[发明专利]采用负载型离子液体催化剂连续制备聚甲氧基二甲醚的系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种以负载型离子液体催化甲醇与浓甲醛或低聚甲醛反应合成聚甲氧基二甲醚的反应系统及工艺。 

背景技术

近几十年来，随着能源危机的日趋严重、石油消耗量的不断增加，与此同时，环保法规越来越严格。要求使用超清洁柴油，可减少污染物排放的许多新兴代用柴油的开发便应运而生，其中，使用柴油调和组分，无需另外增加装置或者改变发动机结构，被认为是一种便捷、有效的措施。 

近年来，研究者在柴油中添加了含氧燃料如甲醇、甲缩醛等，有效的降低了碳烟和废气的排放，但这些化合物蒸汽压和十六烷值低，与柴油溶解性能差。 

聚甲氧基二甲醚是以甲氧基为主链的低分子量聚合物，通式为CH₃(OCH₂)_nOCH₃，系高沸点无色液体，可用作酚醛树脂的改性剂、溶剂、增塑剂和脱模剂等。n=3～6的化合物是一种性能优良的柴油增氧剂，其物性与柴油相近，具有很高的十六烷值和含氧量，在柴油中添加15%的情况下，不需要对车辆发动机供油系统进行改造，可明显改善柴油的燃烧特性，提高柴油质量，含氧量增加至7%以上，综合尾气排放可降低50%以上，大幅度减少氮氧化合物和一氧化碳的排放。 

早期，聚甲氧基二甲醚是由聚甲氧基二烷基醚或聚甲醛和甲醇在硫酸或盐酸存在下反应制备的，反应温度为150℃，反应时间为15小时，反应体系压力是由于反应分解的碳氧化物和二甲醚蒸汽压所致。反应产物的平均分子量随着原料的比重增加而增加。产物经亚硫酸盐溶液洗涤钝化，经各种溶剂分布重结晶而分离得到。 

近年来，以BASF为代表的液体酸催化合成DMM_3-6的研究有了一定进展。使用硫酸、三氟甲磺酸为催化剂，甲醇、甲缩醛、三聚甲醛、多聚甲醛等为原料，得到n=1~10的系列产物，但催化剂腐蚀严重、产物分布不尽合理、转化率和可用于油品添加剂的组分不高。 

BP公司在专利US 5959156，US 6160174，US 61600186，US 6265538，US 6350915，US 63392102中描述了系列以甲醛、甲醇、二甲醚等为原料，经催化精馏制备聚甲氧基二甲醚的方法，这些方法存在装置复杂，且产物分布不合理，产率较低（DMM_3-6低于30%）的缺点。 

BASF公司在专利US 2007/0260094中描述了一种由三聚甲醛与甲缩醛制备聚甲氧基二甲醚的方法，该方法所得到的产物中可用于柴油惨烧组分的聚甲氧基二甲醚含量仍较低（DMM_3-6低于30%）。此外，尽管该方法提到用强酸性阳离子交换树脂代替腐蚀性强的液体酸，但强酸性阳离子交换树脂使用温度受限，使的该反应需在较低的温度下进行，影响了反应效率，需要在大量催化剂存在下（催化剂质量分数大于10%）长时间反应（反应时间大于12小时）。 

此外，其他公司如杜邦公司、意大利斯纳姆普罗吉蒂公司、美国西南研究院等均有制备聚甲氧基二甲醚的文献报道。但直到现在，由于所用催化剂存在各种缺点，如无机酸存在腐蚀设备、污染环境，常规树脂催化剂使用温度较低而影响反应效率，产品的成熟工业化装置一直未能实现。 

发明内容

本发明的主要目的是提供一种采用负载型离子液体催化剂连续制备聚甲氧基二甲醚的方法和系统。   

    一种采用负载型离子液体催化剂连续制备聚甲氧基二甲醚的方法，步骤如下：

A、缩醛化反应

以负载型离子液体为催化剂，以甲醇和浓甲醛或低聚甲醛作为反应物，在反应器进行连续缩醛化反应，反应温度为110℃~130℃，反应压力为1.0MPaG~3.0 MPaG，反应停留时间为40~120min，负载型离子液体催化剂占反应原料的5~20wt%，甲醇与浓甲醛或低聚甲醛的摩尔比为1.0~3.0；反应产物主要为反应生成的DMM1-6、水；

B、精制

反应产物及未反应完的反应物，经反第一轻组分回收塔C1分离成第一轻组分和产品混合物，第一轻组分冷凝回流至反应器继续反应，产品混合物进入萃取塔C2进行催化剂分离回收；废水相从萃取塔C2底流出进入第二轻组分回收塔C3，第二轻组分回收塔C3的顶部产出第二轻组分返回至反应器继续反应，第二轻组分回收塔C3的底部排出废水，萃取塔C2塔顶的萃取相经过碱洗塔C4碱洗，经过多级精馏塔精馏后，分别按顺序得到第三轻组分、萃取剂、第四轻组分、DMM3-6，第三轻组分、第四轻组分返回反应器R1继续反应，萃取剂返回萃取塔C2继续萃取。