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，CN>76)和氧含量(42?49%)。當η的取值為3?8時，其物理化學性能、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30%(ν/ν)，同時保持較高的十六烷值和燃燒性能?？商岣卟裼偷臐櫥?，減少燃燒煙霧生成，可以改善柴油在發(fā)動機中的燃燒狀況，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)化率相對比較低，對產(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，并且對于DMM3~8產(chǎn)品的選擇性高。
[0005]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，甲醛氣體向上流動并與聚甲氧基二甲醚原料回流入口進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]進一步的，所述輔助劑為一元飽和醇或二元飽和醇。
[0011]進一步的，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，配置聚甲氧基二甲醚的原料。由于原料為市場最普遍的甲醛溶液，簡單易得，成本低廉。該方案在進行反應(yīng)之前進行脫酸處理，降低了酸度對輔助劑在反應(yīng)中的消耗。并且該方案嚴格控制了原料塔內(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。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)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。
[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，進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)域停留時間長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時脫離出的甲醛氣體容易在塔內(nèi)聚合，因此采用沸點在該區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)進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】
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，甲醛氣體向上流動并與聚甲氧基二甲醚原料回流入口進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】CN104725202
【申請?zhí)枴緾N201510128372
【發(fā)明人】葉子茂, 向家勇, 張鴻偉
【申請人】江蘇凱茂石化科技有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月24日