[发明专利]一种制备三聚甲醛的装置和方法

说明书

本发明公开了一种制备三聚甲醛的装置和方法。装置包括反应浓缩系统、结晶系统和精馏系统。反应浓缩系统中包括一个TOX反应器和TOX浓缩塔C2。结晶系统包括甲酸吸附塔C3和TOX结晶器J4。精馏系统包括TOX精制塔C5、TOX回收塔C6和甲醛回收塔C7。在催化剂作用下，反应原料浓甲醛反应生成三聚甲醛，并通过提浓塔浓缩成40%的三聚甲醛合成液；通过吸附塔脱除合成液中的副产物甲酸，然后结晶得到93%的三聚甲醛晶体；将93%的三聚甲醛精制成99%以上的三聚甲醛产品。本发明采用固体酸催化剂体系，采用吸附法从源头上脱除甲酸，腐蚀性低，有效的降低了设备投资；工艺流程简单，避免了萃取剂苯的引入，减少了环境污染。非常适合大规模的工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种制备三聚甲醛的装置和方法。

背景技术

三聚甲醛（简称TOX）是一种重要的化工产品，是合成工程塑料聚甲醛的单体原料，也是杀虫剂（如草甘磷、乙草胺、丁草胺、八氯二丙醚等）、成型材料、粘结剂（如酚醛树脂、脲醛树脂、密胺树脂胶粘剂）、消毒剂、抗菌药、稳定剂的重要原料，并且TOX能解聚生成甲醛，特别是当需要无水甲醛作反应剂时它的应用更有价值。TOX在常温常压下呈固态，相对稳定，毒性小，易于储运。近年来，利用TOX合成聚氧甲基二甲醚作为清洁燃油组分也得到了广泛的重视。随着我国经济的增长，聚甲醛的需求量及增长率均居五大工程塑料之首，且呈连年递增态势，TOX作为生产聚甲醛树脂的重要原料，其重要性越来越突出。

目前，TOX合成技术主要采用的是硫酸催化法，尽管硫酸在催化活性上表现出了良好性能，但也存在均相酸催化不可避免的缺陷，如硫酸腐蚀性强，工艺中必须采用锆金属内衬；选择性差，在硫酸催化反应过程中易生成甲酸，后续设备需用昂贵的哈氏合金，造成设备投资增加；另外，硫酸的污染严重，处理较为困难。因此，替代硫酸催化剂的研究成为合成TOX的研究热点之一，固体酸、杂多酸、超强酸、酸性树脂等成为合成TOX催化剂的重要发展方向。有效的解决了催化剂分离困难的问题，但是普遍存在催化剂用量大、催化活性和选择性低、产品分离过程复杂等缺陷。因此，需要开发更高效成本更低的TOX合成技术。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种制备三聚甲醛的装置和方法。

一种制备三聚甲醛（TOX）的装置，包括一个反应浓缩系统、一个结晶系统和一个精制系统；

所述的反应浓缩系统中包括一个TOX反应器和TOX浓缩塔C2，TOX反应器设有液体甲醛进料口和气体出料口，所述的气体出料口设于TOX反应器的顶部，与TOX浓缩塔C2中部进料口相连通；TOX浓缩塔C2顶部出口与甲酸吸附塔C3底部进料口相连通；

所述的结晶系统包括所述的甲酸吸附塔C3和TOX结晶器J4，甲酸吸附塔C3顶部出口与TOX结晶器J4进料口相连通；TOX结晶器J4具有两个出口，一个是92%~94% TOX出口，与TOX精制塔C5中部进料口连接，另一个出口是含有5%~15% TOX的残液，与精馏系统TOX回收塔C6中部进料口相连；

所述的精馏系统包括所述的TOX精制塔C5、TOX回收塔C6和一个甲醛回收塔C7，TOX回收塔C6底部出口与甲醛回收塔C7中部进料口相连通。

所述的TOX反应器为固定床反应器。

一种采用所述的装置制备三聚甲醛的方法，

A、反应浓缩

以浓甲醛为反应原料，在酸性催化剂作用下连续反应生成TOX，反应产物由反应器出口送入浓缩塔，在浓缩塔顶部得到含有40% TOX的TOX-甲醛水溶液，未反应的甲醛则由塔底采出返回到反应器继续参与反应；所述的TOX反应器为固定床反应器，催化剂为强酸性离子交换树脂或分子筛固体酸催化剂；所述的浓甲醛为50%~60%的甲醛水溶液，反应温度为100~102^oC，反应压力为-0.1MPa（表压）～0.1 MPa（表压）；反应停留时间为4~10h；

B、结晶