一種合成聚甲氧基甲縮醛的裝置及操作方法與流程

本發(fā)明屬于有機化工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種合成聚甲氧基甲縮醛的裝置及操作方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們使用汽車的數(shù)量越來越多，汽車尾氣中的大量有害物質(zhì)就會排放到大氣中，嚴重危害人們的身體健康。如今，石油能源緊缺，人們致力于改善現(xiàn)在的油品品質(zhì)，提高性能以緩解石油緊缺的壓力。

在內(nèi)燃機的應(yīng)用中，相對于汽油機柴油機的熱效率高，并且有更廣闊的應(yīng)用范圍。而柴油機主要排放nox和微粒物，會對大氣產(chǎn)生污染，所以尋找一種合適的柴油添加劑顯得尤為重要。

聚甲氧基甲縮醛又名聚甲氧基二甲醚(簡稱dmmn或pode)是一種油品添加劑，其平均十六烷值(cn)值為76，且含氧量高。dmmn可提高柴油的熱值并減少尾氣的排放。因此，dmmn的制備備受科學(xué)家們的關(guān)注。適宜做油品添加劑的聚甲氧基甲縮醛(dmmn)一般為n＝3～8，因為其具有很高的十六烷值(大于76)和氧含量，減少了一氧化碳和氮氧化合物的排放，并且提高了熱效率。

自1948年，杜邦公司首次報道合成聚甲氧基甲縮醛，科學(xué)家對這方面的研究就沒有停止過。us2449469公開了一種以甲縮醛和低聚甲醛為原料制備聚甲氧基甲縮醛，催化劑為硫酸，但是存在腐蝕設(shè)備的問題，并且所使用的反應(yīng)器并不能及時排除反應(yīng)過程中生成的水，水作為反應(yīng)產(chǎn)物的出現(xiàn)，如果不及時排出反應(yīng)體系，那么會水解已經(jīng)生成的聚甲氧基甲縮醛，從而生成不穩(wěn)定的半縮醛。巴斯福股份有限公司在專利cn101048537a中報道了一種制備聚甲氧基甲縮醛的方法，特征在于通過甲縮醛、三噁烷和/或催化劑引入反應(yīng)混合物中使水量低于反應(yīng)混合物重量的1％，但是其使用的反應(yīng)器為攪拌式反應(yīng)器或管式反應(yīng)器，這種反應(yīng)器并不能及時排出反應(yīng)產(chǎn)生的水。在專cn103664550b中報道了一種合成聚甲氧基甲縮醛的釜式反應(yīng)器，特征為漿態(tài)床反應(yīng)器，在反應(yīng)過程中分別控制不同反應(yīng)器中的溫度達到了很好的反應(yīng)效果。但是，這種串聯(lián)多級反應(yīng)器的方法并不能及時排除反應(yīng)過程中生成的水。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有合成過程中產(chǎn)生水對反應(yīng)的影響，提出了一種合成聚甲氧基甲縮醛的裝置及操作方法，具體技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的一種合成聚甲氧基甲縮醛的裝置；包括帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器和帶有水過濾膜的濾水器；其特征是兩個帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器之間串聯(lián)一個帶有水過濾膜的濾水器，第一個帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器設(shè)置有進料口，最后一個帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器連接第一精餾塔；催化劑過濾膜的反應(yīng)器至少為2個；帶有水過濾膜的濾水器至少為1個。

所述催化劑過濾膜為各種管狀不銹鋼過濾膜。

所述水過濾膜為不銹鋼過濾膜和滲透膜相連接的集液管。

所述催化劑為陽離子催化活性樹脂。

所述催化劑過濾膜的反應(yīng)器為2～8個。優(yōu)選為3～5個。

所述帶有水過濾膜的濾水器為1～7個。優(yōu)選為2～4個。

所述反應(yīng)器空速為0.2～1.5h^-1。優(yōu)選空速為0.4～0.5h^-1。

所述反應(yīng)器反應(yīng)溫度80～150℃。優(yōu)選反應(yīng)溫度為115～125℃。

所述反應(yīng)器反應(yīng)壓力0.6mpa～4mpa。優(yōu)選反應(yīng)壓力為2～2.5mpa。

所述反應(yīng)器甲縮醛與三聚甲醛的摩爾比為1.5～4。優(yōu)選摩爾比2～3。

本發(fā)明的一種合成聚甲氧基甲縮醛的方法，原料甲縮醛和三聚甲醛經(jīng)過混合器預(yù)熱后通過管線進入第一臺帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器進行反應(yīng)，經(jīng)過反應(yīng)后通過管線進入帶有水過濾膜的濾水器，將反應(yīng)過程中的產(chǎn)生的水排出，然后經(jīng)過管道進入下一個帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器進行反應(yīng)；最后一個帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器通過管線和第一精餾塔相連，第一精餾塔底部通過管線和第二精餾塔相連，第一精餾塔的上部通過管線和反應(yīng)器相連，第二精餾塔的底部通過管線與混合器相連；最終產(chǎn)物從第二精餾塔上部得到。

具體說明如下：

本發(fā)明的這種裝置兩個帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器之間一定串聯(lián)一個帶有水過濾膜的濾水器，進料口和帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器相連接，最后和第一精餾塔相連的為帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器，帶有水過濾膜的濾水器總比帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器少一個。通過這種串聯(lián)的方式可以及時分離反應(yīng)過程中產(chǎn)生的水，降低水對反應(yīng)的影響。

所述催化劑過濾膜為各種管狀不銹鋼過濾膜，水過濾膜為不銹鋼過濾膜和滲透膜相連接的一些集液管。

采用如圖1、圖2和圖3所示的工藝流程，包括含有催化劑過濾膜的反應(yīng)器、帶有水過濾膜的濾水器、精餾塔、混合器和管線。原料甲縮醛a和三聚甲醛b經(jīng)過混合器5預(yù)熱后通過管線進入第一臺帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器1進行反應(yīng)，經(jīng)過反應(yīng)后通過管線進入帶有水過濾膜的濾水器2(其中帶有水過濾膜的濾水器中無催化劑)將反應(yīng)過程中的產(chǎn)生的水排出，然后經(jīng)過管道進入下一個帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器1進行反應(yīng)；所有的反應(yīng)器和濾水器通過管線串聯(lián)，兩個帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器1之間一定串聯(lián)一個帶有水過濾膜的濾水器2，最后一個帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器1通過管線和第一精餾塔3相連，第一精餾塔3底部通過管線和第二精餾塔4相連，第一精餾塔3的上部通過管線和反應(yīng)器1相連，第二精餾塔4的底部通過管線與混合器5相連；最終產(chǎn)物從第二精餾塔4上部得到。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，采用陽離子催化活性樹脂為催化劑，操作過程中催化劑始終停留在帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器中，以甲縮醛和三聚甲醛為反應(yīng)物，在氮氣氛圍下進行反應(yīng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：采用帶有催化劑過濾膜和水過濾膜的濾水器串聯(lián)，反應(yīng)的產(chǎn)物在經(jīng)過帶有水過濾膜的濾水器及時排出反應(yīng)過程中的水，避免了水對反應(yīng)的影響，提高了生產(chǎn)效率，同時利用精餾的方法將n<3和n>8的dmmn分離，通過管線送到反應(yīng)器中，循環(huán)利用。大大提高了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品dmm3-8的收率。

附圖說明

圖1：2個帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器和1個帶有水過濾膜的濾水器串聯(lián)裝置流程圖；

圖2：3個帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器和2個帶有水過濾膜的濾水器串聯(lián)裝置流程圖；

圖3：5個帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器和4個帶有水過濾膜的濾水器串聯(lián)裝置流程圖；

其中：1、帶有催化劑過濾膜反應(yīng)器2、帶有水過濾膜的濾水器3、第一精餾塔4、第二精餾塔5、混合器。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

實施例1：

參照圖1，有2個帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器1和1個帶有水過濾膜的濾水器2串聯(lián)。原料經(jīng)過混合器5混合后進入第一臺帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器1中，反應(yīng)后進入帶有水過濾膜的濾水器2中，除去反應(yīng)中生成的水，然后出去水的物料經(jīng)過管道進入第二臺帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器中。反應(yīng)完成后，粗產(chǎn)品通過管線進入第一精餾塔3，第一精餾塔的塔頂如第一臺帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器相連接，塔底通過管線和第二精餾塔4的中部相連接，第二精餾塔的底部通過管線和混合器5相連接，產(chǎn)品從第二精餾塔4的頂部產(chǎn)出。

帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器中加入陽離子催化活性樹脂催化劑，控制反應(yīng)器中的溫度為120℃，控制反應(yīng)壓力為1.5mpa，進料甲縮醛和三聚甲醛的摩爾比為2.5，反應(yīng)的空速為0.5h^-1。從反應(yīng)器出來的聚甲氧基甲縮醛粗產(chǎn)品連續(xù)進入第一精餾塔進行精餾，從第一精餾塔的上部出來的dmmn(n<3)經(jīng)過管線送到反應(yīng)器中，精餾塔底部的產(chǎn)物通過管線送到第二精餾塔中，從精餾塔底部流出的dmmn(n>8)經(jīng)過管線送到反應(yīng)器中，最終的產(chǎn)品從第二精餾塔的上部排出。取樣，經(jīng)過氣相色譜分析，三聚甲醛的轉(zhuǎn)化率為81.5％，dmmn(n＝3～8)的收率為29.5％

實施例2

同例1，催化劑為陽離子催化活性樹脂，控制反應(yīng)器中的溫度為80℃，反應(yīng)器中壓力為4mpa，進料甲縮醛和三聚甲醛的摩爾比為4，反應(yīng)的空速為0.3h^-1。從反應(yīng)器出來的聚甲氧基甲縮醛粗產(chǎn)品連續(xù)進入第一精餾塔進行精餾，從第一精餾塔的上部出來的dmmn(n<3)經(jīng)過管線送到反應(yīng)器中，精餾塔底部的產(chǎn)物通過管線送到第二精餾塔中，從精餾塔底部流出的dmmn(n>8)經(jīng)過管線送到反應(yīng)器中，最終的產(chǎn)品從第二精餾塔的上部排出。取樣，經(jīng)過氣相色譜分析，三聚甲醛的轉(zhuǎn)化率為85.7％，dmmn(n＝3～8)的收率為30.1％

實施例3

本發(fā)明生產(chǎn)聚甲氧基甲縮醛的工藝同例1，只是使用3個帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器和2個帶有水過濾膜的濾水器串聯(lián)。如圖2所示，原料經(jīng)過混合器5混合后進入第一臺帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器1中，反應(yīng)后進入帶有水過濾膜的濾水器2中，除去反應(yīng)中生成的水，然后出去水的物料經(jīng)過管道進入第二臺帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器1中。反應(yīng)完成后，通過管線進入第二臺帶有水過濾膜的濾水器2中，進一步出去反應(yīng)中生成的水，然后進入第三臺帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器中反應(yīng)。反應(yīng)完成后，粗產(chǎn)品通過管線進入第一精餾塔3，第一精餾塔的塔頂如第一臺帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器相連接，塔底通過管線和第二精餾塔4的中部相連接，第二精餾塔的底部通過管線和混合器5相連接，產(chǎn)品從第二精餾塔4的頂部產(chǎn)出。

催化劑為陽離子催化活性樹脂，控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度達到150℃時，反應(yīng)壓力為0.6mpa，進料甲縮醛和三聚甲醛的摩爾比為1.5，反應(yīng)的空速為1.5h^-1。從反應(yīng)器出來的聚甲氧基甲縮醛粗產(chǎn)品連續(xù)進入第一精餾塔進行精餾，從第一精餾塔的上部出來的dmmn(n<3)經(jīng)過管線送到反應(yīng)器中，精餾塔底部的產(chǎn)物通過管線送到第二精餾塔中，從精餾塔底部流出的dmmn(n>8)經(jīng)過管線送到反應(yīng)器中，最終的產(chǎn)品從第二精餾塔的上部排出。取樣，經(jīng)過氣相色譜分析，三聚甲醛的轉(zhuǎn)化率為90.5％，dmmn(n＝3～8)的收率為31.2％

實施例4

同例3，催化劑為陽離子催化活性樹脂，控制反應(yīng)器中的溫度為125℃時，控制反應(yīng)壓力為2.5mpa，進料甲縮醛和三聚甲醛的摩爾比為2，反應(yīng)的空速為0.4h^-1。從反應(yīng)器出來的聚甲氧基甲縮醛粗產(chǎn)品連續(xù)進入第一精餾塔進行精餾，從第一精餾塔的上部出來的dmmn(n<3)經(jīng)過管線送到反應(yīng)器中，精餾塔底部的產(chǎn)物通過管線送到第二精餾塔中，從精餾塔底部流出的dmmn(n>8)經(jīng)過管線送到反應(yīng)器中，最終的產(chǎn)品從第二精餾塔的上部排出。取樣，經(jīng)過氣相色譜分析，三聚甲醛的轉(zhuǎn)化率為94.4％，dmmn(n＝3～8)的收率為31.5％

實施例5

本發(fā)明生產(chǎn)聚甲氧基甲縮醛的工藝同例1，只是使用5個帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器和4個帶有水過濾膜的濾水器串聯(lián)，如圖3所示。原料經(jīng)過混合器5混合后進入第一臺帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器1中，反應(yīng)后進入第一臺帶有水過濾膜的濾水器2中，除去反應(yīng)中生成的水，然后出去水的物料經(jīng)過管道進入第二臺帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器1中。反應(yīng)完成后，通過管線進入第二臺帶有水過濾膜的濾水器2中，進一步出去反應(yīng)中生成的水，然后進入第三臺帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器1中反應(yīng)。接著粗產(chǎn)品進入第三臺帶有水過濾膜的濾水器2中，進一步出去反應(yīng)中生成的水。然后通過管道進入第四臺帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器1中，反應(yīng)后通過管線進入第四臺帶有水過濾膜的濾水器2中除去反應(yīng)過程中生成的水，然后進入第五臺帶有催化劑過濾膜的反引器1中反應(yīng)。反應(yīng)完成后，粗產(chǎn)品通過管線進入第一精餾塔3，第一精餾塔的塔頂如第一臺帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器相連接，塔底通過管線和第二精餾塔4的中部相連接，第二精餾塔的底部通過管線和混合器5相連接，產(chǎn)品從第二精餾塔4的頂部產(chǎn)出。

催化劑為陽離子催化活性樹脂，控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度為115℃時，反應(yīng)壓力為2mpa，進料甲縮醛和三聚甲醛的摩爾比為3，反應(yīng)的空速為1h^-1。從反應(yīng)器出來的聚甲氧基甲縮醛粗產(chǎn)品連續(xù)進入第一精餾塔進行精餾，從第一精餾塔的上部出來的dmmn(n<3)經(jīng)過管線送到反應(yīng)器中，精餾塔底部的產(chǎn)物通過管線送到第二精餾塔中，從精餾塔底部流出的dmmn(n>8)經(jīng)過管線送到反應(yīng)器中，最終的產(chǎn)品從第二精餾塔的上部排出。取樣，經(jīng)過氣相色譜分析，三聚甲醛的轉(zhuǎn)化率為95.4％，dmmn(n＝3～8)的收率為32.4％

實施例6

本發(fā)明生產(chǎn)聚甲氧基甲縮醛的工藝同例1，只是使用6個帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器和5個帶有水過濾膜的濾水器串聯(lián)。其連接方式和特征和圖1、圖2、圖3一樣。

催化劑為陽離子催化活性樹脂，控制反應(yīng)器中的溫度為150℃，壓力為2.5mpa，進料甲縮醛和三聚甲醛的摩爾比為2，反應(yīng)時的空速為0.2h^-1。從反應(yīng)器出來的聚甲氧基甲縮醛粗產(chǎn)品連續(xù)進入第一精餾塔進行精餾，從第一精餾塔的上部出來的dmmn(n<3)經(jīng)過管線送到反應(yīng)器中，精餾塔底部的產(chǎn)物通過管線送到第二精餾塔中，從精餾塔底部流出的dmmn(n>8)經(jīng)過管線送到反應(yīng)器中，最終的產(chǎn)品從第二精餾塔的上部排出。。取樣，經(jīng)過氣相色譜分析，三聚甲醛的轉(zhuǎn)化率為96.5％。dmmn(n＝3～8)的收率為33.4％

實施例7

本發(fā)明生產(chǎn)聚甲氧基甲縮醛的工藝同例1，只是使用8個帶有催化劑過濾膜的反應(yīng)器和7個帶有水過濾膜的濾水器串聯(lián)。其連接方式和特征和圖1、圖2、圖3一樣。

催化劑為陽離子催化活性樹脂，反應(yīng)壓力為2mpa，進料甲縮醛和三聚甲醛的摩爾比為2，反應(yīng)溫度為150℃，反應(yīng)時的空速為0.5h^-1。從反應(yīng)器出來的聚甲氧基甲縮醛粗產(chǎn)品連續(xù)進入第一精餾塔進行精餾，從第一精餾塔的上部出來的dmmn(n<3)經(jīng)過管線送到反應(yīng)器中，精餾塔底部的產(chǎn)物通過管線送到第二精餾塔中，從精餾塔底部流出的dmmn(n>8)經(jīng)過管線送到反應(yīng)器中，最終的產(chǎn)品從第二精餾塔的上部排出取樣。取樣，經(jīng)過氣相色譜分析，三聚甲醛的轉(zhuǎn)化率為96.5％，dmmn(n＝3～8)的收率為33.5％。

以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費創(chuàng)造性勞動的等同替換均落入本發(fā)明的保護范圍。