阅读说明：本技术 一种聚甲氧基二甲醚合成与分离的精馏塔及其使用方法 (rectifying tower for synthesizing and separating polymethoxy dimethyl ether and use method thereof ) 是由 梁旭 孙维毅 于 2019-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了能源化工技术领域的一种聚甲氧基二甲醚合成与分离的精馏塔及其使用方法,包括：反应塔；预反应系统,所述预反应器通过管道安装在所述反应塔的左侧顶部。本发明提馏段将反应液中的轻组分气化至塔中扩大段,同时利用甲醛临界温度和不同程度冷凝条件会聚合成不同聚合度聚合物的性质,该聚合物沸点随聚合度增加而增加。提馏段环境下所有甲醛几乎全部转化成轻组分,塔中扩大段环境低聚合度甲醛为相对重组分。塔中扩大段有足够的气液相空间,并装有催化剂丝网填料,甲醛在此获得较大程度的转化,而极少数游离甲醛气体从塔顶溢出后被冷凝器冷凝,部分参与回流,部分送至甲缩醛合成单元。(the invention discloses a rectifying tower for synthesizing and separating polymethoxy dimethyl ether and a using method thereof, belonging to the technical field of energy and chemical industry, comprising the following steps: a reaction tower; and the pre-reaction system is arranged at the top of the left side of the reaction tower through a pipeline. The stripping section of the invention gasifies light components in the reaction liquid to the expanding section in the tower, and simultaneously utilizes the critical temperature of formaldehyde and condensation conditions with different degrees to converge and synthesize the properties of polymers with different polymerization degrees, and the boiling point of the polymer is increased along with the increase of the polymerization degree. Almost all formaldehyde is converted into light components in the stripping section environment, and low-polymerization-degree formaldehyde is a relatively heavy component in the expansion section environment of the tower. The expanding section in the tower has enough gas-liquid phase space and catalyst wire gauze packing, and the formaldehyde is converted to great extent, while the small amount of free formaldehyde gas is condensed by the condenser after overflowing from the tower top, and part of the free formaldehyde gas participates in reflux and the other part of the free formaldehyde gas is sent to the methylal synthesizing unit.)

一种聚甲氧基二甲醚合成与分离的精馏塔及其使用方法

技术领域

本发明涉及能源化工技术领域，具体为一种聚甲氧基二甲醚合成与分离的精馏塔及其使用方法。

背景技术

全球能源已经进入严重开采期。优质能源越来越少，能源价格日益增长。特别原油危机之后，各国已逐级开始减产提高原油价格。未来油价将会逐渐攀升。而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。发展煤炭液化成油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。西北产煤行业经国家多次产业调整，原始煤炭粗犷产业链进一步升级之后。煤炭进一步深加工为甲醇以及下游的走势已经成为未来新兴煤炭行业的趋势。随着社会经济的进步，汽车数量明显增多，而汽车尾气排放物已成为城市雾霾的重要原因之一。相比于汽油，柴油具有更高的沸点，H/C质量比低，因此柴油燃烧过程中排放的废气CO、氮氧化合物、颗粒物等更多，造成的污染比汽油更严重。因此，提高柴油燃烧效率，减少污染排放，改善城市空气质量是目前重要的环保任务。

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。

目前，聚甲氧基二甲醚大多是以甲缩醛/甲醇与甲醛(甲醛可来自甲醛水溶液/三聚甲醛/多聚甲醛)在酸性催化剂的催化作用下反应生成。对于反应液中残余未反应的甲醛的分离，一般采用碱中和反应，加氢生成醇类物质后再进行常规精馏分离。由于碱中和反应液中甲醛，消耗了大量原料，且产生大量的污水。工业化生产不经济。加氢则电耗高，氢气成本高。若不处理甲醛直接蒸馏，温度高，反应液受热汽化工程中，甲醛很容易歧化反应生成甲酸。甲酸在分离过程中分解产品生成甲缩醛和甲醛。此过程分离效率低，产品被进一步分解掉。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚甲氧基二甲醚合成与分离的精馏塔及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的聚甲氧基二甲醚大多是以甲缩醛/甲醇与甲醛(甲醛可来自甲醛水溶液/三聚甲醛/多聚甲醛)在酸性催化剂的催化作用下反应生成。对于反应液中残余未反应的甲醛的分离，一般采用碱中和反应，加氢生成醇类物质后再进行常规精馏分离。由于碱中和反应液中甲醛，消耗了大量原料，且产生大量的污水。工业化生产不经济。加氢则电耗高，氢气成本高。若不处理甲醛直接蒸馏，温度高，反应液受热汽化工程中，甲醛很容易歧化反应生成甲酸。甲酸在分离过程中分解产品生成甲缩醛和甲醛。此过程分离效率低，产品被进一步分解掉的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种聚甲氧基二甲醚合成与分离的精馏塔，包括：

反应塔；

预反应系统，所述预反应器通过管道安装在所述反应塔的左侧顶部；

冷凝系统，所述冷凝系统通过管道安装在所述反应塔的右侧顶部；

再沸系统，所述再沸系统通过管道安装在所述反应塔的右侧底部。

优选的，所述反应塔包括：

精馏段；

反应段，所述反应段焊接在所述精馏段的底部，所述反应段与所述精馏段相贯通；

提馏段，所述提馏段焊接在所述反应段的底部，所述提馏段与所述反应段相贯通。

优选的，所述精馏段包括：

第一外壳体；

多个第一填料装置，多个所述第一填料装置纵向交错安装在所述第一壳体的内腔侧壁上。

优选的，所述反应段包括：

第二壳体，所述第二壳体焊接在所述第一壳体的底部，所述第二壳体与所述第一壳体相贯通；

第二填料装置，所述第二填料装置安装在所述第二壳体的内腔扩大段内；

喷淋管，所述喷淋管安装在所述第二壳体的左侧底部，所述喷淋管的右端贯穿所述第二壳体的左侧壁插接在所述第二壳体的内腔，所述喷淋管在所述第二填料装置的底部。

优选的，所述提馏段包括：

第三壳体，所述第三壳体焊接在所述第二壳体的底部，所述第三壳体与所述第二壳体相贯通；

多个第三调料装置，多个所述第三调料装置纵向交错安装在所述第三壳体的内腔左右侧壁上；

成品管道，所述成品管道安装在所述第三壳体的底部左侧，所述成品管道与所述第三壳体相贯通；

产品采出泵，所述产品采出泵安装在所述成品管道的底部右侧。

优选的，所述预反应系统包括：

预反应器；

甲醛进料管道，所述甲醛进料管道安装在所述预反应器的左侧，所述甲醛进料管道与所述预反应器相贯通；

甲缩醛进料管道，所述甲缩醛进料管道安装在所述甲醛进料管道的外壁底部右侧，所述甲缩醛进料管道与所述甲醛进料管道相贯通；

粗反应液出料管道，所述粗反应液出料管道的左端安装在所述预反应器的右侧，所述粗反应液出料管道与所述预反应器相贯通，所述粗反应液出料管道的右端安装在所述第一外壳体的左侧顶部，所述粗反应液出料管道与所述第一外壳体相贯通。

优选的，所述冷凝系统包括：

冷凝器；

进气管道，所述进气管道的一端安装在所述冷凝器的顶部，所述进气管道与所述冷凝器相贯通，所述进气管道的另一端安装在所述第一外壳体的顶部，所述进气管道与所述第一外壳体相贯通；

抽液泵，所述抽液泵通过管道安装在所述冷凝器的底部；

第一进液管，所述第一进液管的右端安装在所述抽液泵的左侧，所述第一进液管的左端安装在所述第一外壳体的右侧顶部，所述第一进液管与所述第一外壳体相贯通；

出液管，所述出液管安装在所述第一进液管的外壁底部，所述出液管与所述第一进液管相贯通。

优选的，所述再沸系统包括：

再沸器；

出气管，所述出气管的右端安装在所述再沸器的左端，所述出气管与所述再沸器相贯通，所述出气管的左端安装在所述第三壳体右侧底部，所述出气管与所述第三壳体相贯通；

第二进液管，所述第二进液管的一端安装在所述再沸器的底部，所述第二进液管与所述再沸器相贯通，所述第二进液管的另一端安装在所述第三壳体的底部右侧，所述第二进液管与所述第三壳体相贯通。

一种聚甲氧基二甲醚合成与分离的精馏塔使用方法，具体包括如下步骤：

S1：预反应：甲醛通过所述甲醛进料管道进入到所述预反应器内，甲缩醛通过所述甲缩醛进料管道进入到所述预反应器内与甲醛进行反应，对甲醛进行预反应，经过预反应后获得的粗反应液通过所述粗反应液出料管道进入到所述精馏段内；

S2：精馏：进入到所述精馏段内的粗反应液通过所述精馏段对粗反应液中未能完全甲醛和残余的水分进行进一步的转化，残留少量的甲醛在所述精馏段被气化成甲醛气体，甲醛气体穿过所述反应段与所述反应段内所述喷淋管喷洒出的甲缩醛接触反应生成反应液落到所述反应段的内腔顶部；

S3：冷凝：极少量的游离态甲醛从所述精馏段的顶部溢出后流到所述冷凝器内被所述冷凝器冷凝，通过所述冷凝器冷凝后被所述抽液泵抽出，部分通过所述第一进液管回流到所述精馏段参与回流，另一部分通过所述出液管送至甲缩醛合成单元制成甲缩醛；

S4：反应：落到所述反应段内的少量甲醛气体与通过所述喷淋管喷射到所述反应段内的甲缩醛进行反应生成反应液，落在所述提馏段的底部；

S5：提馏：反应液通过所述第二进液管进入到所述再沸器内将反应液气化分离获得以聚甲氧基二甲醚为主的气体，气体在通过所述出气管进入到提馏段内，通过所述泵出冷凝后生成聚甲氧基二甲醚。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提馏段将反应液中的轻组分气化至塔中扩大段，同时利用甲醛临界温度和不同程度冷凝条件会聚合成不同聚合度聚合物的性质，该聚合物沸点随聚合度增加而增加。提馏段环境下所有甲醛几乎全部转化成轻组分，塔中扩大段环境低聚合度甲醛为相对重组分。塔中扩大段有足够的气液相空间，并装有催化剂丝网填料，甲醛在此获得较大程度的转化，而极少数游离甲醛气体从塔顶溢出后被冷凝器冷凝，部分参与回流，部分送至甲缩醛合成单元。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明反应塔结构示意图；

图3为本发明精馏段结构示意图；

图4为本发明反应段结构示意图；

图5为本发明提馏段结构示意图；

图6为本发明预反应系统结构示意图；

图7为本发明冷凝系统结构示意图；

图8为本发明再沸系统结构示意图；

图9为本发明使用方法流程图。

图中：100反应塔、110精馏段、111第一外壳体、112第一填料装置、120反应段、121第二壳体、122第二填料装置、123喷淋管、130提馏段、131第三壳体、132第三调料装置、133成品管道、134产品采出泵、200预反应系统、210预反应器、220甲醛进料管道、230甲缩醛进料管道、240粗反应液出料管道、300冷凝系统、310冷凝器、320进气管道、330抽液泵、340第一进液管、350出液管、400再沸系统、410再沸器、420出气管、430第二进液管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种聚甲氧基二甲醚合成与分离的精馏塔，工序简单，分离效果出众，将合成分离糅合在一个塔内，简单的工序使得投资大幅降低，请参阅图1，包括反应塔100、预反应系统200、冷凝系统300和再沸系统400；

请参阅图1-5，反应塔100包括：

精馏段110包括：

第一外壳体111；

多个第一填料装置112纵向交错安装在第一壳体111的内腔侧壁上，第一填料装置112为规整丝网填料或泡罩塔板，进入到精馏段的粗反应液通过精馏段对粗反应液中未能完全甲醛和残余的水分进行进一步的转化，将粗反应液中残留少量的甲醛在精馏段被气化成甲醛气体，极少量的游离态甲醛从塔顶溢出到冷凝系统内；

反应段120焊接在精馏段110的底部，反应段120与精馏段110相贯通，反应段120最大直径与精馏段110的最大直径比例为1.2-2.8:1，少量的甲醛气体穿过反应段被反应段内的甲缩醛喷淋吸收落到反应段内，从而实现最大程度的将反应原料甲醛转化成目标产品，甲醛转换后剩余的反应液进入到提馏段130，反应段120包括：

第二壳体121焊接在第一壳体111的底部，第二壳体121与第一壳体111相贯通；

第二填料装置122安装在第二壳体121的内腔扩大段内，第二填料装置122为规整丝网填料，催化剂以80-120目不锈钢丝网包裹以1:10体积比例均匀填充于规整填料中间；

喷淋管123安装在第二壳体121的左侧底部，喷淋管123的右端贯穿第二壳体121的左侧壁插接在第二壳体121的内腔，喷淋管123在第二填料装置122的底部；

提馏段130焊接在反应段120的底部，提馏段130与反应段120相贯通，，提馏段温度大于140℃，保证甲醛足够的气化，从而实现了产品中甲醛0含量的目的，提馏段130包括：

第三壳体131焊接在第二壳体121的底部，第三壳体131与第二壳体121相贯通；

多个第三调料装置132纵向交错安装在第三壳体131的内腔左右侧壁上，第三调料装置132为规整丝网填料或浮阀塔板；

成品管道133安装在第三壳体131的底部左侧，成品管道133与第三壳体131相贯通；

产品采出泵134安装在成品管道133的底部右侧；

预反应系统200，预反应器200通过管道安装在反应塔100的左侧顶部，预反应系统200包括：

请参阅图1和图6，预反应器210为固定床式，操作压力0.1-0.8Mpa，操作温度40-120℃，此反应器的功能主要为快速反应掉较高浓度的甲醛物料，有效防止了高浓度甲醛容易聚合的问题，同时预反应器催化剂填装更换相对容易，物料中所含污染杂质被预反应器拦截，从而保护了反应塔100内的催化剂不受污染，增加了使用期限，通过预反应器210对甲醛进行预反应；

甲醛进料管道220安装在预反应器210的左侧，甲醛进料管道220与预反应器210相贯通，甲醛通过甲醛进料管道220进入到预反应器内；

甲缩醛进料管道230安装在甲醛进料管道220的外壁底部右侧，甲缩醛进料管道230与甲醛进料管道220相贯通，甲缩醛通过甲缩醛进料管道230进入到预反应器内与甲醛进行反应；

粗反应液出料管道240的左端安装在预反应器210的右侧，粗反应液出料管道240与预反应器210相贯通，粗反应液出料管道240的右端安装在第一外壳体111的左侧顶部，粗反应液出料管道240与第一外壳体111相贯通，经过预反应后获得的粗反应液通过粗反应液出料管道240进入到精馏段110内，经预反应后的反应液可以得到水和甲醛的转化率分别为：34.8％和28.5％；

请参阅图1和图7，冷凝系统300通过管道安装在反应塔100的右侧顶部，冷凝系统300包括：

冷凝器310采用结构紧凑的板式换热器，换热面积100-500㎡，冷却介质为循环冷却水；

进气管道320的一端安装在冷凝器310的顶部，进气管道320与冷凝器310相贯通，进气管道320的另一端安装在第一外壳体111的顶部，进气管道320与第一外壳体111相贯通；

抽液泵330通过管道安装在冷凝器310的底部；

第一进液管340的右端安装在抽液泵330的左侧，第一进液管340的左端安装在第一外壳体111的右侧顶部，第一进液管340与第一外壳体111相贯通；

出液管350安装在第一进液管340的外壁底部，出液管350与第一进液管340相贯通；

请参阅图1和图8，再沸系统400通过管道安装在反应塔100的右侧底部，再沸系统400包括：

再沸器410采用容易清洗的列管式换热器，换热面积100-500㎡，加热介质为0.5-3.0Mpa蒸汽；

出气管420的右端安装在再沸器410的左端，出气管420与再沸器410相贯通，出气管420的左端安装在第三壳体131右侧底部，出气管420与第三壳体131相贯通；

第二进液管430的一端安装在再沸器410的底部，第二进液管430与再沸器410相贯通，第二进液管430的另一端安装在第三壳体131的底部右侧，第二进液管430与第三壳体131相贯通，反应液通过第二进液管430进入到再沸器410内将反应液气化分离获得以聚甲氧基二甲醚为主的气体，气体在通过管道进入到提馏段130内，通过气泵134泵出冷凝后生成聚甲氧基二甲醚。

请参阅图9，本发明还提供一种聚甲氧基二甲醚合成与分离的精馏塔使用方法，具体包括如下步骤：

S1：预反应：甲醛通过甲醛进料管道220进入到预反应器210内，甲缩醛通过甲缩醛进料管道230进入到预反应器210内与甲醛进行反应，对甲醛进行预反应，经过预反应后获得的粗反应液通过粗反应液出料管道230进入到精馏段110内；

S2：精馏：进入到精馏段110内的粗反应液通过精馏段110对粗反应液中未能完全甲醛和残余的水分进行进一步的转化，残留少量的甲醛在精馏段110被气化成甲醛气体，甲醛气体穿过反应段120与反应段120内喷淋管123喷洒出的甲缩醛接触反应生成反应液落到反应段120的内腔顶部；

S3：冷凝：极少量的游离态甲醛从精馏段110的顶部溢出后流到冷凝器310内被冷凝器310冷凝，通过冷凝器310冷凝后被抽液泵330抽出，部分通过第一进液管340回流到精馏段110参与回流，另一部分通过出液管350送至甲缩醛合成单元制成甲缩醛；

S4：反应：落到反应段120内的少量甲醛气体与通过喷淋管123喷射到反应段120内的甲缩醛进行反应生成反应液，落在提馏段130的底部；

S5：提馏：反应液通过第二进液管430进入到再沸器410内将反应液气化分离获得以聚甲氧基二甲醚为主的气体，气体在通过出气管420进入到提馏段内，通过产品采出泵134泵出冷凝后生成聚甲氧基二甲醚。

虽然在上文中已经参考实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。