一种由甲缩醛和多聚甲醛制备聚甲氧基二甲醚的流化床装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于能源化工技术领域，特别涉及一种由甲缩醛和多聚甲醛制备聚甲氧基二甲醚的流化床装置及方法。本发明专利技术流化床装置包括气体入口、气体分布器、催化剂填料口、气体出口、流体入口管、催化剂卸料口、底部构件和段间构件、底部构件气体上升通道、段间构件气体上升通道、流体出口、降液管和段间降液管；本发明专利技术装置制备聚甲氧基二甲醚的过程包括：流化气体从气体入口，由底部构件气体上升通道经气体分布器通入底部床层；气体上升至气体出口离开流化床；以及多聚甲醛和甲缩醛经流体入口，进入流化床床层，以及液体下降至流体出口离开流化床。相比于传统的环管式等反应器，根据本发明专利技术实施例的流化床装置使催化剂分散更均匀，醛转化率更高。

【技术实现步骤摘要】
一种由甲缩醛和多聚甲醛制备聚甲氧基二甲醚的流化床装置及方法
本专利技术属于能源化工
，特别涉及一种由甲缩醛和多聚甲醛制备聚甲氧基二甲醚的流化床装置及方法。
技术介绍
柴油作为动力燃料，成为国民经济中的重要产品。尤其中国一直存在严重的柴油供需矛盾。然而，柴油的大量消耗不仅带来严重的环境污染，如雾霾等，而且给人类健康带了巨大威胁。绿色柴油添加剂可提高柴油的燃烧效率，减少柴油燃烧过程的废气(包括颗粒物，氮氧化物，CO等)。因此，开发应用绿色柴油添加剂迫在眉睫。聚甲氧基二甲醚是非常具有潜力的柴油添加剂，受到广泛关注。聚甲氧基二甲醚(CH3O(CH2O)nCH3，PODEn)是一类物质的通称。当分子链中间含3～5个甲氧基数时其氧含量(～50％)及十六烷值(70～100)都较高，物性与柴油吻合，直接作为柴油添加剂使用(添加量～20V％)可提高柴油的燃烧效率，减少柴油燃烧过程的废气(包括颗粒物，氮氧化物，CO等)排放并同时缓解柴油供应不足，具有重要的环境和经济效益。目前，多家公司和科研机构正在研究聚甲氧基二甲醚的生产工艺，但尚无工业化生产。BP公司(US5959156A，US6160174A，US6160186A，US6392102B1等)公开了以甲醇或二甲醚为起始原料，经氧化脱氢制得甲醛，得到的甲醛进一步与甲醇或二甲醚反应制得甲缩醛及聚甲氧基二甲醚的工艺。整个工艺流程包括氧化脱氢，吸附冷却，催化精馏，中和分离等过程，流程复杂，且产物中所得PODEn>1不足10％选择性差。BASF公司(US7700809B2，US20070260094A1，US7671240B2)公开了以甲缩醛和三聚甲醛为原料，在酸催化下合成聚甲氧基二甲醚的工艺。由于该体系中水含量低(水质量分数<1％)，所以反应产物中副产物少，产物选择性较高(PODE3～5产物中含量～20wt％)，流程相对简单。但是以高纯度的三聚甲醛及甲缩醛为原料，原料成本过高。另外产物中含有较大量不适于作为柴油添加剂的PODEn>5部分，产物分离过程相对复杂。中国科学院兰州化学物理研究所(US0056830A1，US7560599B2)公开了以甲醇和三聚甲醛作为原料以离子液体为催化剂合成聚甲氧基二甲醚。该过程实现了三聚甲醛较高的转化率(～90％)，但是催化剂价格昂贵，回收利用困难，同时液态离子液体给分离等操作带来困难，工艺流程复杂。在聚甲氧基二甲醚生产工艺中，反应器是最重要的操作单元。反应器的设计关乎醛转化率，产物选择性以及生产连续性和单位时间处理能力。目前专利多集中在工艺流程和催化体系方面，关于反应器设计较少。另外，大多工艺采用三聚甲醛作为醛单体源，原料成本高，严重影响工艺经济性。在实验室研究中，多采用间歇式反应器；如将其直接放大到工业规模，将面临工艺处理能力低，生产周期长等问题。CN102249869A公开了一种环管式反应器，采用甲醇和三聚甲醛作原料，离子液体作催化剂；该专利技术存在反应体系温度波动大，反应物混合不均，物料与催化剂容易分层，产物转化率低，三聚甲醛成本高以及离子液体催化剂高成本、低寿命的问题。CN102701923A公开了配有循环冷却器的环管式反应器，意图更好控制反应器内部温度；然而该专利技术依然存在反应物混合不均，物料与催化剂容易分层，产物转化率低，三聚甲醛成本高以及离子液体催化剂高成本、低寿命的问题。存在研发能够实现聚甲氧基二甲醚的工业化生产的反应器和相关的产生工艺的需要。综上可见，开发一种结液相返混小、反应转化率高、换热能力强、反应器效率高的反应器具有重要的工业应用价值。
技术实现思路
针对现有技术不足，本申请提供了一种由甲缩醛和多聚甲醛制备聚甲氧基二甲醚的流化床装置及方法。一种由甲缩醛和多聚甲醛制备聚甲氧基二甲醚的流化床装置，所述流化床装置具有一段流化床或多段流化床，所述流化床装置底部设置底部构件；当所述流化床装置具有两段以上流化床时，在所述流化床装置内部，底部构件上方依次设置一个或多个段间构件，将所述流化床装置由底部构件至所述流化床装置顶端的部分，分割为两段流化床或多段流化床；所述流化床装置中，每段流化床上部分别设置一个催化剂填料口，每段流化床下部分别设置一个催化剂卸料口，每段流化床底部分别设置一个气体分布器；位于最下段流化床的气体分布器通过底部构件气体上升通道与设置在所述流化床装置底部的气体入口相连，所述底部构件气体上升通道穿过所述底部构件；位于最下端流化床上方的各段流化床中的气体分布器，分别通过段间构件气体上升通道与位于其下方的相邻流化床段相连，所述段间构件气体上升通道分别穿过位于其下方的相邻段间构件；在最上段流化床上设置流体入口管，所述流体入口管穿过所述流化床装置顶部，其两端分别位于最上段流化床内和最上段流化床外；在最下段流化床上设置降液管，所述降液管穿过所述底部构件，其两端均位于所述流化床装置内，分别位于所述底部构件两侧；在相邻两端流化床之间设置段间降液管；在最下段流化床下方，所述流化床装置底部设置流体出口，在最上段流化床顶部设置气体出口。所述降液管或所述段间降液管的顶端入口处分别设置滤网，以防止固体催化剂或固体多聚甲醛进入所述底部构件之下的反应器空间或进入相邻下段流化床中。所述气体分布器为板式分布器，所述板式分布器上设置多个孔或多个喷嘴。所述气体分布器为管式分布器。所述管式分布器为环式结构，其环数为1～5环，每个环上设置多个孔或多个喷嘴。所述底部构件气体上升通道的横截面积占所述底部构件的构件板横截面积的0.1％～20％。所述段间构件气体上升通道的横截面积占其所穿过的段间构件的构件板横截面积的0.1％～20％。一种利用上述流化床装置以甲缩醛和多聚甲醛为原料制备聚甲氧基二甲醚的方法，其具体方法为：a.当所述流化床装置为一段式流化床时，在反应过程中，流化气体从所述气体入口进入流化床装置，由底部构件气体上升通道经气体分布器通入底部床层；气体上升至气体出口离开流化床装置；多聚甲醛和甲缩醛经流体入口管，进入流化床装置，所述流化床装置内对应的床层液面达到对应降液管入口高度后，通过该对应降液管流下，当液体下降至流体出口时离开流化床装置；b.当所述流化床装置具有两段以上流化床时，在反应过程中，流化气体从所述气体入口进入流化床装置，由底部构件气体上升通道经与其对应的气体分布器通入最下段流化床，经底部床层之后，通过底部床层，之后经段间构件气体上升通道进入相邻上一段流化床所设气体分布器；气体通过段间构件气体上升通道在流化床装置中逐级上升，至最上段流化床中的气体出口离开流化床装置；多聚甲醛和甲缩醛混合后经流体入口管，进入最上段流化床内；最上段流化床内对应的床层液面达到对应降液管或对应段间降液管的入口高度后，溢流经该对应的降液管或段间降液管进入相邻下一段流化床内；液体经各段流化床对应的降液管或段间降液管逐级下降，至流体出口时离开流化床装置。所述流化床装置在各段流化床筒壁外侧设置夹套控温装置并与其相连。所述该夹套控温装置中所采用的换热介质为热水、蒸汽、导热油和冷却水中的一种或多种。所述流化床装置的材质为碳钢或不锈钢。所述流化床装置中各段流化床的床层温度分别为40℃～120℃。所述流化床装置中各段流化床的床层操作压力分别为常压～0.5MPa。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由甲缩醛和多聚甲醛制备聚甲氧基二甲醚的流化床装置，其特征在于：所述流化床装置具有一段流化床或多段流化床，所述流化床装置底部设置底部构件（107、207或307）；当所述流化床装置具有两段以上流化床时，在所述流化床装置内部，底部构件（107、207或307）上方依次设置一个或多个段间构件（211、311‑1或311‑2），将所述流化床装置由底部构件（107、207或307）至所述流化床装置顶端的部分，分割为两段流化床或多段流化床；所述流化床装置中，每段流化床上部分别设置一个催化剂填料口（103、203‑1、203‑2、303‑1、303‑2或303‑3），每段流化床下部分别设置一个催化剂卸料口（108、208‑1、208‑2、308‑1、308‑2或308‑3），每段流化床底部分别设置一个气体分布器（102、202‑1、202‑2、302‑1、302‑2或302‑3）；位于最下段流化床的气体分布器（102、202‑1或302‑1）通过底部构件气体上升通道（109、209或309）与设置在所述流化床装置底部的气体入口（101、201或301）相连，所述底部构件气体上升通道（109、209或309）穿过所述底部构件（107、207或307）；位于最下端流化床上方的各段流化床中的气体分布器（202‑2、302‑2或302‑3），分别通过段间构件气体上升通道（212、312‑1或312‑2）与位于其下方的相邻流化床段相连，所述段间构件气体上升通道（212、312‑1或312‑2）分别穿过位于其下方的相邻段间构件（211、311‑1或311‑2）；在最上段流化床上设置流体入口管（104、204或304），所述流体入口管（104、204或304）穿过所述流化床装置顶部，其两端分别位于最上段流化床内和最上段流化床外；在最下段流化床上设置降液管（106、206‑1或306‑1），所述降液管（106、206‑1或306‑1）穿过所述底部构件（107、207或307），其两端均位于所述流化床装置内，分别位于所述底部构件（107、207或307）两侧；在相邻两端流化床之间设置段间降液管（206‑2、306‑3或306‑3）；在最下段流化床下方，所述流化床装置底部设置流体出口（110、210或310），在最上段流化床顶部设置气体出口（105、205或305）。...

【技术特征摘要】
1.一种由甲缩醛和多聚甲醛制备聚甲氧基二甲醚的方法，其特征在于：甲缩醛和多聚甲醛的反应在流化床装置中进行，所述流化床装置具有一段流化床或多段流化床，所述流化床装置底部设置底部构件(107、207或307)；当所述流化床装置具有两段以上流化床时，在所述流化床装置内部，底部构件(107、207或307)上方依次设置一个或多个段间构件(211、311-1或311-2)，将所述流化床装置由底部构件(107、207或307)至所述流化床装置顶端的部分，分割为两段流化床或多段流化床；所述流化床装置中，每段流化床上部分别设置一个催化剂填料口(103、203-1、203-2、303-1、303-2或303-3)，每段流化床下部分别设置一个催化剂卸料口(108、208-1、208-2、308-1、308-2或308-3)，每段流化床底部分别设置一个气体分布器(102、202-1、202-2、302-1、302-2或302-3)；位于最下段流化床的气体分布器(102、202-1或302-1)通过底部构件气体上升通道(109、209或309)与设置在所述流化床装置底部的气体入口(101、201或301)相连，所述底部构件气体上升通道(109、209或309)穿过所述底部构件(107、207或307)；位于最下端流化床上方的各段流化床中的气体分布器(202-2、302-2或302-3)，分别通过段间构件气体上升通道(212、312-1或312-2)与位于其下方的相邻流化床段相连，所述段间构件气体上升通道(212、312-1或312-2)分别穿过位于其下方的相邻段间构件(211、311-1或311-2)；在最上段流化床上设置流体入口管(104、204或304)，所述流体入口管(104、204或304)穿过所述流化床装置顶部，其两端分别位于最上段流化床内和最上段流化床外；在最下段流化床上设置降液管(106、206-1或306-1)，所述降液管(106、206-1或306-1)穿过所述底部构件(107、207或307)，其两端均位于所述流化床装置内，分别位于所述底部构件(107、207或307)两侧；在相邻两端流化床之间设置段间降液管(206-2、306-3或306-3)；在最下段流化床下方，所述流化床装置底部设置流体出口(110、210或310)，在最上段流化床顶部设置气体出口(105、205或305)；a.当所述流化床装置为一段式流化床时，在反应过程中，流化气体从所述气体入口(101)进入流化床装置，由底部构件气体上升通道(109)经气体分布器(102)通入底部床层；气体上升至气体出口(105)离开流化床装置；多聚甲醛和甲缩醛经流体入口管(104)，进入流化床装置，所述流化床装置内对应的床层液面达到对应降液管(106)入口高度后，通过该对应降液管(106)流下，当液体下降至流体出口(110)时离开流化床装置；b.当所述流化床装置具有两段以上流化床时，在反应过程中，流化气体从所述气体入口(201或301)进入流化床装置，由底部构件气体上升通道(209或309)经与其对应的气体分布器(202-1或302-1)通入最下段流化床，经底部床层之后，通过底部床层，之后经段间构件气体上升通道(212、312-1或312-2)进入相邻上一段流化床所设气体分布器(202...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金福，唐强，王胜伟，王铁峰，陈双喜，王玉强，
申请(专利权)人：清华大学，山东玉皇化工有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11