一種用于合成聚甲氧基二甲醚的脫水工藝方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于化工生產(chǎn)工藝及設備技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及聚甲氧基二甲醚生產(chǎn)工藝方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國能源結(jié)構(gòu)的特點是：富煤、貧油、少氣，經(jīng)濟的持續(xù)較快增長對能源需求越來 越大，社會、經(jīng)濟的發(fā)展與石油供應的矛盾日益突出。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，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)實意義。
[0003] 聚甲氧基二甲醚是一種世界公認的清潔柴油組份，它的十六烷值多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。
[0004] 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)外研宄的熱門課題。聚 甲氧基二甲醚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生成的。而此反應產(chǎn)物在水存在的酸性條件下會發(fā)生分解。脫 水成為提高合成轉(zhuǎn)化率的關(guān)鍵，而水的沸點與反應中間組分d_2接近，又因水與甲醛的共 沸，導致使用普通的精餾塔難以實現(xiàn)較好的脫水效果。目前多以分子篩吸附，膜脫水或者添 加其他組分反應或吸收掉水分。工藝復雜而且會造成大量廢棄物，或者帶入雜質(zhì)進入反應 體系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：針對上述存在的問題和缺陷，本發(fā)明提供了一種用于合成聚甲氧基二 甲醚脫水工藝及方法裝置，避免了水分的帶入的同時有效脫除了反應物的水分，其不引入 外來物質(zhì)。
[0006] 技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種用于合成聚甲 氧基二甲醚的脫水工藝方法，包括以下步驟：
[0007] (1)以含水量在0. 1 %以內(nèi)的甲醛氣體和99 %以上甲縮醛為原料，將甲醛氣體溶 解在甲縮醛中形成甲醛的甲縮醛溶液；
[0008] (2)將步驟（1)得到的甲縮醛溶液送入多段式反應器，在酸性催化條件下發(fā)生反 應，從塔底得到聚甲氧基二甲醚粗產(chǎn)品，同時甲縮醛發(fā)生水解副反應，降低反應體系中的水 含量，并從多段式反應器的塔頂采出甲縮醛和甲醇的共沸物；
[0009] (3)將步驟⑵得到聚甲氧基二甲醚粗產(chǎn)品送入脫輕塔中進行脫輕分離，從塔頂 采出甲縮醛，從塔中部采出中二聚體DMM2和水的共沸體，從塔底得到聚甲氧基二甲醚產(chǎn) 品。
[0010] 步驟（2)塔頂采出的甲縮醛和甲醇的共沸物經(jīng)過冷凝，部分回流至多段式反應體 系中，剩余部分直接采出，從而能連續(xù)通過共沸物方式菜戶甲醇，從而有利于甲縮醛水解反 應的正向進行，從而實現(xiàn)不斷的脫除水分的目的。
[0011] 步驟（3)塔中部采出的DMM2和水的共沸體，與甲縮醛配制進一步發(fā)生水解反應進 行脫水，在不引入外來物質(zhì)的前提下，通過配制甲縮醛，從而將共沸體中的水脫除，得到的 反應物為DMM2和甲縮醛的混合物，可以作為甲醛的溶解液一并參與到聚甲氧基二甲醚的 合成反應中，且DMM2的甲醛溶解度遠遠高于甲縮醛，最高可達60%。
[0012] 步驟（2)多段式反應器中，常壓操作條件下，塔頂溫度為42±3°C，催化劑床層溫 度45-80°C，塔頂?shù)玫?4%與6%甲縮醛的共沸物。
[0013] 步驟（3)脫輕塔中，壓力5-60Kpa真空條件下，塔頂?shù)臏囟葹?0-80°C，塔底溫度為 80-140°C。
[0014] 所述剩余部分的甲縮醛和甲醇的共沸物通過變壓精餾裝置精制成99~99. 5%的 甲縮醛，進而也可以作為反應物循環(huán)利用。
[0015] 本發(fā)明還提供了一種上述用于合成聚甲氧基二甲醚的脫水工藝裝置，包括原料緩 沖罐、多段式反應器、反應液緩沖罐和脫輕塔，所述原料緩沖罐的出口與多段式反應器入口 連接，所述多段式反應器的塔頂設有氣相出口，塔底設有反應液出口；所述反應液出口與反 應液緩沖罐連通后與脫輕塔連接；所述脫輕塔的塔頂設有甲縮醛出口，塔中設有DMM2出 口、塔底設有產(chǎn)品出口。
[0016] 作為優(yōu)選，所述塔底還連接有精餾單元。
[0017] 作為優(yōu)選，所述反應塔塔體從上至下包括至少兩層反應段，且每層反應段設有塔 板并構(gòu)成彎折流道，塔板之間填裝有催化劑，相鄰兩層的反應段之間還設有氣體上升管，反 應塔塔頂還設有氣相出口；每層反應段均設有帶閥門的進口和出口。
[0018] 有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明選擇含水量0. 1 %以內(nèi)的甲醛氣體和高濃度 的甲縮醛作為反應液，首先從原料商減少水分的帶入，同時利用甲縮醛的水解反應進一步 脫除殘余水分；整個工藝過程中做到反應物的循環(huán)回收利用，同時采用甲醛的甲縮醛作為 反應液，相對于固體甲醛供體，反應體系的壓力和溫度進一步降低，從而降低了能耗。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 其中，原料緩沖罐1、多段式反應器2、反應液緩沖罐3、脫輕塔4。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明 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 種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0022] 本發(fā)明提供的用于合成聚甲氧基二甲醚的脫水工藝，首先從原料上減少水分的帶 入，選擇含水量〇. 1%以內(nèi)的甲醛氣體并溶于高濃度的甲縮醛（99%-99.5% )形成甲醛的 甲縮醛溶液，從而使得反應物是在液相中反應，相對于多聚甲醛和三聚甲醛，反應條件得到 降低，相對于甲醛溶液則極大降低了反應體系中的水含量，避免水的存在降低聚甲氧基二 甲醚的收率。高濃度的甲縮醛含少量的甲醇，減少了甲醇參與反應生成甲縮醛或者二甲醚 時釋放的水分量，同時高濃度甲縮醛在酸性催化條件下與水接觸會發(fā)生分解反應，甲縮醛 的水解反應如下：
【主權(quán)項】
1. 一種用于合成聚甲氧基二甲醚的脫水工藝方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 以含水量在0. 1%以內(nèi)的甲醛氣體和99%以上甲縮醛為原料，將甲醛氣體溶解在甲 縮醛中形成甲醛的甲縮醛溶液； (2) 將步驟（1)得到的甲縮醛溶液送入多段式反應器，在酸性催化條件下發(fā)生反應，從 塔底得到聚甲氧基二甲醚粗產(chǎn)品，同時甲縮醛發(fā)生水解副反應，降低反應體系中的水含量， 并從多段式反應器的塔頂采出甲縮醛和甲醇的共沸物； (3) 將步驟（2)得到聚甲氧基二甲醚粗產(chǎn)品送入脫輕塔中進行脫輕分離，從塔頂采出甲 縮醛，從塔中部采出中二聚體DMM2和水的共沸體，從塔底得到聚甲氧基二甲醚產(chǎn)品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于合成聚甲氧基二甲醚的脫水工藝方法，其特征在于：步驟 (2) 塔頂采出的甲縮醛和甲醇的共沸物經(jīng)過冷凝，部分回流至多段式反應體系中，剩余部分 直接采出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于合成聚甲氧基二甲醚的脫水工藝方法，其特征在于：步驟 (3) 塔中部采出的DMM2和水的共沸體，與甲縮醛配制進一步發(fā)生水解反應進行脫水。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于合成聚甲氧基二甲醚的脫水工藝方法，其特征在于：步驟 (2) 多段式反應器中，常壓操作條件下，塔頂溫度為42±3°C，催化劑床層溫度45-80°C，塔 頂?shù)玫?4%與6%甲縮醛的共沸物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于合成聚甲氧基二甲醚的脫水工藝方法，其特征在于：步驟 (3) 脫輕塔中，壓力5-60Kpa真空條件下，塔頂?shù)臏囟葹?0-80°C，塔底溫度為80-140°C。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述用于合成聚甲氧基二甲醚的脫水工藝方法，其特征在于：所述 剩余部分的甲縮醛和甲醇的共沸物通過變壓精餾裝置精制成99~99. 5%的甲縮醛。
7. -種權(quán)利要求1~6任一所述用于合成聚甲氧基二甲醚的脫水工藝裝置，其特征在 于：包括原料緩沖罐、多段式反應器、反應液緩沖罐和脫輕塔，所述原料緩沖罐的出口與多 段式反應器入口連接，所述多段式反應器的塔頂設有氣相出口，塔底設有反應液出口；所述 反應液出口與反應液緩沖罐連通后與脫輕塔連接；所述脫輕塔的塔頂設有甲縮醛出口，塔 中設有DMM2出口、塔底設有產(chǎn)品出口。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述工藝裝置，其特征在于：所述塔底還連接有精餾單元。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述工藝裝置，其特征在于：所述反應塔塔體從上至下包括至少兩 層反應段，且每層反應段設有塔板并構(gòu)成彎折流道，塔板之間填裝有催化劑，相鄰兩層的反 應段之間還設有氣體上升管，反應塔塔頂還設有氣相出口；每層反應段均設有帶閥門的進 口和出口。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于合成聚甲氧基二甲醚脫水工藝及方法裝置，選擇含水量0.1%以內(nèi)的甲醛氣體和高濃度的甲縮醛形成甲醛的甲縮醛溶液作為反應物，并在酸性催化條件下得到聚甲氧基二甲醚產(chǎn)品，同時高濃度甲縮醛發(fā)生水解反應進一步消耗水分，從而能控制反應體系為無水狀態(tài)，從而提高了聚甲氧基二甲醚的收率，同時還降低了反應體系的反應條件，降低了反應能耗。
【IPC分類】C07C41-56, C07C41-58, C07C43-30
【公開號】CN104817437
【申請?zhí)枴緾N201510247064
【發(fā)明人】林立偉, 黃隆君, 吳婷, 馬凌
【申請人】江蘇凱茂石化科技有限公司
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年5月14日