[发明专利]一种无硫酸法三聚甲醛合成装置及其合成工艺路线

权利要求书

1.一种无硫酸法三聚甲醛合成装置，其特征在于：包括主反应器(100)、预反应器(200)、催化精馏塔(300)、冷凝器(400)、萃取罐(500)、再沸器(600)、出料泵(700)、侧线采出泵(800)和回流泵(900)，所述主反应器(100)和所述预反应器(200)的输出端通过管道和法兰与所述催化精馏塔(300)固定连接，所述催化精馏塔(300)的输出端通过管道和法兰与所述冷凝器(400)的输入端固定连接，所述冷凝器(400)的输出端通过管道和法兰与所述萃取罐(500)的输入端固定连接，所述萃取罐(500)的输出端通过管道和法兰与所述回流泵(900)的输入端固定连接，所述回流泵(900)的输出端通过管道和法兰与所述催化精馏塔(300)固定连接，所述催化精馏塔(300)的输出端通过管道和法兰与所述出料泵(700)的输入端固定连接，所述出料泵(700)的输出端和所述主反应器(100)的顶部通过管道和法兰与所述再沸器(600)的输入端固定连接，所述再沸器(600)的输出端通过管道和法兰与催化精馏塔(300)固定连接，所述催化精馏塔(300)的输出端通过管道和法兰与所述侧线采出泵(800)的输入端固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种无硫酸法三聚甲醛合成装置，其特征在于：所述催化精馏塔(300)的塔顶分为：三聚甲醛：22～30％，甲醛：15～20％，甲醇：7～10％，水：25～45％；塔中采出多余的水的组成为：甲醛：25～36％，三聚甲醛：2～5％，甲醇：0.5～1％，水：58～72％；塔釜甲酸含量为2～3％，其腐蚀远低于甲酸和硫酸的组合，设备材质为钛材，所述催化精馏塔(300)的结构为板式和填料塔。

3.根据权利要求1所述的一种无硫酸法三聚甲醛合成装置，其特征在于：所述预反应器(200)采用固定床反应器，内置催化剂为固体酸催化剂，所述预反应器(200)的外部设置外夹套。

4.根据权利要求1所述的一种无硫酸法三聚甲醛合成装置，其特征在于：所述主反应器(100)采用固定床反应器，内置催化剂为固体酸催化剂，所述主反应器(100)的外部设置外夹套。

5.根据权利要求1所述的一种无硫酸法三聚甲醛合成装置，其特征在于：所述再沸器(600)的循环方式采用强制循环。

6.根据权利要求1所述的一种无硫酸法三聚甲醛合成装置，其特征在于：所述冷凝器(400)的入口处设计一根喷淋管，以及采用热水作为所述冷凝器(400)的冷介质，所述冷凝器(400)的冷却水通过管道和法兰设置水循环泵。

7.一种如权利要求1～6中任一项所述的一种无硫酸法三聚甲醛合成装置的合成工艺路线，其特征在于：该种无硫酸法三聚甲醛合成装置的合成工艺路线包括如下步骤：

S1：采用60～75％的甲醛水溶液作为反应原料，以催化剂采用催化精馏的方式进行反应和初步提浓，将65～75％的甲醛溶液，泵入预反应器得到粗的三聚甲醛反应液；预反应器中的粗反应液进入合成塔底部，其中，使用固体酸树脂取代浓硫酸作为反应催化剂，使用催化精馏塔配合循环反应器取代传统工艺的反应釜，所述固体酸树脂需要具有一定机械强度，承受温度不低于130℃，固体酸树脂和反应物本身的特性优选的反应温度为90～130℃，反应压力为0～0.4MPa g，反应器停留时间为10～50min；

S2：合成塔底部的甲醛溶液一部分用泵打入所述主反应器(100)，得到三聚甲醛混合溶液，一部分进入所述再沸器(600)进行强制循环，控制所述催化精馏塔(300)的温度为110～140℃，反应压力为0.1～0.4MPag，催化精馏甲醛转化率为50～92％，选择性为95～99％；

S3：所述催化精馏塔(300)的催化剂装填方式为直接放在催化精馏塔内若干段催化剂段，或者采用外循环方式，让塔釜液通过装有催化剂的固定床反应器，再回到所述催化精馏塔(300)，或者两者都有，外循环反应器得到的三聚甲醛混合溶液进入合成塔底部，合成塔侧线采出稀甲醛溶液，用泵打出系统，进入稀甲醛处理工段；

S4：所述催化精馏塔(300)的顶部气体进入所述冷凝器(400)，冷凝后的液体进入所述萃取罐(500)，所述冷凝器(400)开设有甲醛溶液喷淋口，可有效增强气体冷凝，冷凝器采用30～50℃热水进行冷却，使列管温度较高，可以有效的抑制甲醛在金属表面结垢；

S5：在所述催化精馏塔(300)的作用下反应生成三聚甲醛、水和甲醛，甲醇在塔顶连续蒸出，然后通过所述冷凝器(400)冷凝成液体后，进入所述萃取罐(500)，在所述萃取罐(500)中加入苯作为萃取剂，在所述萃取罐(500)中苯和三聚甲醛结合形成萃取相，剩下的水甲醛、甲醇和少量三聚甲醛为萃余相；萃取相进入后续的分离工序，萃余相通过泵全部返回到所述催化精馏塔(300)。