[发明专利]一种用于合成聚甲氧基二甲醚的脱水工艺方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于化工生产工艺及设备技术领域，主要涉及聚甲氧基二甲醚生产工艺方法。

背景技术

我国能源结构的特点是：富煤、贫油、少气，经济的持续较快增长对能源需求越来越大，社会、经济的发展与石油供应的矛盾日益突出。2009年以来，我国原油对外依存度连续6年超过警戒线(50％)，严重影响我国的能源战略安全。从我国能源战略安全出发，结合我国一次能源结构特点，发展煤基液体燃料合成技术无疑具有战略重要性。另外、我国甲醇产能严重过剩，开发甲醇下游产品、延伸煤化工产业链，都具有现实意义。

聚甲氧基二甲醚是一种世界公认的清洁柴油组份，它的十六烷值≥70、不含硫、不含芳烃。按5％-20％比例添加到柴油中，能够提高柴油十六烷值，促进燃烧，明显地降低汽车尾气中PM2.5、PM10、NOx、CO等有害气体的排放。

由于聚甲氧基二甲醚的优异性能，其合成工艺已成为国内外研究的热门课题。聚甲氧基二甲醚是以甲醇或甲缩醛中的一种或几种与甲醛水溶液/三聚甲醛/多聚甲醛在酸性催化剂的催化作用下反应生成的。而此反应产物在水存在的酸性条件下会发生分解。脱水成为提高合成转化率的关键，而水的沸点与反应中间组分dmm2接近，又因水与甲醛的共沸，导致使用普通的精馏塔难以实现较好的脱水效果。目前多以分子筛吸附，膜脱水或者添加其他组分反应或吸收掉水分。工艺复杂而且会造成大量废弃物，或者带入杂质进入反应体系。

发明内容

发明目的：针对上述存在的问题和缺陷，本发明提供了一种用于合成聚甲氧基二甲醚脱水工艺及方法装置，避免了水分的带入的同时有效脱除了反应物的水分，其不引入外来物质。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种用于合成聚甲氧基二甲醚的脱水工艺方法，包括以下步骤：

(1)以含水量在0.1％以内的甲醛气体和99％以上甲缩醛为原料，将甲醛气体溶解在甲缩醛中形成甲醛的甲缩醛溶液；

(2)将步骤(1)得到的甲缩醛溶液送入多段式反应器，在酸性催化条件下发生反应，从塔底得到聚甲氧基二甲醚粗产品，同时甲缩醛发生水解副反应，降低反应体系中的水含量，并从多段式反应器的塔顶采出甲缩醛和甲醇的共沸物；

(3)将步骤(2)得到聚甲氧基二甲醚粗产品送入脱轻塔中进行脱轻分离，从塔顶采出甲缩醛，从塔中部采出中二聚体DMM2和水的共沸体，从塔底得到聚甲氧基二甲醚产品。

步骤(2)塔顶采出的甲缩醛和甲醇的共沸物经过冷凝，部分回流至多段式反应体系中，剩余部分直接采出，从而能连续通过共沸物方式菜户甲醇，从而有利于甲缩醛水解反应的正向进行，从而实现不断的脱除水分的目的。

步骤(3)塔中部采出的DMM2和水的共沸体，与甲缩醛配制进一步发生水解反应进行脱水，在不引入外来物质的前提下，通过配制甲缩醛，从而将共沸体中的水脱除，得到的反应物为DMM2和甲缩醛的混合物，可以作为甲醛的溶解液一并参与到聚甲氧基二甲醚的合成反应中，且DMM2的甲醛溶解度远远高于甲缩醛，最高可达60％。

步骤(2)多段式反应器中，常压操作条件下，塔顶温度为42±3℃，催化剂床层温度45-80℃，塔顶得到94％与6％甲缩醛的共沸物。

步骤(3)脱轻塔中，压力5-60Kpa真空条件下，塔顶的温度为40-80℃，塔底温度为80-140℃。

所述剩余部分的甲缩醛和甲醇的共沸物通过变压精馏装置精制成99～99.5％的甲缩醛，进而也可以作为反应物循环利用。

本发明还提供了一种上述用于合成聚甲氧基二甲醚的脱水工艺装置，包括原料缓冲罐、多段式反应器、反应液缓冲罐和脱轻塔，所述原料缓冲罐的出口与多段式反应器入口连接，所述多段式反应器的塔顶设有气相出口，塔底设有反应液出口；所述反应液出口与反应液缓冲罐连通后与脱轻塔连接；所述脱轻塔的塔顶设有甲缩醛出口，塔中设有DMM2出口、塔底设有产品出口。

作为优选，所述塔底还连接有精馏单元。

作为优选，所述反应塔塔体从上至下包括至少两层反应段，且每层反应段设有塔板并构成弯折流道，塔板之间填装有催化剂，相邻两层的反应段之间还设有气体上升管，反应塔塔顶还设有气相出口；每层反应段均设有带阀门的进口和出口。

有益效果：与现有技术相比，本发明选择含水量0.1％以内的甲醛气体和高浓度的甲缩醛作为反应液，首先从原料商减少水分的带入，同时利用甲缩醛的水解反应进一步脱除残余水分；整个工艺过程中做到反应物的循环回收利用，同时采用甲醛的甲缩醛作为反应液，相对于固体甲醛供体，反应体系的压力和温度进一步降低，从而降低了能耗。