(nèi)下端主要為提餾段及反應(yīng)物分解段，控制該段溫度120~160°C，上端通過補(bǔ)充甲縮醛或者聚甲氧基二甲醚產(chǎn)物中的DMM2組分回流，在原料塔頂部得到甲縮醛與甲醛(或者DMM2與甲醛的混合產(chǎn)物)，直接氣相作為聚甲氧基二甲醚的反應(yīng)原料。原料塔底部為輔助劑，由泵送入反應(yīng)裝置循環(huán)利用。
[0021]以上生產(chǎn)方法主要包括了脫酸裝置，混合反應(yīng)裝置，脫水裝置，原料制備裝置。主要控制指標(biāo)，進(jìn)料甲醛中酸含量不能超過100ppm ;混合反應(yīng)控制反應(yīng)溫度80~100°C，反應(yīng)停留時(shí)間I?5h ;脫水塔控制操作壓力20?10KPa(A)，操作溫度控制60?100°C ;原料塔控制微正壓，塔頂操作溫度控制90?120°C，塔釜段溫度為160?220°C。其中原料塔為精餾塔，主要控制塔釜段140~200°C的區(qū)域停留時(shí)間長(zhǎng)利于甲醛與輔助劑系統(tǒng)的反應(yīng)分離，從而甲醛能夠由反應(yīng)體系中脫離，并且甲醛脫離的轉(zhuǎn)化率高，由于在100~120°C時(shí)脫離出的甲醛氣體容易在塔內(nèi)聚合，因此采用沸點(diǎn)在該區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行回流以稀釋甲醛的濃度，防止聚合。本次回流采用大量DMM或者聚甲氧基二甲醚反應(yīng)產(chǎn)物中的DMM2或反應(yīng)液進(jìn)行回流，采用該體系回流還能夠有效的提高反應(yīng)體系中的DMM2選擇性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于聚甲氧基二甲醚原料生產(chǎn)的工藝裝置，其特征在于:包括依次連接的脫酸裝置、反應(yīng)分層裝置、脫水塔和原料塔，其中:所述脫酸裝置和反應(yīng)分層裝置之間設(shè)有預(yù)熱器，所述脫水塔的頂部設(shè)有抽真空設(shè)備；所述原料塔的下部為提餾反應(yīng)分解段，上部為回料混合段并設(shè)有聚甲氧基二甲醚反應(yīng)原料回流入口，所述提餾反應(yīng)分解段的底部通過管道與反應(yīng)分層裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述工藝裝置，其特征在于:所述脫酸裝置為離子交換塔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述工藝裝置，其特征在于:所述脫酸裝置中填充的交換介質(zhì)為硅膠或弱堿性陰離子交換樹脂。
4.一種基于權(quán)利要求1?3任一所述工藝裝置的聚甲氧基二甲醚原料生產(chǎn)工藝方法，其特征在于包括以下步驟: (O以甲醛溶液作為原料，并經(jīng)過脫酸處理，控制溶液中酸含量低于1ppm; (2)將脫酸后的甲醛溶液預(yù)熱至60?100°C后送入反應(yīng)分層裝置中，加入輔助劑并混合，使甲醛與輔助劑反應(yīng)得到不溶于水且密度小于水的原料中間體，并靜置分層； (3)抽出靜置液的上層液體送入脫水塔，并經(jīng)過真空脫水處理，去除上層液體中的水分; (4)脫水后的液體再送入原料塔中部入口，并在流經(jīng)提餾反應(yīng)分解段的過程中，在160?220°C下原料中間體分解還原成甲醛氣體和輔助劑液體，甲醛氣體向上流動(dòng)并與聚甲氧基二甲醚原料回流入口進(jìn)入的回流料接觸并發(fā)生傳質(zhì)傳熱作用，從而攜帶回流料得到聚甲氧基二甲醚的反應(yīng)原料，從反應(yīng)體系中脫離。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述工藝方法，其特征在于:步驟(2)中所述輔助劑為一元醇、二元醇或酚類物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述工藝方法，其特征在于:所述輔助劑為一元飽和醇或二元飽和
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述工藝方法，其特征在于:所述輔助劑為異丁醇、4-甲基-2-戊醇或環(huán)己醇中一種或多種的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述工藝方法，其特征在于:所述反應(yīng)分層裝置中的反應(yīng)溫度為80?100°C，反應(yīng)停留時(shí)間為I?5h。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述工藝方法，其特征在于:所述脫水塔中壓力為20?lOOKPa，操作溫度為60?100 °C。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述工藝方法，其特征在于:所述原料塔為蒸餾塔，塔下部的溫度為160?220°C，并采用回流料稀釋甲醛。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于聚甲氧基二甲醚原料生產(chǎn)的工藝裝置及方法，該裝置包括依次連接的脫酸裝置、反應(yīng)分層裝置、脫水塔和原料塔，所述脫酸裝置和反應(yīng)分層裝置之間設(shè)有預(yù)熱器，所述脫水塔的頂部設(shè)有抽真空設(shè)備；所述原料塔的下部為提餾反應(yīng)分解段，上部為回料混合段并設(shè)有聚甲氧基二甲醚反應(yīng)原料回流入口，所述原料塔的底部通過管道與反應(yīng)分層裝置連接。本發(fā)明以成本低廉的甲醛溶液為基本原料，制備聚甲氧基二甲醚生產(chǎn)的原料，并且根據(jù)該工藝得到的原料與甲縮醛混合后通過固定床反應(yīng)器，轉(zhuǎn)化率高，并且對(duì)于DMM3~8產(chǎn)品的選擇性高。
【IPC分類】C07C45-85, C07C47-058, C07C41-56, C07C45-78, C07C43-30
【公開號(hào)】CN104725202
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510128372
【發(fā)明人】葉子茂, 向家勇, 張鴻偉
【申請(qǐng)人】江蘇凱茂石化科技有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月24日