一種聚甲氧基二甲醚的製備工藝裝置及方法
2023-10-04 01:34:29 2
一種聚甲氧基二甲醚的製備工藝裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種聚甲氧基二甲醚的製備工藝裝置及方法，本工藝方法採用更加廉價易得的甲縮醛和甲醛為原料，並通過壽命更長的固體酸樹脂作為催化劑合成聚甲氧基二甲醚。本發明採用更為廉價易得的甲縮醛和甲醛為原料，整套工藝車間、工藝路線相對簡單，並且催化劑採用成本低廉，製備比較簡單、使用壽命更長的固體酸樹脂。
【專利說明】一種聚甲氧基二甲醚的製備工藝裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於化工產品生產工藝【技術領域】，尤其涉及聚甲氧基二甲醚(DMMn，n=3)製備工藝及裝置。
【背景技術】
[0002]由於柴油染好汙染物排放過大，近兩年統計數據表示，國內柴油車排放的氮氧化物接近汽車排放總量的70%，顆粒物超過90%。機動車尾氣排放已成為空氣汙染的重要因素，並且霧霾天氣頻繁出現，如何有效治理PM2.5、機動車尾氣汙染，成為社會關注的熱點。從源頭的油品入手，才能真正解決柴油車「排氣冒黑煙」的問題，增加柴油含氧組分被專家認為是柴油清潔化發展方向。氧原子的存在讓燃料在燃燒時產生自供氧效應，氧化燃燒更完全；而且燃料中不含硫，能顯著降低碳煙、微粒和一氧化碳的排放量，有效降低汙染，提高發動機的熱效率，節能、經濟性好，並且可以終端調和。
[0003]聚甲氧基二甲醚(DMMn)是國際上公認的降低油耗和減小煙氣排放的新型環保型燃油調和組分，十六烷值高，其物性與柴油相近，調和到柴油中使用不需要對車輛發動機供油系統進行改造。國外大公司相繼對該生產技術進行開發和研究，通過試驗和應用研究表明:添加20%的這種含氧化物，煙度最高可降低80%~90%，NOx可以降低50%，同時熱效率也比現在單用柴油要高。
[0004]聚甲氧基二甲醚(DMM3-8)，又名聚甲醛二甲醚，聚氧亞甲基二甲醚，聚甲氧基甲縮醛，是一類物質的通稱，其簡式可以表示為:CH30(CH20)nCH3 (其中，n≤1，一般取值小宇10，以DMMn表示)。目前國內多採用三聚甲醛和甲醇為原料，工藝過程複雜，且原料成本較聞。
【發明內容】
[0005]發明目的:針對上述存在的問題和缺陷，本發明提供了一種聚甲氧基二甲醚的製備工藝裝置及方法，本工藝採用更為廉價易得的甲縮醛和甲醛為原料，整套工藝車間、工藝路線相對簡單，並且催化劑採用成本低廉，製備比較簡單、使用壽命更長的固體酸樹脂。
[0006]技術方案:為實現上述發明目的，本發明採用以下技術方案:一種聚甲氧基二甲醚的製備工藝裝置，包括依次連接的固定床反應器、閃蒸罐、一級萃取塔、二級萃取塔、脫輕組分塔、輕組分分離塔和脫重組分塔，所述閃蒸罐頂部的氣相出口重新回接到固定床反應器；所述輕組分分離塔的中部出口與一級萃取塔的萃取劑入口連接，所述輕組分分離塔的底部出口設有支路，該支路與固定床反應器連接；所述脫重組分塔的底部出口與與固定床反應器連接。
[0007]進一步改進，還包括DMM製備單元，所述一級萃取塔的底部出口和輕組分分離塔的頂部出口均與DMM製備單元連接。
[0008]進一步的，所述脫重組分塔後還連接有產品塔，該產品塔為精餾塔。
[0009]本發明還提供了一種基於上述裝置的聚甲氧基二甲醚的製備方法，包括以下步驟:
步驟一、聚合反應:在固定床反應器中，投入計量的甲醛和甲縮醛，並以固體酸樹脂作為催化劑，在80~200°C和0.2~1.5MPa的條件下進行聚合反應；
步驟二、減壓閃蒸:聚合反應得到的產物從固定床反應器流出後，經減壓至0.1~
0.5MPa後，送至閃蒸罐並在60~100°C下進行閃蒸氣化，從閃蒸罐頂部排出的氣相產物經過冷凝回收後，送入固定床反應器中循環反應；經閃蒸後的液相送至萃取塔進行萃取；步驟三、一級萃取:經過閃蒸後的液相進入一級萃取塔進行萃取，萃取劑採用非極性有機溶劑，經過萃取得到的有機相送入二級萃取塔；
步驟四、二級萃取:來自一級萃取塔的含環己烷的有機相從二級萃取塔的底部進入，並以鹼水作為萃取劑經過多級傳質後，塔底含鹼廢水送汙水處理廠；塔頂得到的有機相經中和洗去聚合反應中的酸性物質後，進入脫輕組分塔；
步驟五、脫輕處理:來自二級萃取塔頂部的有機相送入脫輕組分塔，依次脫去未完全參與反應的甲縮醛、環己烷和DMM2後，脫輕組分塔塔底的產物送入脫重組分塔；
步驟六、脫重處理:來自脫輕組分塔的組分送入脫重組分塔，經過減壓精餾，塔頂壓力控制為-0.1~-0.01MPa，從塔頂得到產品；脫重組分塔的塔底重組分進入固定床反應器。
[0010]步驟三中，一級萃取塔底部的產物回收並送入甲縮醛製備單元。
[0011]步驟五中，脫輕組分塔塔頂產物經過輕組分分離塔分離得到甲縮醛、萃取劑和DMM2 ;甲縮醛經過提濃後循環進入固定床反應器中；環己烷作為一級萃取塔的`萃取劑循環利用；DMM2中部分作為產品採出，部分送至固定床反應器中。
[0012]所述脫重組分塔塔頂得到的產品經過產品分離塔進行分離，並採用多段採出的方式，依次採出.Μ3、MM4和MM5。
[0013]所述萃取劑為環己烷。
[0014]有益效果:與現有技術相比，本發明具有以下優點:本工藝採用更為廉價易得的甲縮醛和甲醛為原料，整套工藝車間、工藝路線相對簡單，並且催化劑採用成本低廉，製備比較簡單、使用壽命更長的固體酸樹脂。而且整體流程簡單，最後得到的產品能根據實際需求進行調配勾兌，催化劑轉化率選擇性、相對較高，而且固體酸非均相催化劑較為環保能回收重複利用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明所述聚甲氧基二甲醚的製備工藝裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。
[0017]如圖1所示，為本發明提供的一種以甲醛和甲縮醛為原料合成聚甲氧基二甲醚(DMMn, n=3~5)的生產工藝流程圖。以下詳細介紹本工藝流程:
該工藝採用的原料為甲醛(質量濃度37、0%)與甲縮醛(質量濃度82、9.5%)，反應轉化率較高能達到90%左右，催化劑選擇固體酸性樹脂，該工藝採用固定床反應器，催化劑可以回收利用，從而減少了廢固排放。本次工藝主要包含:聚合反應單元、減壓閃蒸單元、一級萃取單元、二級萃取單元、脫輕組分單元、脫重組分單元。
[0018]聚合反應單元
甲醛溶液，與醛醇縮合產生的甲縮醛，減壓閃蒸單元的輕組分氣體，脫輕組分單元的輕組分和脫重組分單元的重組分經過計量後連續送入固定床反應器，控制反應溫度80~200℃左右，反應壓力控制0.2~1.5MPa。固定床反應器中填充固體酸樹脂，可隨時拆卸更換。由於反應為放熱反應，為控制反應溫度穩定及反應均勻快速的進行，反應器設置循環冷並且設置循環冷卻器挪出熱量，使反應能夠正常進行。反應器的反應壓力通過反應器頂部的控制閥進行調節。
[0019]減壓閃蒸單元
反應產物經減壓至0.1~0.5MPa送至閃蒸罐，利用反應自身的溫度將部分為反應的甲縮醛、甲醇、水及反應過程中生成一部分少量的DMM2氣化，並從閃蒸罐頂部經冷凝回收後，通過循環泵送入反應器循環反應。閃蒸罐控制溫度60-100℃，經閃蒸後的液相，送至萃取塔進行萃取。
[0020]一級萃取單元
減壓閃蒸後的液體，通過萃取進料泵送至萃取塔頂部，萃取劑通過泵送至萃取塔底部，經過萃取塔的連續多級萃取後，塔底部主要還有少量的甲醛、水作為甲縮醛製備的原料，送至甲縮醛製備單元，塔頂部含萃取劑有機相送入二級萃取塔。
[0021]二級萃取單元
來自以及萃取單元的有機相，泵送至二級萃取塔塔底，少量鹼水作為二級萃取的萃取劑用泵送至二級萃取塔塔頂，經過二級萃取塔的多級傳質之後，塔底含鹼廢水送至汙水處理廠處理。塔頂有機相經中和洗去聚合反應中的酸性物質，並少量未反應的甲醛被塔底帶走，有機相進入脫輕組分塔。
[0022]脫輕組分單元
來自二級萃取塔頂部有機相用泵送至脫輕組分單元，經脫輕組分塔依次脫去未完全參與反應的甲縮醛、萃取劑、DMM2後從脫輕組分塔的底部出口送入脫重組分塔。脫輕組分單元中脫去的甲縮醛送至甲縮醛製備單元，重新提濃後作為反應原料繼續參與反應，萃取劑回到一級萃取塔循環利用，DMM2 一部分可以混兌至產品中作為產品採出，一部分送至聚合反應單元循環利用。
[0023]脫重組分單元
來自脫輕組分單元的中組分主要含有產品DMM3-5及聚合度更高的聚甲氧基二甲醚，用泵送至脫重組分塔中部進行精餾處理。脫重組分塔採用減壓精餾，控制塔頂操作壓力為0~0.5MPa,塔頂設置多段採出，.Μ5,.Μ4, ΜΜ3依次採出，單獨採出的.Μ5,.Μ4, ΜΜ3產品濃度高達90%以上，可以根據實際產品需要挑兌成各種濃度採出。塔底部重組分進入DMM反應器，以抑制重組分反應的生成。
[0024]本發明主要提供一種以甲醛(37~90%)和甲縮醛(82~99.5%)為原料，固體酸樹脂為催化劑，非極性有機溶劑為萃取劑製備和分離聚甲氧基二甲醚的生產工藝和裝置。該工藝藝主要包含:聚合反應單元、減壓閃蒸單元、一級萃取單元、二級萃取單元、脫輕組分單元、脫重組分單元。反應條件控制:溫度80~200°C左右，反應壓力控制0.2~1.5MPa。減壓閃蒸控制:壓力為-0.1~-0.02MPa ;一級二級萃取分別使用非極性有機溶劑和鹼水作為萃取劑；脫輕組分塔塔頂輕組分進入反應單元循環回流，脫重組分塔塔底重組分進入反應系統抑制重組分生成，塔頂製得不同聚合度的產品。本工藝採用更為廉價易得的甲縮醛和甲醛為原料，整套工藝車間、工藝路線相對簡單，並且催化劑採用成本低廉，製備比較簡單、使用壽命更長的固 體酸樹脂。
【權利要求】
1.一種聚甲氧基二甲醚的製備工藝裝置，其特徵在於:包括依次連接的固定床反應器、閃蒸罐、一級萃取塔、二級萃取塔、脫輕組分塔、輕組分分離塔和脫重組分塔，所述閃蒸罐頂部的氣相出口重新回接到固定床反應器；所述輕組分分離塔的中部出口與一級萃取塔的萃取劑入口連接，所述輕組分分離塔的底部出口設有支路，該支路與固定床反應器連接；所述脫重組分塔的底部出口與與固定床反應器連接。
2.根據權利要求1所述聚甲氧基二甲醚的製備工藝裝置，其特徵在於:還包括DMM製備單元，所述一級萃取塔的底部出口和輕組分分離塔的頂部出口均與DMM製備單元連接。
3.根據權利要求2所述聚甲氧基二甲醚的製備工藝裝置，其特徵在於:所述脫重組分塔後還連接有產品塔，該產品塔為精餾塔。
4.一種基於權利要求1~3任一所述裝置的聚甲氧基二甲醚的製備方法，其特徵在於包括以下步驟: 步驟一、聚合反應:在固定床反應器中，投入計量的甲醛和甲縮醛，並以固體酸樹脂作為催化劑，在80~200°C和0.2~1.5MPa的條件下進行聚合反應； 步驟二、減壓閃蒸:聚合反應得到的產物從固定床反應器流出後，經減壓至0.1~0.5MPa後，送至閃蒸罐並在60~100°C下進行閃蒸氣化，從閃蒸罐頂部排出的氣相產物經過冷凝回收後，送入固定床反應器中循環反應；經閃蒸後的液相送至萃取塔進行萃取； 步驟三、一級萃取:經過閃蒸後的液相進入一級萃取塔進行萃取，萃取劑採用非極性有機溶劑，經過萃取得到的有機相送入二級萃取塔； 步驟四、二級萃取:來自一級萃取塔的含環己烷的有機相從二級萃取塔的底部進入，並以鹼水作為萃取劑經過多級傳質後，塔底含鹼廢水送汙水處理廠；塔頂得到的有機相經中和洗去聚合反應中的酸性物質後`，進入脫輕組分塔； 步驟五、脫輕處理:來自二級萃取塔頂部的有機相送入脫輕組分塔，依次脫去未完全參與反應的甲縮醛、環己烷和DMM2後，脫輕組分塔塔底的產物送入脫重組分塔； 步驟六、脫重處理:來自脫輕組分塔的組分送入脫重組分塔，經過減壓精餾，塔頂壓力控制為-0.1~-0.01MPa，從塔頂得到產品；脫重組分塔的塔底重組分進入固定床反應器。
5.根據權利要求4所述聚甲氧基二甲醚的製備方法，其特徵在於:步驟三中，一級萃取塔底部的產物回收並送入甲縮醛製備單元。
6.根據權利要求5所述聚甲氧基二甲醚的製備方法，其特徵在於:步驟五中，脫輕組分塔塔頂產物經過輕組分分離塔分離得到甲縮醛、萃取劑和DMM2 ;甲縮醛經過提濃後循環進入固定床反應器中；環己烷作為一級萃取塔的萃取劑循環利用；DMM2中部分作為產品採出，部分送至固定床反應器中。
7.根據權利要求6所述聚甲氧基二甲醚的製備方法，其特徵在於:所述脫重組分塔塔頂得到的產品經過產品分離塔進行分離，並採用多段採出的方式，依次採出DMM3、DMM4和DMM5。
8.根據權利要求7所述聚甲氧基二甲醚的製備方法，其特徵在於:所述萃取劑為環己燒。
【文檔編號】C07C41/56GK103626640SQ201310684776
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】向家勇, 許引, 楊科歧, 張鴻偉, 周淑敏 申請人:江蘇凱茂石化科技有限公司